diseÑo de maquina prensadora

5/16/2018 DISEÑO DE MAQUINA PRENSADORA - slidepdf.com

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DISEÑO DE MAQUINA PRENSADORA DE LATAS PARA LAMINADOS YVIGAS DE GUADUA

Juan David Polanco Beltrán

Universidad Autónoma de Occidente, Cll 25 # 115 - 85 Km. 2 Vía Cali - Jamundí. www.uao.edu.co - Cali, Colombia.

Abstract: En el presente documento se encuentra descrito todo el proceso de diseño de unsistema de prensado de latas de guadua para la producción de laminas y vigas siguiendo lametodología de diseño concurrente para productos. Se exponen las necesidadesidentificadas a partir de los requerimientos del cliente, con su respectivo análisisaplicando el método QFD para identificar la necesidad de mayor importancia y enfocarsecon mayor énfasis en las necesidades claves durante el proceso de diseño, se realizo elrespetivo benchmarking para así conocer los antecedentes de este tipo de productos en elmercado y el estudio a nivel mundial de los adelantos que se han hecho en esta área. Así mismo, se describe el proceso de generación y selección de conceptos empleados pararesponder a las necesidades previamente identificadas, Para presentar de manera masexplicita el desarrollo de este sistema de prensado de latas de guadua.

Keywords: Guadua angustifolia, hidráulica, neumática, lata de guadua, prensa, pegante,fraguar.

1. INTRODUCCIÓN

La guadua es un producto forestal cuyo uso en laconstrucción del paisaje campesino colombiano hasido tradicional durante muchos años. Sin embargo,sólo desde hace poco tiempo su importanciaeconómica y social está siendo valorada. En la zonacafetera y, en general, en la región Andina

colombiana la guadua es un producto significativo enla construcción de vivienda, puentes, acueductos, yen la elaboración de artesanías, utensilios de cocina einstrumentos musicales.

Además, ha recibido un importante apoyo de lascorporaciones autónomas regionales, dadas suscaracterísticas ecológicas que le permiten ser unafuente importante de agua. Igualmente es importanteen la regulación de los caudales, así como lapurificación del ambiente capturando CO2.

1

1 La Cadena de la Guadua en Colombia: una mirada global

de su estructura y dinámica 1991-2005, consulta 24 de

Este proyecto nace a partir de una propuestanovedosa de utilizar la guadua de forma maciza, paracomponer productos estructurales como láminas yvigas, con la ayuda de pegantes.

Estos productos están conocidos en el mundo de lamadera como “laminados” que son obtenidos a partirde la utilización de latas de guadua y en el momento

Cuentan con una rápida y creciente demanda mundial(las latas es el primer proceso de transformación de laguadua rolliza, y son obtenidas de la parte gruesa deltallo es decir los primeros 8 a 12m lineales. Elproceso del rajado “Lateado” deja de 6 a 10 latas portallo de guadua; un segundo paso de cepillado lasconvierte en latas).

agosto de 2007,http://www.agrocadenas.gov.co/guadua/guadua_descripcion.htm



Proceso de la guadua.

Lateado Denudado Inmunizado

Cepillado Encolado y prensado

En Colombia la tecnología utilizada para latransformación y la producción de laminados y vigasde guadua son adaptaciones infructuosas del trabajocon otras maderas, es por eso que la PontificiaUniversidad Javeriana seccional Cali, a través delCentro de Automatización de Procesos – CAP, enconvenio con El Ministerio de Agricultura, plantea elproyecto de diseño de un sistema de prensado delatas para la producción de laminados y vigas deguadua, que hace parte del “Desarrollo de un centropiloto de procesamiento preindustrial de guadúa en elDepartamento del Valle del Cauca”.

2. ESPECIFICACIONES DEL PROBLEMASe debe tener en cuenta que existen dos formas depegar las latas: 1.- uniéndolas por los cantos (ver

figura 1), lo cual proporciona un mejor acabado y esutilizada para la fabricación de laminados de 300 cmX 30 cm X 0.7 cm

Figura 1. Unión por los cantos.

2.- pegando las latas por las caras (ver figura 2),formando de está manera tableros más gruesos queunidos entre si pueden dar origen a vigas de 300 cmX 10 cm X 3 cm

Figura 2. Unión por las caras

3. METODOLOGÍA DE DISEÑO DELSISTEMA

3.1 Especificaciones preliminares

Tabla 1. Especificaciones técnicas preliminares

3.2 Antecedentes

Los sistemas de prensado que se presentan en laindustria para este tipo de aplicaciones son diversos,encontrándose en el país sistemas muy rudimentariospoco prácticos, también en algunos casos latecnología utilizada son adaptaciones inadecuadascon las usadas con otras maderas, que no consideranlas propiedades físico-químicas propias de la guadua

En Colombia se encontró el siguiente tipo deprensado para latas de guadua:

Encolado Unión y ensamble

Traslado Prensado

Como se puede observar es todo un proceso manual y

artesanal, este tipo de prensado toma alrededor deuna hora para que los paneles de guadua quedenadheridos uno al otro.

Haciendo el respetivo benchmarking en el mercado anivel mundial encontramos la siguiente prensa encaliente:

F

igura 3. Italpresse Hot press



3.3 Generación de conceptos

En esta fase del diseño descomponemos nuestro

problema en las funciones más relevantes con el finde obtener una mejor visualización del sistema. Paraclarificar el problema se hará uso de ladescomposición funcional, que nos mostrara lossubproblemas más críticos del diseño en los que nosdebemos enfocar.

Figura 3. Descomposición funcional

Figura 4. rama critica de las subfunciones

Las subfuncion mas criticas para nuestro diseño lahemos identificado como se muestra en la figura 4.De estas subfunciones depende directamente elproducto final que se quiere llegar a desarrollar.

en esta fase del diseño permite identificar las posiblescombinaciones de soluciones para las subfunciones,generándose en este caso 6 conceptos diferentes parael desarrollo del diseño.

3.4 Selección de conceptos

En esta fase de selección de conceptos se evalúa lasdiferentes posibilidades de diseño y se califican conel fin de obtener la mejor alternativa de diseño.

Tabla 2. Matriz de tamizaje

Figura 5. Concepto EF

Se genero un nuevo concepto que nació a partir decombinar conceptos, ya que algunos que fuerondescartados y contienen algunas subfunciones masapropiadas para el diseño del sistema.

Tabla 3. Matriz de evaluación

Podemos concluir mediante esta proceso deevaluación que el concepto mas favorable quecumple con los criterios de selección el cual se debedesarrollar en este proyecto es el que obtuvo lacalificación mas alta.

3.5 desarrollo de la arquitectura del producto

La arquitectura de este sistema de prensado, debido ala complejidad en el diseño y a las funciones quedebe realizar se manejo una arquitectura integral,implementado varios subsistemas que a su vez a nivelde subsistema predomina la arquitectura modular, Yaque cada uno de ellos cumple con una funciónespecifica que al integrar los se consigue elfuncionamiento total de la maquina



3.5.1 Esquema del producto

En esta parte se presenta el esquema general delsistema de prensado donde se observa los diferentes

módulos que la componen a través de sus funciones

Figura 3. Esquema general del producto por bloquesfuncionales (chunks).

4. DISEÑO SISTEMA DE PRENSADO DEGUADUA

Figura 4. Sistema de prensado y encolado“PRESAGUA”.

4.1 Descripción del sistema de prensado:

Al obtener la lata de guadua cepillada esta esposicionada y almacenada en el sistema dealimentación según se disponga para que tipo deprensado se va a realizar, el sistema cuenta con unosrodillos de avance que me permiten transportar laslatas de un subsistema a otro durante el proceso, ladistancia de los rodillos es ajustable para los dostipos de prensado.

Al llegar al sistema de encolado, en este proceso se leagrega pegante a las caras o cantos de la guaduasegún el tipo de unión de las latas que se esterealizando, al salir del sistema de encolado pasa al

sistema de ensamble donde una banda transportadorase encarga de transportar la lata hasta llegar a unsensor final de carrera, que al ser accionado activa los

pistones neumáticos que generan un movimientohorizontal que se encarga de unir las latas.

El sistema contara con un contador para controlareste proceso, al llegar al numero de latas requeridospara la producción de tableros de 300 x 30 x .7 cm ovigas de 300 x 10 x 4 cm se activara el mecanismo deavance de la mesa de rodillas transportando la tabla oviga hacia el sistema de prensado vertical en caliente.

5. SUBSISTEMAS DEL SISTEMA DEPRENSADO

2.1. Sistema de alimentación

2.2. Sistema de encolado

2.2.1 Selección del motor : Se estimo la velocidad deproducción de 800 mm / seg. Se escogió el diámetropara el cilindro A de 2 “ (50,80 mm).

L = circunferencia

D L Π= (1)mm L 59,159=

Con la velocidad lineal a la que queremos llegarhallamos el periodo, aquí se conoce el tiempo quetarda el móvil en dar una vuelta al cilindro para hacerel recorrido.

segmmVt / 800=

V

LT = (2)

Sistema deencolado

Sistema dealimentación

Sistema de ensamble

Sistema de prensado



segsegmm

mmT 1994911,0

/ 800

59,159==

T f

1= (3)

min160

/ 01275,5seg

seg f ∗= RPM

f 76,300=

Con este valor ya hallado el numero de RPM con lasque tiene que girar el cilindro A se escoge un motorde 1200 RPM el cual se va a conectar a unmotorreductor el cual me pasa de 1200 RPM a 300RPM garantizándome la velocidad lineal de 800mm/seg

2.3. Sistema de ensamble

2.4. Sistema de prensado caliente

La presión total requerida se calcula según el áreamultiplicada por la presión en psi. FranklinInternacional sugiere utilizar las siguientes

presiones2

:

maderas de baja densidad: 100-150 psimaderas de densidad media: 125-175 psiMaderas de alta densidad: 175-250 psi

Debido a las propiedades físico mecánicas de laguadua - angustifolia se cataloga como madera de

2 SERVIMAD S.A. Franklin International, GUIA PARA ELENCOLADO DE MADERA, Basado en el video “Selectedpresentation on Wood Glutting,”, Universidad de Carolina delNorte, USA. Disponible en línea:<www.slipnaxos.cl/comersus/store/documentos/Guia_encolado.doc >

densidad media entonces se toma como referencia apartir de esta información y se decide aplicarle unapresión de 150 psi para el prensado de las latas.

Sabemos que:

A

F P =

Tabla 4. Selección del cilindro hidráulico

Fuerza generada por los cuatro cilindros hidráulicos,

para garantizar una presión de prensado de 150 psi

en la placa.

===29.0

980

M

KN

A

F P

157psi

6. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Tamaño de plancha de prensado 300 x 30 x .7cm

Tiempo de prensado: aprox. 1- 2 min;

dependiendo del tipo

de madera y pegamento

Largo del Panel 400 - 3,000 mm

Ancho del Panel 30 - 300 mm

Grueso del Panel 7 - 30 mm de acuerdo

al tipo de unión

Conexiones requeridas Compresor de aire: 6-8bar.Electricidad: aprox. 220Volt / 60 Hz

Temperatura <100 0C Variable

Motores trifásicos 1/5 HP – 1700 RPM a220 V

Cilindros hidráulicos de 25 Ton

Sistema de transmisión por banda y polea

Condiciones de la lata de guadua:

Longitud: 3 metrosAncho: 3 centímetrosDensidad: 7 milímetros



7. CONCLUSIONES

o En el planteamiento del diseño en primera

instancia se planteo trabajar toda la maquina consistemas neumáticos, pero debido a losrequerimientos de prensado, e investigaciones, y elárea de prensado, la fuerza aplicada por estoscilindros neumáticos no era suficiente para alcanzarla presión requerida de prensado, así que sedecidieron remplazar estos cilindros por 4 cilindroshidráulicos de 25 toneladas c/u que me garantizanuna presión de 150 psi sobre la madera.o Se le implemento al sistema un mecanismode avance, el cual me garantizara la estabilidad de lalata de guadua durante el paso entre subsistemas, yaque estamos manejando latas de hasta 3 Mt delongitud.o Se diseñó un sistema de transmisión porpoleas que me garantiza que los motores escogidosme entreguen 300 rpm al sistema, con el fin deobtener un avance de producción de 800 mm/s en losrodillos.o Con este sistema se pretende obtener 60paneles por hora, en el caso de los laminados serian60 paneles de 300 x 30 x .7 cm, y en el otro tipo deprensado una producción de 180 vigas o listones (300x 10 x 30 cm) por hora este valor supera al procesoaplicado anteriormente.o En aspectos de productividad también sepensó en optimizar el funcionamiento de la maquina,

diseñando el sistema de control de manera quedurante el proceso de prensado en caliente, se realiceel ensamble de otro panel al mismo tiempo, para quecuando el proceso de prensado en caliente finalicequede listo para recibir otro panel, eliminando eltiempo muerto que se presentaba, aumentando laproductividad en gran escala.o Se implemento en el sistema de encolado uncilindro neumático con el fin de aumentar el numerode vigas a producir en el prensado, al controlar eladhesivo agregado a las latas, puedo armar variasvigas sin que queden adheridas todas en un solopanel, buscando optimizar su funcionamiento,permitiéndome fabricar 3 vigas en un solo tiempo de

prensado.o Se garantiza una presión homogénea sobre ellaminado y viga de guaduao Los niveles de adhesivo que se debe aplicares importante, ya que cantidades excesivas delpegamento hacen lento el secado y resultaneconómicamente inconveniente. Por el contrario, sise aplican cantidades insuficientes no se obtiene unalínea de pegado continua y el ensamble resulta frágil.o Se escogieron pistones de doble efecto paratodos los casos ya que por consultas y porexperiencia, los pistones de simple efecto el resorteinterno de su mecanismo tiende a fallar con el

tiempo, y con el de doble efecto se garantizaconfiabilidad en el funcionamiento del sistema.o La presión de la madera puede ser

controlada por el presostato y la temperatura a su vezcontrolada por un sensor de temperatura, Permitiendoque el sistema sea flexible, con el fin de permitirhacer las pruebas pertinentes y experimentales parallegar a un proceso optimo en la obtención de laminasy vigas de guadua.

REFERENCIAS

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productividad, tecnología y desarrollo, una mezclaperfecta para el desarrollo del país, En: [sitio eninternet]:http://materiales.eia.edu.co/ciencia%20de%20los%20materiales/articulo-Guadua.htm Acceso el 21 agostode 2007.

STAMM, J. Laminados de Guadua, Seminario -Taller Avances en la investigación sobre Guadua,Pereira, mayo de 2002, En: [sitio en internet]:http://www.sigguadua.gov.co/index.php?option=com_docman&task=doc_view&gid=38 , Acceso 22 deagosto.

MORENO, M. Prensas para madera: Herramienta desujeción para buscar la perfección En: [sitio eninternet]: http://www.revista-mm.com/rev51/maquinaria.pdf , Acceso 24 agosto2007.

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