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Capiacutetulo 1 Planteamiento del problema
Bridgestone Firestone Venezolana CA es una empresa manufacturera dedicada a
la elaboracioacuten de neumaacuteticos para vehiacuteculos pequentildeos camionetas camiones
tractores entre otros La organizacioacuten cuenta con un departamento de ingenieriacutea de
proyectos el cual tiene como funcioacuten la puesta en marcha e implementacioacuten de
proyectos con los cuales se busca un aumento de la productividad y mejora constante
de los procesos dentro de la planta
Dicho departamento solventa algunas de las necesidades de otros departamentos
de esta empresa como es el caso del departamento de Banbury (es una maacutequina quetienen como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman las
diferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) dicho departamento tiene como
funcioacuten principal la combinacioacuten de distintos materiales para la elaboracioacuten de los
distintos tipos de goma que conforman los gomas en este departamento existe la
necesidad de implementar una maacutequina cortadora para cortar tiras de goma que
alimentaran otra maacutequina la QCT que se encarga de hacer las bandas de rodado de
los gomas convencionales y la entubadora 10 x 10 la cual hace las bandas de rodado
de los gomas de camioacuten
En el presente informe de pasantiacuteas fue desarrollado en la Empresa Bridgestone
Firestone Venezolana CA el cual se enfocoacute en la propuesta de un disentildeo para una
maacutequina cortadora de goma de 600mm de ancho en tiras de 100mm o 50mm Dicho
disentildeo posee todas las partes y estructuras de la maacutequina ademaacutes de un estudio de
elementos finitos a partes seleccionadas de la misma
Identificacioacuten de la Empresa
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En 1954 Firestone Venezolana inicia sus operaciones en el paiacutes y fue adquirida en
el antildeo 1988 por la empresa Japonesa Bridgestone Co naciendo asiacute la corporacioacuten
Bridgestone Firestone empresa liacuteder del mercado de la goma a nivel mundial Desde
las instalaciones de la planta ubicada en Valencia Edo Carabobo Bridgestone
Firestone Venezolana CA (BFVZ) produce y comercializa productos de alta
tecnologiacutea para el mercado local y de exportacioacuten A traveacutes de su soacutelida red de
distribuidores que supera los 350 puntos de ventas en el paiacutes BFVZ lleva a todos los
rincones del paiacutes productos y servicios con un nivel de calidad superior
BFVZ es altamente competitiva en calidad tecnologiacutea y servicio Su compromiso
es mantener la confianza y satisfaccioacuten de sus clientes internos y externos
manufacturando y comercializando productos de avanzada tecnologiacutea y oacuteptimacalidad Como reflejo de los uacuteltimos avances los neumaacuteticos Bridgestone Firestone
sobrepasan las metas establecidas y exceden las expectativas en cuanto a durabilidad
seguridad confort y calidad Todo esto optimizando el uso de los recursos
disponibles en un medio de trabajo seguro respetuoso y en armoniacutea con el medio
ambiente y la comunidad
BFVZ pertenece al holding japoneacutes Bridgestone Corporacioacuten uno de los
fabricantes de neumaacuteticos y de productos derivados de la goma maacutes grande delmundo La compantildeiacutea fabrica neumaacuteticos para todo tipo de vehiacuteculo
Faacutebrica y comercializa desde 1954 neumaacuteticos de calidad superior con servicios
que se diferencian en el mercado para la satisfaccioacuten de sus clientes Desde su sede en
Valencia estado Carabobo 1200 empleados producen diariamente maacutes de 10000
unidades de neumaacuteticos para atender la demanda del mercado venezolano y de la
regioacuten andina y del Caribe
Misioacuten
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Fabricar y comercializar neumaacuteticos de calidad superior con servicios que nos
diferencian en el mercado para la satisfaccioacuten de nuestros clientes
Visioacuten
Ser el mejor lugar para laborar donde todos los asociados puedan realizarse
personal y profesionalmente Mantenernos como una empresa liacuteder estable y en
crecimiento Ser los mejores en Calidad Seguridad Productividad Eficiencia y
Preservacioacuten del Medio Ambiente Trascender a las generaciones futuras modelando
a traveacutes de nuestros asociados los valores de BFVZ a la sociedad
Aacuterea de Trabajo
El aacuterea de trabajo de la Empresa BFVZ donde se desarrollo el proyecto fue el
departamento de Ingenieriacutea de Proyectos de la Empresa BFVZ en esta aacuterea
desempentildean una labor productiva un (1) gerente un (1) supervisor tres (3)
ingenieros tres (3) teacutecnicos mecaacutenicos y tres (3) teacutecnicos electroacutenicos
La principal tarea de este departamento es la de realizar cualquier proyecto que la
empresa esteacute necesitando es decir estudia analiza propone y ejecuta la mejor
opcioacuten para realizar cualquier proyecto
Situacioacuten Actual
Para el momento de comenzar a desarrollar el proyecto el departamento de
proyectos ya contaba con varios de estos en ejecucioacuten y con otros pendientes por
hacer Para este departamento es muy importante poder cumplir con las metas
planteadas para cada antildeo
Identificacioacuten del Problema
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Es importante cortar tiras de goma de 100mm para alimentar la maacutequina QCT
necesita ser medida ya que es el tamantildeo que permite la boquilla de alimentacioacuten de
la extrusora de la maacutequina ademaacutes el meacutetodo actual para cortar las tiras de 100mm es
poco praacutectico ya que se hace en caliente dentro de una de las maacutequinas de Banbury y
como es tan delgada la tira de goma en comparacioacuten a la cantidad que se calienta
esto origina peacuterdidas tanto de tiempo como de material porque al calentarse la goma
se hace pasar por unos rodillos y al extremo de uno de ellos se coloca una cuchilla
circular que va realizando el corte aquiacute se origina la peacuterdida de tiempo y material ya
que por ser tanta goma esta permanece mucho tiempo dando vueltas en los rodillos
calientes lo que hace que pequentildeas zonas de la goma se vaya vulcanizando esto es lo
que se quiere porque si sucede esto esa goma vulcanizada se pierde y para
recuperarla es un proceso muy complicado que no es rentable
Objetivo General
bull Disentildear una maacutequina cortadora de tiras de goma
Objetivos Especiacuteficos
bull Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora de goma que se
disentildeara
bull Determinar el disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la
cortadora
bull Determinar el disentildeo detallado de los componentes que cumplan con el
concepto propuesto
bull Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la
maacutequina
bull Elaborar un Plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo
Justificacioacuten e Importancia
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Para que un proceso sea productivo es necesario tener todas las maacutequinas y
herramientas necesarias para realizar dicho proceso actualmente en el departamento
de Banbury el proceso de cortado de una de las gomas que se produce es ineficiente
en razoacuten de provocar retrasos en la entrega del material a las maacutequinas armadoras y a
las calandras a la vez que se desperdicia mucho material (gomas) implicando mayor
cantidad de horas hombre en la produccioacuten final y es aquiacute donde este proyecto toma
importancia ya que se plantea una solucioacuten para esta necesidad al momento de cortar
la goma al proponer el disentildeo de una nueva maacutequina cortadora de goma que
permitiraacute obtener tiras de goma de 100mm y 200mm
Alcance
El presente Proyecto va dirigido exclusivamente a la generacioacuten del concepto de
una maacutequina cortadora de tiras de goma para su posterior fabricacioacuten generando los
planos para la futura construccioacuten de la maacutequina y el manual de construccioacuten en la
empresa Bridgestone Firestone CA especiacuteficamente al departamento de proyectos
Capiacutetulo 2 Marco Teoacuterico
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Fundamentos Teoacutericos
Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos
Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos
Fuente wwwbfvzcom
Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury
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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan
con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El
negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso
de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo
cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en
la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes
para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten
de puentes sulfurosos
En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y
otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el
calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya
pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico
encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un
transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado
En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se
llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen
como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe
amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el
tratamiento
En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan
cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten
diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por
ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten
del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina
Masticacioacuten
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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez
finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un
laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a
traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades
Extrusores y calandras
Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras
para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan
de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas
de goma La calandra realiza las siguientes funciones
bull
Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos
bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido
bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten
Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con
ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de
goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y
matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor
moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos
Uso de acero y fibras sinteacuteticas
Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas
diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial
En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras
artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por
hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos
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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son
retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su
vez recibe un recubrimiento de goma
El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por
una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es
adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que
llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones
Montaje de los componentes y modelo
El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la
maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan
los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones
telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el
nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no
es elaacutestico ni resistente
Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material
soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes
representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que
manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes
utilizados para este fin son los solubles en agua
Vulcanizacioacuten
El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto
definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se
somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24
atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el
que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado
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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24
atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico
En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La
vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no
pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten
El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12
minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por
ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias
horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico
de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el
neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado
Partes de un Neumaacutetico
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Innerliner
El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de
la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico
Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom
Taloacuten
Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad
conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de
cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se
calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda
para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
24
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
25
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
26
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
27
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
28
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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En 1954 Firestone Venezolana inicia sus operaciones en el paiacutes y fue adquirida en
el antildeo 1988 por la empresa Japonesa Bridgestone Co naciendo asiacute la corporacioacuten
Bridgestone Firestone empresa liacuteder del mercado de la goma a nivel mundial Desde
las instalaciones de la planta ubicada en Valencia Edo Carabobo Bridgestone
Firestone Venezolana CA (BFVZ) produce y comercializa productos de alta
tecnologiacutea para el mercado local y de exportacioacuten A traveacutes de su soacutelida red de
distribuidores que supera los 350 puntos de ventas en el paiacutes BFVZ lleva a todos los
rincones del paiacutes productos y servicios con un nivel de calidad superior
BFVZ es altamente competitiva en calidad tecnologiacutea y servicio Su compromiso
es mantener la confianza y satisfaccioacuten de sus clientes internos y externos
manufacturando y comercializando productos de avanzada tecnologiacutea y oacuteptimacalidad Como reflejo de los uacuteltimos avances los neumaacuteticos Bridgestone Firestone
sobrepasan las metas establecidas y exceden las expectativas en cuanto a durabilidad
seguridad confort y calidad Todo esto optimizando el uso de los recursos
disponibles en un medio de trabajo seguro respetuoso y en armoniacutea con el medio
ambiente y la comunidad
BFVZ pertenece al holding japoneacutes Bridgestone Corporacioacuten uno de los
fabricantes de neumaacuteticos y de productos derivados de la goma maacutes grande delmundo La compantildeiacutea fabrica neumaacuteticos para todo tipo de vehiacuteculo
Faacutebrica y comercializa desde 1954 neumaacuteticos de calidad superior con servicios
que se diferencian en el mercado para la satisfaccioacuten de sus clientes Desde su sede en
Valencia estado Carabobo 1200 empleados producen diariamente maacutes de 10000
unidades de neumaacuteticos para atender la demanda del mercado venezolano y de la
regioacuten andina y del Caribe
Misioacuten
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Fabricar y comercializar neumaacuteticos de calidad superior con servicios que nos
diferencian en el mercado para la satisfaccioacuten de nuestros clientes
Visioacuten
Ser el mejor lugar para laborar donde todos los asociados puedan realizarse
personal y profesionalmente Mantenernos como una empresa liacuteder estable y en
crecimiento Ser los mejores en Calidad Seguridad Productividad Eficiencia y
Preservacioacuten del Medio Ambiente Trascender a las generaciones futuras modelando
a traveacutes de nuestros asociados los valores de BFVZ a la sociedad
Aacuterea de Trabajo
El aacuterea de trabajo de la Empresa BFVZ donde se desarrollo el proyecto fue el
departamento de Ingenieriacutea de Proyectos de la Empresa BFVZ en esta aacuterea
desempentildean una labor productiva un (1) gerente un (1) supervisor tres (3)
ingenieros tres (3) teacutecnicos mecaacutenicos y tres (3) teacutecnicos electroacutenicos
La principal tarea de este departamento es la de realizar cualquier proyecto que la
empresa esteacute necesitando es decir estudia analiza propone y ejecuta la mejor
opcioacuten para realizar cualquier proyecto
Situacioacuten Actual
Para el momento de comenzar a desarrollar el proyecto el departamento de
proyectos ya contaba con varios de estos en ejecucioacuten y con otros pendientes por
hacer Para este departamento es muy importante poder cumplir con las metas
planteadas para cada antildeo
Identificacioacuten del Problema
3
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Es importante cortar tiras de goma de 100mm para alimentar la maacutequina QCT
necesita ser medida ya que es el tamantildeo que permite la boquilla de alimentacioacuten de
la extrusora de la maacutequina ademaacutes el meacutetodo actual para cortar las tiras de 100mm es
poco praacutectico ya que se hace en caliente dentro de una de las maacutequinas de Banbury y
como es tan delgada la tira de goma en comparacioacuten a la cantidad que se calienta
esto origina peacuterdidas tanto de tiempo como de material porque al calentarse la goma
se hace pasar por unos rodillos y al extremo de uno de ellos se coloca una cuchilla
circular que va realizando el corte aquiacute se origina la peacuterdida de tiempo y material ya
que por ser tanta goma esta permanece mucho tiempo dando vueltas en los rodillos
calientes lo que hace que pequentildeas zonas de la goma se vaya vulcanizando esto es lo
que se quiere porque si sucede esto esa goma vulcanizada se pierde y para
recuperarla es un proceso muy complicado que no es rentable
Objetivo General
bull Disentildear una maacutequina cortadora de tiras de goma
Objetivos Especiacuteficos
bull Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora de goma que se
disentildeara
bull Determinar el disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la
cortadora
bull Determinar el disentildeo detallado de los componentes que cumplan con el
concepto propuesto
bull Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la
maacutequina
bull Elaborar un Plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo
Justificacioacuten e Importancia
4
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Para que un proceso sea productivo es necesario tener todas las maacutequinas y
herramientas necesarias para realizar dicho proceso actualmente en el departamento
de Banbury el proceso de cortado de una de las gomas que se produce es ineficiente
en razoacuten de provocar retrasos en la entrega del material a las maacutequinas armadoras y a
las calandras a la vez que se desperdicia mucho material (gomas) implicando mayor
cantidad de horas hombre en la produccioacuten final y es aquiacute donde este proyecto toma
importancia ya que se plantea una solucioacuten para esta necesidad al momento de cortar
la goma al proponer el disentildeo de una nueva maacutequina cortadora de goma que
permitiraacute obtener tiras de goma de 100mm y 200mm
Alcance
El presente Proyecto va dirigido exclusivamente a la generacioacuten del concepto de
una maacutequina cortadora de tiras de goma para su posterior fabricacioacuten generando los
planos para la futura construccioacuten de la maacutequina y el manual de construccioacuten en la
empresa Bridgestone Firestone CA especiacuteficamente al departamento de proyectos
Capiacutetulo 2 Marco Teoacuterico
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Fundamentos Teoacutericos
Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos
Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos
Fuente wwwbfvzcom
Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury
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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan
con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El
negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso
de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo
cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en
la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes
para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten
de puentes sulfurosos
En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y
otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el
calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya
pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico
encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un
transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado
En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se
llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen
como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe
amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el
tratamiento
En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan
cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten
diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por
ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten
del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina
Masticacioacuten
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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez
finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un
laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a
traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades
Extrusores y calandras
Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras
para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan
de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas
de goma La calandra realiza las siguientes funciones
bull
Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos
bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido
bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten
Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con
ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de
goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y
matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor
moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos
Uso de acero y fibras sinteacuteticas
Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas
diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial
En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras
artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por
hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos
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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son
retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su
vez recibe un recubrimiento de goma
El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por
una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es
adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que
llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones
Montaje de los componentes y modelo
El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la
maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan
los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones
telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el
nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no
es elaacutestico ni resistente
Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material
soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes
representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que
manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes
utilizados para este fin son los solubles en agua
Vulcanizacioacuten
El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto
definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se
somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24
atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el
que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado
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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24
atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico
En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La
vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no
pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten
El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12
minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por
ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias
horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico
de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el
neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado
Partes de un Neumaacutetico
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Innerliner
El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de
la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico
Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom
Taloacuten
Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad
conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de
cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se
calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda
para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
58
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
59
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Fabricar y comercializar neumaacuteticos de calidad superior con servicios que nos
diferencian en el mercado para la satisfaccioacuten de nuestros clientes
Visioacuten
Ser el mejor lugar para laborar donde todos los asociados puedan realizarse
personal y profesionalmente Mantenernos como una empresa liacuteder estable y en
crecimiento Ser los mejores en Calidad Seguridad Productividad Eficiencia y
Preservacioacuten del Medio Ambiente Trascender a las generaciones futuras modelando
a traveacutes de nuestros asociados los valores de BFVZ a la sociedad
Aacuterea de Trabajo
El aacuterea de trabajo de la Empresa BFVZ donde se desarrollo el proyecto fue el
departamento de Ingenieriacutea de Proyectos de la Empresa BFVZ en esta aacuterea
desempentildean una labor productiva un (1) gerente un (1) supervisor tres (3)
ingenieros tres (3) teacutecnicos mecaacutenicos y tres (3) teacutecnicos electroacutenicos
La principal tarea de este departamento es la de realizar cualquier proyecto que la
empresa esteacute necesitando es decir estudia analiza propone y ejecuta la mejor
opcioacuten para realizar cualquier proyecto
Situacioacuten Actual
Para el momento de comenzar a desarrollar el proyecto el departamento de
proyectos ya contaba con varios de estos en ejecucioacuten y con otros pendientes por
hacer Para este departamento es muy importante poder cumplir con las metas
planteadas para cada antildeo
Identificacioacuten del Problema
3
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Es importante cortar tiras de goma de 100mm para alimentar la maacutequina QCT
necesita ser medida ya que es el tamantildeo que permite la boquilla de alimentacioacuten de
la extrusora de la maacutequina ademaacutes el meacutetodo actual para cortar las tiras de 100mm es
poco praacutectico ya que se hace en caliente dentro de una de las maacutequinas de Banbury y
como es tan delgada la tira de goma en comparacioacuten a la cantidad que se calienta
esto origina peacuterdidas tanto de tiempo como de material porque al calentarse la goma
se hace pasar por unos rodillos y al extremo de uno de ellos se coloca una cuchilla
circular que va realizando el corte aquiacute se origina la peacuterdida de tiempo y material ya
que por ser tanta goma esta permanece mucho tiempo dando vueltas en los rodillos
calientes lo que hace que pequentildeas zonas de la goma se vaya vulcanizando esto es lo
que se quiere porque si sucede esto esa goma vulcanizada se pierde y para
recuperarla es un proceso muy complicado que no es rentable
Objetivo General
bull Disentildear una maacutequina cortadora de tiras de goma
Objetivos Especiacuteficos
bull Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora de goma que se
disentildeara
bull Determinar el disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la
cortadora
bull Determinar el disentildeo detallado de los componentes que cumplan con el
concepto propuesto
bull Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la
maacutequina
bull Elaborar un Plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo
Justificacioacuten e Importancia
4
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Para que un proceso sea productivo es necesario tener todas las maacutequinas y
herramientas necesarias para realizar dicho proceso actualmente en el departamento
de Banbury el proceso de cortado de una de las gomas que se produce es ineficiente
en razoacuten de provocar retrasos en la entrega del material a las maacutequinas armadoras y a
las calandras a la vez que se desperdicia mucho material (gomas) implicando mayor
cantidad de horas hombre en la produccioacuten final y es aquiacute donde este proyecto toma
importancia ya que se plantea una solucioacuten para esta necesidad al momento de cortar
la goma al proponer el disentildeo de una nueva maacutequina cortadora de goma que
permitiraacute obtener tiras de goma de 100mm y 200mm
Alcance
El presente Proyecto va dirigido exclusivamente a la generacioacuten del concepto de
una maacutequina cortadora de tiras de goma para su posterior fabricacioacuten generando los
planos para la futura construccioacuten de la maacutequina y el manual de construccioacuten en la
empresa Bridgestone Firestone CA especiacuteficamente al departamento de proyectos
Capiacutetulo 2 Marco Teoacuterico
5
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Fundamentos Teoacutericos
Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos
Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos
Fuente wwwbfvzcom
Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury
6
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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan
con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El
negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso
de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo
cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en
la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes
para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten
de puentes sulfurosos
En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y
otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el
calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya
pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico
encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un
transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado
En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se
llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen
como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe
amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el
tratamiento
En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan
cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten
diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por
ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten
del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina
Masticacioacuten
7
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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez
finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un
laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a
traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades
Extrusores y calandras
Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras
para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan
de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas
de goma La calandra realiza las siguientes funciones
bull
Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos
bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido
bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten
Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con
ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de
goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y
matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor
moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos
Uso de acero y fibras sinteacuteticas
Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas
diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial
En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras
artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por
hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos
8
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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son
retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su
vez recibe un recubrimiento de goma
El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por
una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es
adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que
llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones
Montaje de los componentes y modelo
El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la
maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan
los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones
telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el
nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no
es elaacutestico ni resistente
Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material
soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes
representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que
manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes
utilizados para este fin son los solubles en agua
Vulcanizacioacuten
El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto
definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se
somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24
atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el
que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado
9
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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24
atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico
En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La
vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no
pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten
El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12
minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por
ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias
horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico
de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el
neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado
Partes de un Neumaacutetico
10
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Innerliner
El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de
la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico
Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom
Taloacuten
Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad
conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de
cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se
calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda
para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim
11
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
12
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
14
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
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Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Es importante cortar tiras de goma de 100mm para alimentar la maacutequina QCT
necesita ser medida ya que es el tamantildeo que permite la boquilla de alimentacioacuten de
la extrusora de la maacutequina ademaacutes el meacutetodo actual para cortar las tiras de 100mm es
poco praacutectico ya que se hace en caliente dentro de una de las maacutequinas de Banbury y
como es tan delgada la tira de goma en comparacioacuten a la cantidad que se calienta
esto origina peacuterdidas tanto de tiempo como de material porque al calentarse la goma
se hace pasar por unos rodillos y al extremo de uno de ellos se coloca una cuchilla
circular que va realizando el corte aquiacute se origina la peacuterdida de tiempo y material ya
que por ser tanta goma esta permanece mucho tiempo dando vueltas en los rodillos
calientes lo que hace que pequentildeas zonas de la goma se vaya vulcanizando esto es lo
que se quiere porque si sucede esto esa goma vulcanizada se pierde y para
recuperarla es un proceso muy complicado que no es rentable
Objetivo General
bull Disentildear una maacutequina cortadora de tiras de goma
Objetivos Especiacuteficos
bull Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora de goma que se
disentildeara
bull Determinar el disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la
cortadora
bull Determinar el disentildeo detallado de los componentes que cumplan con el
concepto propuesto
bull Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la
maacutequina
bull Elaborar un Plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo
Justificacioacuten e Importancia
4
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Para que un proceso sea productivo es necesario tener todas las maacutequinas y
herramientas necesarias para realizar dicho proceso actualmente en el departamento
de Banbury el proceso de cortado de una de las gomas que se produce es ineficiente
en razoacuten de provocar retrasos en la entrega del material a las maacutequinas armadoras y a
las calandras a la vez que se desperdicia mucho material (gomas) implicando mayor
cantidad de horas hombre en la produccioacuten final y es aquiacute donde este proyecto toma
importancia ya que se plantea una solucioacuten para esta necesidad al momento de cortar
la goma al proponer el disentildeo de una nueva maacutequina cortadora de goma que
permitiraacute obtener tiras de goma de 100mm y 200mm
Alcance
El presente Proyecto va dirigido exclusivamente a la generacioacuten del concepto de
una maacutequina cortadora de tiras de goma para su posterior fabricacioacuten generando los
planos para la futura construccioacuten de la maacutequina y el manual de construccioacuten en la
empresa Bridgestone Firestone CA especiacuteficamente al departamento de proyectos
Capiacutetulo 2 Marco Teoacuterico
5
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Fundamentos Teoacutericos
Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos
Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos
Fuente wwwbfvzcom
Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury
6
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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan
con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El
negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso
de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo
cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en
la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes
para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten
de puentes sulfurosos
En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y
otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el
calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya
pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico
encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un
transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado
En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se
llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen
como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe
amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el
tratamiento
En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan
cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten
diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por
ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten
del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina
Masticacioacuten
7
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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez
finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un
laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a
traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades
Extrusores y calandras
Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras
para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan
de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas
de goma La calandra realiza las siguientes funciones
bull
Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos
bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido
bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten
Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con
ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de
goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y
matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor
moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos
Uso de acero y fibras sinteacuteticas
Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas
diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial
En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras
artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por
hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos
8
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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son
retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su
vez recibe un recubrimiento de goma
El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por
una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es
adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que
llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones
Montaje de los componentes y modelo
El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la
maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan
los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones
telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el
nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no
es elaacutestico ni resistente
Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material
soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes
representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que
manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes
utilizados para este fin son los solubles en agua
Vulcanizacioacuten
El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto
definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se
somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24
atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el
que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado
9
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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24
atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico
En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La
vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no
pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten
El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12
minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por
ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias
horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico
de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el
neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado
Partes de un Neumaacutetico
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Innerliner
El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de
la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico
Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom
Taloacuten
Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad
conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de
cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se
calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda
para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
24
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
25
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
26
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
27
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
28
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Para que un proceso sea productivo es necesario tener todas las maacutequinas y
herramientas necesarias para realizar dicho proceso actualmente en el departamento
de Banbury el proceso de cortado de una de las gomas que se produce es ineficiente
en razoacuten de provocar retrasos en la entrega del material a las maacutequinas armadoras y a
las calandras a la vez que se desperdicia mucho material (gomas) implicando mayor
cantidad de horas hombre en la produccioacuten final y es aquiacute donde este proyecto toma
importancia ya que se plantea una solucioacuten para esta necesidad al momento de cortar
la goma al proponer el disentildeo de una nueva maacutequina cortadora de goma que
permitiraacute obtener tiras de goma de 100mm y 200mm
Alcance
El presente Proyecto va dirigido exclusivamente a la generacioacuten del concepto de
una maacutequina cortadora de tiras de goma para su posterior fabricacioacuten generando los
planos para la futura construccioacuten de la maacutequina y el manual de construccioacuten en la
empresa Bridgestone Firestone CA especiacuteficamente al departamento de proyectos
Capiacutetulo 2 Marco Teoacuterico
5
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Fundamentos Teoacutericos
Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos
Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos
Fuente wwwbfvzcom
Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury
6
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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan
con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El
negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso
de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo
cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en
la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes
para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten
de puentes sulfurosos
En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y
otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el
calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya
pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico
encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un
transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado
En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se
llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen
como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe
amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el
tratamiento
En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan
cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten
diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por
ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten
del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina
Masticacioacuten
7
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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez
finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un
laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a
traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades
Extrusores y calandras
Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras
para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan
de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas
de goma La calandra realiza las siguientes funciones
bull
Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos
bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido
bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten
Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con
ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de
goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y
matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor
moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos
Uso de acero y fibras sinteacuteticas
Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas
diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial
En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras
artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por
hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos
8
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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son
retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su
vez recibe un recubrimiento de goma
El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por
una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es
adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que
llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones
Montaje de los componentes y modelo
El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la
maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan
los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones
telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el
nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no
es elaacutestico ni resistente
Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material
soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes
representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que
manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes
utilizados para este fin son los solubles en agua
Vulcanizacioacuten
El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto
definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se
somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24
atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el
que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado
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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24
atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico
En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La
vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no
pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten
El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12
minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por
ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias
horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico
de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el
neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado
Partes de un Neumaacutetico
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Innerliner
El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de
la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico
Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom
Taloacuten
Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad
conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de
cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se
calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda
para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
59
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
64
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
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Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Fundamentos Teoacutericos
Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos
Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos
Fuente wwwbfvzcom
Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury
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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan
con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El
negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso
de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo
cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en
la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes
para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten
de puentes sulfurosos
En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y
otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el
calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya
pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico
encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un
transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado
En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se
llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen
como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe
amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el
tratamiento
En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan
cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten
diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por
ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten
del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina
Masticacioacuten
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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez
finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un
laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a
traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades
Extrusores y calandras
Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras
para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan
de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas
de goma La calandra realiza las siguientes funciones
bull
Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos
bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido
bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten
Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con
ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de
goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y
matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor
moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos
Uso de acero y fibras sinteacuteticas
Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas
diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial
En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras
artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por
hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos
8
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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son
retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su
vez recibe un recubrimiento de goma
El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por
una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es
adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que
llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones
Montaje de los componentes y modelo
El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la
maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan
los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones
telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el
nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no
es elaacutestico ni resistente
Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material
soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes
representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que
manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes
utilizados para este fin son los solubles en agua
Vulcanizacioacuten
El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto
definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se
somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24
atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el
que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado
9
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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24
atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico
En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La
vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no
pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten
El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12
minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por
ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias
horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico
de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el
neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado
Partes de un Neumaacutetico
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Innerliner
El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de
la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico
Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom
Taloacuten
Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad
conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de
cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se
calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda
para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
15
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
20
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
21
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
22
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
25
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan
con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El
negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso
de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo
cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en
la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes
para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten
de puentes sulfurosos
En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y
otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el
calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya
pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico
encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un
transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado
En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se
llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen
como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe
amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el
tratamiento
En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan
cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten
diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por
ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten
del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina
Masticacioacuten
7
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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez
finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un
laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a
traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades
Extrusores y calandras
Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras
para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan
de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas
de goma La calandra realiza las siguientes funciones
bull
Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos
bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido
bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten
Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con
ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de
goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y
matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor
moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos
Uso de acero y fibras sinteacuteticas
Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas
diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial
En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras
artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por
hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos
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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son
retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su
vez recibe un recubrimiento de goma
El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por
una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es
adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que
llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones
Montaje de los componentes y modelo
El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la
maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan
los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones
telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el
nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no
es elaacutestico ni resistente
Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material
soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes
representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que
manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes
utilizados para este fin son los solubles en agua
Vulcanizacioacuten
El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto
definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se
somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24
atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el
que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado
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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24
atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico
En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La
vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no
pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten
El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12
minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por
ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias
horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico
de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el
neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado
Partes de un Neumaacutetico
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Innerliner
El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de
la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico
Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom
Taloacuten
Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad
conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de
cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se
calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda
para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
59
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
64
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
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Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez
finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un
laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a
traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades
Extrusores y calandras
Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras
para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan
de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas
de goma La calandra realiza las siguientes funciones
bull
Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos
bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido
bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten
Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con
ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de
goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y
matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor
moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos
Uso de acero y fibras sinteacuteticas
Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas
diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial
En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras
artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por
hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos
8
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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son
retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su
vez recibe un recubrimiento de goma
El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por
una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es
adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que
llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones
Montaje de los componentes y modelo
El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la
maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan
los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones
telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el
nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no
es elaacutestico ni resistente
Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material
soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes
representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que
manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes
utilizados para este fin son los solubles en agua
Vulcanizacioacuten
El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto
definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se
somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24
atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el
que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado
9
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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24
atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico
En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La
vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no
pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten
El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12
minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por
ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias
horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico
de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el
neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado
Partes de un Neumaacutetico
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Innerliner
El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de
la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico
Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom
Taloacuten
Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad
conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de
cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se
calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda
para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim
11
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
21
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
23
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
25
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son
retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su
vez recibe un recubrimiento de goma
El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por
una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es
adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que
llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones
Montaje de los componentes y modelo
El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la
maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan
los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones
telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el
nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no
es elaacutestico ni resistente
Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material
soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes
representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que
manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes
utilizados para este fin son los solubles en agua
Vulcanizacioacuten
El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto
definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se
somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24
atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el
que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado
9
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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24
atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico
En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La
vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no
pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten
El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12
minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por
ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias
horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico
de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el
neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado
Partes de un Neumaacutetico
10
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Innerliner
El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de
la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico
Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom
Taloacuten
Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad
conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de
cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se
calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda
para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim
11
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
12
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24
atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico
En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La
vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no
pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten
El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12
minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por
ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias
horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico
de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el
neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado
Partes de un Neumaacutetico
10
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Innerliner
El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de
la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico
Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom
Taloacuten
Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad
conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de
cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se
calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda
para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
12
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
14
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
15
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
16
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
58
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
59
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Innerliner
El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de
la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico
Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom
Taloacuten
Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad
conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de
cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se
calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda
para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
12
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
14
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
15
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
23
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
25
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
27
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
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Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Taloacuten
Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor
rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim
respectivo
Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom
Telas de Cuerpo
Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son
los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas
hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa
del neumaacutetico
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
15
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
59
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
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Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom
Pared
Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el
rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El
termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la
protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de
alta flexibilidad y resistente al clima
Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom
Inserto de Hombro
Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete
de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos
neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
59
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom
Relleno de Cinturones
Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los
cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras
Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom
Cinturones Estabilizadores
Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas
por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo
indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen
al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten
es el acero
Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)
14
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
15
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
16
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
20
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
58
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
59
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Fuentes wwwbfvzcom
Cap Ply Spiral Layer
El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este
componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se
encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades
Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom
Banda de Rodamiento
El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en
contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al
desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado
estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya
microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de
polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que
tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes
y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la
seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los
15
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
25
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
26
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
27
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
28
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
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Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste
la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico
Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)
Fuente wwwbfvzcom
Ribetes
Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que
proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar
Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial
Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)
Fuente wwwbfvzcom
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
24
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
25
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Surcos
Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un
neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua
Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom
Sipes
Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la
pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos
Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
19
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
20
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
21
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Tacos
Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee
un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo
Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom
Hombro
El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado
Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom
18
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
19
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
20
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
21
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
25
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Maacutequinas similares
Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente
manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el
operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable
para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada
Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa
por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten
colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho
corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea
El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para
permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los
flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el
suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro
Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual
manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento
La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas
se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de
transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y
almacenamiento
El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte
redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o
tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente
para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de
rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
20
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
59
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material
obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten
principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le
garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una
maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en
espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que
sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
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Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
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Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico
Tipo de investigacioacuten
Investigacioacuten Campo
Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis
sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos
interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y
efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo
Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se
trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se
aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el
estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no
agregadosrdquo (p 18)
En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus
causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los
objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes
del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad
Disentildeo de Investigacioacuten
El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten
detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa
Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F
(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
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Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar
alguna variable (p 48)
Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos
En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos
comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)
La Observacioacuten
La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de
nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema
de investigacioacutenrdquo (p 105)
La Observacioacuten Directa
Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya
que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad
era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas
Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes
de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)
La entrevista no estructurada
Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos
de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y
formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el
22
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las
preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las
preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas
particulares de los sujetos de estudio (p 98)
Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones
teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y
lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de
entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto
Etapas y desarrollo del proyecto
Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por
la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha
venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury
especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los
supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma
Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora
Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de
planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea
dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada
una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los
operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y
asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer
en el disentildeo de la cortadora
Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora
una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un
primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere
23
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
24
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
25
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
26
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
27
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
28
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto
propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la
maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos
que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la
elaboracioacuten de dicha maacutequina
Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina
una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado
de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos
sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos
fallen estando trabajando
Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se
necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute
manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo
A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir
todos los objetivos planteados en dicho trabajo
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
25
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
26
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
27
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
28
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
58
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
59
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Cronograma de actividades
Ndeg ACTIVIDADES
SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X
2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X
3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de
seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos
X
4 Disentildeo detallado del equipo X X X X
5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina
a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la
maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X
7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X
8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X
9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X
10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente
25
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
26
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
27
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
28
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo
Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa
El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para
elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la
recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento
de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten
directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y
supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene
bull Que corte a diferentes medidas
bull Que sea faacutecil de usar
bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente
bull Que sea de faacutecil mantenimiento
bull Que no ocasione peacuterdida de material
bull Que sea ergonoacutemica
Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y
supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina
cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y
Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1
26
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
27
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
28
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente
Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades
Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la
planta (50mm a 600mm)
Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar
Que las medidas a las que corte
se puedan cambiar raacutepidamente
El reemplazo de las medidas a las que se corta la
goma se pueda hacer con facilidad
Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles
mantenimiento
Que no ocasione peacuterdida dematerial
La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo
Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico
Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron
las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente
1 Bajo costo de construccioacuten
2 Faacutecil manipulacioacuten
3 Cambio raacutepido de medida de corte
4 Aprovechamiento de todo el material introducido
5 Equipo ergonoacutemico
6 Realiza los cortes precisos
7 Faacutecil mantenimiento
Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la
importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la
interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los
operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta
una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la
tabla Nordm2
Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades
Nuacutemero Necesidad importancia
1 Bajo costo de construccioacuten 5
2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4
3 Cambio raacutepido de medida de corte 4
4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4
5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3
6 Realiza los cortes precisos 4
Especificaciones del producto
El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso
se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute
planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y
almacenamiento
Sistema de Alimentacioacuten
Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas
bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y
desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3
28
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
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Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas
Ventajas Desventajas
Paletas
bull La goma que se le
coloca no importa
si esta ordenada o
no lo que hace que
su despacho para la
cortadora sea maacutes
raacutepido
bull
Solo se pueden mover conmontacargas
bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2
para ubicarla
bull Necesitan un mantenimiento
continuo ya que si se encuentran
oxidadas la goma puede
contaminarse y el material se
volveriacutea Scrap (es el teacutermino
utilizado para llamar al materialinservible)
Bobinas
bull Pueden ubicarse a
cualquier altura
para asiacute reducir el
aacuterea que ocupa el
equipo
bullSon de faacutecilreemplazo
bull Amerita el uso de una gruacutea tipo
polipasto para poder desmontar las
bobinas del eje donde se llenan
porque al enrollarse varias bobinas
en un mismo eje aumenta
considerablemente su peso
Extrusoras
bull No necesitan un
medio de
transporte porque
sale de la extrusora
y entra de una vez
al proceso
bull Aporta la goma
caliente esto
facilitariacutea el corte
de la misma
bull Necesita mucho maacutes espacio hasta
ocupariacutea maacutes espacio que la propia
maacutequina de corte
bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten
propia
29
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Sistema de Corte
Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de
la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas
circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una
matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de
alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4
30
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
64
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter
Cameron de
Tela y Goma
Sistema de
Alimentacioacuten
Se alimenta a traveacutes de paletas
llenas de goma estas se
colocan al frente de la
Cortadora con ayuda de un
montacargas a medida que
estaacute va necesitando material
hala la goma tensionaacutendola de
manera que el operario tiene
que estar pendiente de liberar
dicha tensioacuten para que la
maacutequina funcione
adecuadamente
Se alimenta a traveacutes de bobinas
llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una
gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el
eje que esta acoplado a un
freno para dar tensioacuten y separar
el liner de la tela alimenta la
maacutequina automaacuteticamente ya
que esta acoplada por un
sistema de transmisioacuten de
Pintildeoacuten-Cadena al eje principal
Sistema de Corte
El sistema de corte usa el
principio de cizalladura utiliza
flejes de acero que se colocan
a la distancia a la que se
quieren cortar las tiras de
goma utilizan tuercas a los
lados para ajustar y
separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos
flejes estaacuten colocados dentro
de un encofrado ademaacutes estos
se encuentran acoplados
directamente a traveacutes de un
sistema de transmisioacuten de
El sistema de corte es
totalmente independiente de la
maacutequina ya que son cuchillas
circulares que poseen un
pequentildeo cilindro neumaacutetico
estaacutes son apoyadas sobre una
barra con un perfil de cola de
milano para que se puedanajustar permite colocar
cualquier medida la miacutenima
permitida es el espesor de la
base de las cuchillas
31
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto
reductor principal de la
maacutequina
Sistema de
Almacenamiento
Las tiras ya cortadas pasan a
una estructura donde se realiza
la distribucioacuten de las tiras a los
carros de almacenamiento
dicho transporte se hace en
una banda transportadora
Los carros almacenadores
estaacuten separados en cuatro
partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma
Dichos carros pueden ser
movidos manualmente ya que
poseen ruedas o pueden ser
movidos con un montacargas
Las tiras ya cortadas son
almacenadas en bobinas dichas
bobinas estaacuten por encima de las
cuchillas de tal modo que
estos ejes donde se llenaran las
bobinas seraacuten movidos con un
sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-
cadena A la moto reductor
principal de la maacutequina
Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes
resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5
Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras
Maacutequina
Elemento
Comparado
Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y
Goma
Sistema de Alimentacioacuten X
Sistema de Corte X
32
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
59
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
64
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Sistema de Almacenamiento X
Nota la X indica el sistema seleccionado
Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se
realizaron una serie de propuestas
Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla
Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el
grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la
tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo
Tabla Nordm 6 Lista de medidas
nuacutemero Nuacutemero de
necesidadMedida importancia Unidad
1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg
2 1 Costo de manufactura 5 Bsf
3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m
4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h
5 6 Tiempo de corte 4 h
6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min
7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h
Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas
que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7
33
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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34
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
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Mc Graw Hill
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Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas
medida
necesidad
1 2 3 4 5 6 7
Costo de
manufactura
Peso de
la
maacutequina
Tiempo
de cambio
de medida
Intervencioacuten
del operador
Ergonomiacutea
de la
maacutequina
Tiempo
de corte
Tiempo de
mantenimiento
1Bajo costo de
construccioacuten X X
2
Faacutecil
manipulacioacuten de a
maacutequinaX X
3Cambio raacutepido de
medida de corte X
4
Aprovecho total
del material
introducido en la
maacutequina
X
5
La maacutequina
presenta un
disentildeo
ergonoacutemico
X
6Realiza los cortes
precisos X
35
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
58
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
59
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades
36
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber
realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las
medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita
la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se
aprecian en la tabla Nordm 8
Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables
Nuacutemero
Nuacutemero
de
necesidad
Medida Importancia UnidadValor
marginal
Valor
ideal
1 1Peso de la
maacutequina3 Kg 2500 2300
2 1Costo de
manufactura5 Bsf 120000 100000
3 4-5Ergonomiacutea de
la maacutequina4 m 2 170
4 2Tiempo de
mantenimiento5 h 2 125
5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025
6 3
Tiempo de
cambio de
medida
4 min 5 2
7 2Intervencioacuten
con el operador
3 h 05 03
37
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
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Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Generacioacuten del concepto
Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las
maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en
banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en
las ganancias que percibe dicha empresa
Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir
una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la
produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso
Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la
goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para
posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las
necesidades ya conocidas de la empresa
Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de
disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y
entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten
Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada
satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la
maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten
con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la
estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de
soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos
que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada
luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en
siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya
existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes
de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura
38
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
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74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
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Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes
introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas
dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que
sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan
controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del
acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que
gana cada eje con los carretes llenos
Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)
39
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
40
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
42
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)
Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y
permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten
permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el
sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor
cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de
planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido
cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un
sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo
principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora
tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les
permite movilizar con el uso de montacargas
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)
41
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
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Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
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Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
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Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
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Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
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74
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especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
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(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)
43
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
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Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
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Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
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Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)
Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron
en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el
sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de
aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la
manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de
almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora
tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta
44
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
46
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Figura 23 Propuesta 3
Seleccioacuten de la propuesta
En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas
45
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
61
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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47
Necesidades Importancia
Calificacioacuten
Propuesta 1
Calificacioacuten
Propuesta 2
Calificacioacuten
Propuesta 3
Costo de manufactura5 5 3 5
Peso de la maacutequina3 2 4 3
Tiempo de cambio de
medida4 4 3 4
Intervencioacuten del
operador 4 5 4 3
Ergonomiacutea de la
maacutequina4 3 5 5
Tiempo de corte5 5 4 5
Tiempo de
mantenimiento5 4 4 4
TOTAL
30 28 27 29
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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48
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
53
Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
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(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute
que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se
realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por
separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y
al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que
la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor
cantidad de necesidades planteadas por la empresa
Descripcioacuten de la maacutequina
La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos
independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten
Figura 24 Maacutequina cortadora de goma
Sistema de alimentacioacuten
49
Sistema de Alimentacioacuten
Sistema de Corte
Sistema de Almacenamiento
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio
y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un
camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora
Figura 25 Sistema de alimentacioacuten
bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de
soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en
la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
50
Estructuras en L
Planchas de fijacioacuten
Rodillos
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Sistema de corte
Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos
perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de
aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)
planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero
ASTM A36 que soporta toda la estructura
Figura 26 Sistema de corte
bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten
estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de
soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la
estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del
almaceacuten de la empresa
51
Base de la estructura
Rodillo 2
Rodillo 1
Estructura de sop
Juegos de Cuchillas
Estructura de sopo
Motoreductor
Sistema de
Transmisioacuten
Plancha de unioacuten
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
52
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la
empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de
suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi
y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por
lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas
por la empresa desde el exterior
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que
estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se
encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la
mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el
motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea
arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un
juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por
seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave
(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La
seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras
acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones
parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora
bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es
accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina
El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes
especificaciones
Marca SEW
5 Hp
1750 rpm
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Modelo R27
440V
50 ndash 60 Hz
Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros
electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que
el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E
Sistema de almacenamiento
Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene
como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los
respectivos carros
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Estructura de soporte Rodillos
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
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Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Figura 27 Sistema de Almacenamiento
bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el
sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma
bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma
a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en
el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no
decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta
bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de
fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada
(12rdquo)
Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a
las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la
eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la
54
Estructura de soporte
Planchas de fijacioacuten
Planchas de fijacioacuten
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
55
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
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Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho
anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011
El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como
bull Material de elemento a estudiar
bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido
bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento
bull Restricciones del elemento con respecto al entorno
bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla
bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada
La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a
continuacioacuten se presentan sus propiedades
bull Densidad 7850 Kgm3
bull Resistencia uacuteltima 400 MPa
bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF
bull Modulo de rigidez 250 MPa
bull Modulo de elasticidad 200 GPa
bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a
continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para
realizar el anaacutelisis
bull Densidad 2700 Kgm3
bull Punto de fusioacuten 658 ordmC
bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC
bull Modulo de rigidez 30 MPa
bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
56
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
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Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC
Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde
es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya
existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los
han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de
alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las
cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado
anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo
prescindir de este anaacutelisis para ellas
Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se
tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones
fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la
estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad
de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si
el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados
fueran erroacuteneos
A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado
Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas
ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Tensioacuten de Von Mises)
La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las
presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la
siguiente manera
Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras
que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes
este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una
escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que
soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute
8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que
57
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
60
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
64
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
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Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es
mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la
Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad
dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor
Real
N=Syσacute
Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la
N= 314
Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el
factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga
aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el
factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor
de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo
puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando
Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve
la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal
se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la
Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se
encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar
haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de
soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde
se sujetan
Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento
ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su
punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que
suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque
concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo
se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
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Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar
que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo
que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era
constante
Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)
De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten
para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se
deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
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Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Desplazamiento Total)
En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la
recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del
espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten
resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm
Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es
decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el
estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten
entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121
siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este
factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo
hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
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Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la
grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la
longitud del rodillo
Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)
Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico
cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes
medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su
centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea
soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el
rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido
Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en
la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo
en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si
se refinara la malla como se menciono anteriormente
Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Deformacioacuten Equivalente)
Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten
equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un
cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo
ε= δL
62
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
63
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
64
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una
deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones
que ocurren sobre todos los ejes del rodillo
La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona
con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene
un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo
no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente
se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento
Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten
(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)
El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una
paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo
en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima
se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
64
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
65
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el
diaacutemetro normal del rodillo
A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la
estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico
debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por
lo tanto es el que soportara mayor carga
Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von
Mises)
En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee
un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las
presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la
estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de
fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22
El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto
Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por
encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se
ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del
rodillo
Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
de Von Mises vs Longitud del Eje)
En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten
de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la
estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados
para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo
que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado
La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de
tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva
pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de
seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como
bajos
Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Desplazamiento Equivalente)
En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten
aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078
mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de
001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445
66
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
67
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
74
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de
seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la
carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud
del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36
Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica
Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)
Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el
medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el
medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos
y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto
impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos
Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
68
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte
(Deformacioacuten Equivalente)
En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la
deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en
cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones
observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es
en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm
comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo
que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es
indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
72
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
73
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la
grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo
largo del rodillo
Manual de construccioacuten
Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de
construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se
sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una
lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras
69
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
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Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero
asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten
MC -
Nombre del equipo
ldquoMaacutequina Cortadorardquo
Nuacutemero de la pieza
perteneciente a la maacutequina
Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un
diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada
estructura
Para mayor detalle revisar el Anexo B
Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten
Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y
en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor
altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura
Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los
planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada
una de las estructuras
Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra
bull El logo y nombre de la empresa
bull Titulo del proyecto
bull Contenido del plano
70
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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7 Cuchillas 148356 (cu)
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Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
75
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bull Nombre de quien lo proyectoacute
bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute
bull Fecha
bull Nuacutemero de plano
Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un
resumen de los planos elaborados
Tabla Nordm 10 Resumen de planos
Funcionamiento del mecanismo
71
Nuacutemero de Plano Nombre del Plano
17 Plano Maacutequina Completa
27 Plano Alimentacioacuten
37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas
47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas
57 Plano Base Estructura Cortadora
67 Plano Ensamblaje Almacenamiento
77 Planos piezas varias
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
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1 Motor 5 Hp 5860
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7 Cuchillas 148356 (cu)
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Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
Principio del formulario
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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo
C
Anaacutelisis de costos
Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor
de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de
metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de
los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que
deben ser importados por la empresa o por otras empresas
La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos
torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de
acuerdo al equipo que se desee construir
Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la
cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11
Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten
Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)
4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)
1 Viga UPN 100 543027 (cu)
1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)
3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)
9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)
5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)
1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)
1 Motor 5 Hp 5860
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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300
7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill
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7 Cuchillas 148356 (cu)
96
Tornillos arandelas planas y de presioacuten
grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)
Mano de obra 845267
TOTAL 10942586
Capiacutetulo 5 Conclusiones
bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ
determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las
propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma
bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte
dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas
bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas
a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos
de la empresa aliviando asiacute Banbury1
bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno
de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la
tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten
equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de
seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si
se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es
debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos
sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en
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mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede
mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la
malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten
caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar
en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por
turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer
la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos
ciacuteclicos no constantes en el tiempo
bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que
conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo
bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de
cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de
cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la
comprensioacuten del ensamble
Referencias bibliograacuteficas
Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial
Panapo de Venezuela CA
Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque
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75
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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de
especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)
Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial
Mc Graw Hill
Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia
(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J
Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson
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