DISEÑO DE UN SISTEMA MECATRÓNICO PARA EL TRANSPORTE DE CILINDROS DE ROTOGRABADO A LA LAVADORA ENVIROXI EN LA

EMPRESA EMPAQUES FLEXA S.A.S.

MANUEL ALEJANDRO DIAZGRANADOS SANTOS

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2013

DISEÑO DE UN SISTEMA MECATRÓNICO PARA EL TRANSPORTE DE CILINDROS DE ROTOGRABADO A LA LAVADORA ENVIROXI EN LA

EMPRESA EMPAQUES FLEXA S.A.S.

MANUEL ALEJANDRO DIAZGRANADOS SANTOS

Pasantía Institucional para optar al título de Ingeniero Mecatrónico

Director Dr. OSCAR IVÁN CAMPO SALAZAR

Ingeniero Mecánico, PhD en Ingeniería

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2013

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Nota de aceptación: Aprobado por el comité de grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar por el título de Ingeniero Mecatrónico. JESÚS ALFONSO LÓPEZ SOTELO Jurado OSCAR IVÁN CAMPO SALAZAR Director

Santiago de Cali, 13 Diciembre de 2013

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Este trabajo de grado va dedicado a mi familia: a mi padre, a mi madre y a mi hermano Pipelón, quienes han sido mi columna vertebral durante todo el desarrollo de mi vida. A cada uno de ellos su cariño, su apoyo, sus palabras de aliento y sobretodo su inmenso amor incondicional que han hecho de mí, el profesional y el ser humano que soy hoy en día. Los amo con toda mi alma, le pido a Dios y a la vida que me permita tenerlos juntos para seguir viviendo este amor tan grande que nos une.

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AGRADECIMIENTOS A mis padres que con un gran ejemplo de lucha y tenacidad, acompañado de mucho amor, han hecho de mi hermano y de mí, los profesionales que soñábamos ser cuando éramos niños. Los amo hoy y los amaré siempre. A mis hermanos quienes han sido mis amigos, mis compañeros, mis cómplices siempre, a quienes he guiado en algunas ocasiones, pero a la vez ellos me ha enseñado muchas cosas valiosas en la vida que hacen de mí un hombre mejor. ¡Lo hicimos Pipe y Piña! A mi novia Laura Campo Potes quien en los últimos años ha sido mi apoyo, ha sido mi compañera de aventuras, ha sido mi motivación y me ha entregado su amor de una manera desinteresada y maravillosa. Esa persona con la cual espero seguir compartiendo triunfos y tristezas a lo largo de nuestras vidas ¡Lo logramos mi amor! A mis amigos que han creído siempre en mí y que a pesar de que estemos cerca o lejos, jamás dejaremos que nuestra amistad desaparezca y siempre existirá esa compinchería que nos caracteriza. ¡Los quiero! A mis maestros que a lo largo de mi vida me han guiado y me mostraron que siempre tuve las capacidades para llegar a ser un gran profesional. Desde el jardín hasta la universidad, quiero agradecerle a cada uno de ustedes, pues su huella de conocimiento siempre la llevaré conmigo. En especial quiero agradecerle a Jesús Alfonso López, quien ha confiado en mí y en mis capacidades me ha demostrado su apoyo cuando lo he necesitado, y a mi asesor Oscar Campo quien me ha guiado durante el desarrollo de mi tesis de grado siendo un gran maestro para mí. Por último quiero agradecer al personal de EMPAQUES FLEXA S.A.S. quienes fueron fundamentales para el desarrollo de éste proyecto. Andrés, Raúl, Manuel y Viviana, mil gracias de todo corazón y fue un placer trabajar con cada uno de ustedes.

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CONTENIDO GLOSARIO 15 RESUMEN 17 INTRODUCCIÓN 18 1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 19 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 19 1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 20 2. JUSTIFICACIÓN 21 3. OBJETIVOS 23 3.1. OBJETIVO GENERAL 23 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 23 4. ANTECEDENTES 24 4.1. TUBO DE ELEVACIÓN POR VACÍO JUMBO 24 4.2. APILADOR ELÉCTRICO PARA ZONAS EXPLOSIVAS. 25 4.3. CARRETILLA ELEVADORA CON CERTIFICADO ATEX 26 4.4. ELEVADOR / EQUILIBRADOR NEUMÁTICO LIFTS ALL 27 5. MARCO DE REFERENCIA 28 5.1. MARCO TEÓRICO 28 5.1.1. Atmósfera ATEX 28 5.1.1.1. Clasificación de zonas ATEX 28

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5.1.1.2. Categorías de Equipos ATEX 29 5.1.2. Mecanismos y sistemas mecánicos 30 5.1.2.1. Máquinas simples y compuestas 30 5.1.3. Manejo manual de cargas 31 5.1.4. Ergonomía 31 5.1.5. Sensores 33 5.1.5.1. Transducción / Entendimiento 34 5.1.5.2. Controladores Software 34 5.1.5.3. Sensores de luz 34 5.1.5.4. Detectores de proximidad infrarrojos 34 5.1.6. Generalidades del control industrial 34 5.1.6.1. Variable controlada y variable manipulada 34 5.1.6.2. Planta 35 5.1.6.3. Perturbaciones 35 5.1.6.4. Sistemas de control en lazo abierto 35 5.1.6.5. Control realimentado 35 5.1.6.6. Sistema de control en lazo cerrado 35 5.1.6.7. Acción de control ON-OFF 35 5.1.6.8. Acción de control ON-OFF con gap o banda muerta 36 5.1.7. Transporte industrial 36 5.1.7.1. Generalidades del transporte 36 5.1.7.2. Criterios generales para la elección del sistema de transporte 36

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6. METODOLOGÍA 38 6.1. METODOLOGÍA DE INGENIERÍA CONCURRENTE 38 6.1.1. Planeación del Proyecto 38 6.1.2. Desarrollo Conceptual 38 6.1.3. Diseño a Nivel de Sistema 38 6.1.4. Diseño Detallado 38 6.2. ETAPAS DE CONSECUCIÓN DEL PROYECTO 39 7. PLANTEAMIENTO DE LA MISION DEL PROYECTO 40 7.1. OBTENCIÓN DE DATOS PRIMARIOS 40 7.2. CLIENTE PRIMARIO 41 7.3. CLIENTES SECUNDARIOS 41 7.4. PREMISAS Y RESTRICCIONES 41 8. LEVANTAMIENTO DE NECESIDADES FUNCIONALES DEL SISTEMA 42 8.1. RELACION DE ESPECIFICACIONES CON NECESIDADES 43 8.2. QFD 43 9. GENERACIÓN DE CONCEPTOS 45 9.1. CAJA NEGRA 45 9.2. DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL 45 9.3. GENERACIÓN DE CONCEPTOS 46 9.3.1. ¿Cómo recibir, procesar y comparar los datos del sistema? 46 9.3.2. ¿Cómo medir las señales de entrada (sensores)? 46

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9.3.3. ¿Cómo transportar el carro hacia la lavadora? 46 9.4. COMBINACIÓN DE CONCEPTOS 48 10. SELECCIÓN DE CONCEPTOS 49 10.1. TAMIZAJE DE CONCEPTOS 49 10.2. EVALUACIÓN DE CONCEPTOS 50 11. SELECCIÓN DE MATERIALES Y DISPOSITIVOS 52 11.1. ESTRUCTURA MECÁNICA DE SISTEMA DE TRANSPORTE 52 11.1.1 Gancho 52 11.1.2. Brazo 56 11.1.3. Método de Propulsión 56 11.2. INTERFAZ CON EL USUARIO 60 11.3. PLC 61 12. DISEÑO DE LA ETAPA DE CONTROL 62 12.1. DIAGRAMA DE CONEXIÓN AL PLC 63 12.2. DESCRIPCIÓN DEL GRAFCET 63 12.3. DIAGRAMA EN LENGUAJE LADDER 65 13. DISEÑO PARA SEGURIDAD 66 13.1. PARADAS DE EMERGENCIA 67 14. ESTUDIO DE VIABILIDAD DEL PROYECTO 69 14.1. COSTOS DE DESARROLLO 69

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14.2. COSTOS DE MONTAJE 69 14.3. COSTOS DE PRODUCCIÓN 71 14.4. INGRESOS 71 14.5. FLUJO DE FONDOS 73 14.6. VPN 75 14.7. TIR 75 15. CONCLUSIONES 76 16. RECOMENDACIONES 77 BIBLIOGRAFÍA 78 ANEXOS 80

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LISTA DE CUADROS

Cuadro 1. Fuerzas Durante El Proceso De Transporte e Ingreso Del Carro. 19 Cuadro 2. Principales Mecanismos 30 Cuadro 3. Identificación de Necesidades 42 Cuadro 4. Relación De Métricas Y Necesidades 43 Cuadro 5. Combinación De Conceptos 48

Cuadro 6. Criterios Para La Selección De Conceptos 49 Cuadro 7. Matriz De Tamizaje 50 Cuadro 8. Evaluación De Conceptos 51 Cuadro 9. Concepto A Desarrollar 51 Cuadro 10. Polímeros Aptos Para La Construcción De La Pieza 53 Cuadro 11. Requerimientos Para El Método De Propulsión 58

Cuadro 12. Entradas del PLC 62 Cuadro 13. Salidas del PLC 62 Cuadro 14. Memorias Internas del PLC 62 Cuadro 15. Descripción Del Grafcet 64 Cuadro 16. Costos De Los Elementos Del Sistema Mecatrónico 70 Cuadro 17. Flujo De Fondos 74

Cuadro 18. Periodo De Retorno De La Inversión 74

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LISTA DE FIGURAS Figura 1. Tubo de Elevación por Vacío Jumbo 25 Figura 2. Apilador Eléctrico Para Zonas Explosivas. 26 Figura 3. Carretilla Elevadora Protema. 26 Figura 4. Elevador / Equilibrador Neumático. 27 Figura 5. Triángulo Ergonómico. 32

Figura 6. QFD 44 Figura 7. Caja Negra 45 Figura 8. Caja Gris 46 Figura 9. Concepto A Para Sistema De Transporte Del Carro 47 Figura 10. Concepto B Para Sistema De Transporte Del Carro 47 Figura 11. Concepto C Para Sistema De Transporte Del Carro 48

Figura 12. Prototipo Virtual Del Gancho 54 Figura 13. Estudio De Esfuerzos De Tensión En El Gancho 55 Figura 14. Estudio De Deformación Del Gancho 55 Figura 15. Brazo Del Sistema De Transporte 56 Figura 16. Cilindro FESTO sin vástago DGC-63-5000-G-PPV-A-EX2 59 Figura 17. Tablero De Pulsadores 60

Figura 18. PLC Simatic S7-200 61 Figura 19. Diagrama de Conexión del PLC 63

Figura 20. Grafcet Del Sistema 64 Figura 21. Plano Del Área Demarcada De Trabajo Del Sistema Mecatrónico 66

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Figura 22. Rieles Guía 67 Figura 23. Parada De Emergencia Al Costado Del Túnel De Lavado 67 Figura 24. Válvula FESTO MFH-5/3E-3/8-B-EX 68 Figura 25. Tasa Interna De Retorno 75

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LISTA DE ANEXOS Anexo A. Proceso actual de transporte de cilindros a la lavadora ENVIROXI 81 Anexo B. Acetato de Etilo 83 Anexo C. Poliamida Tipo 6 85 Anexo D. Planos del gancho 88 Anexo E. Acero inoxidable ASTM A312 89 Anexo F. Planos del Brazo 92 Anexo G. Actuador neumático FESTO 93 Anexo H. Manual PLC Siemens S7-200 94 Anexo I. Diagrama Ladder del sistema de transporte 95 Anexo J. Electroválvula FESTO 97

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GLOSARIO

ATEX: la directiva atex, surgida y aplicable en la unión europea, describe qué tipo de equipamiento y ambiente es permitido para el trabajo en una atmósfera explosiva. Recibe el nombre de atex por la directiva 94/9/ec francesa: appareils destinés à être utilisés en atmosphères explosives.

CAD (COMPUTER AIDED DESIGN): hace referencia al uso de programas computacionales para la creación de representaciones gráficas en 2D o 3D de objetos físicos

CARGA: cosa que hace peso sobre otra. Cosa transportada a hombros, a lomo, o en cualquier vehículo.

ERGONOMÍA: es la disciplina tecnológica que se encarga del diseño de lugares de trabajo, herramientas y tareas que coinciden con las características fisiológicas, anatómicas, psicológicas y las capacidades del trabajador. GRAFCET (GRAFICO FUNCIONAL DE CONTROL DE ETAPAS Y TRANSICIONES): es un método que permite describir de manera gráfica el orden las acciones que un automatismos debes realizar y bajo qué condiciones. LADDER: lenguaje de programación normalmente utilizado para la programación de PLC. También es conocido como lenguaje de contactos o de escalera. PLC (CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE): dispositivo electrónico diseñado para controla en tiempo real y entornos industriales procesos de naturaleza combinacional y secuencial. POLÍMERO: los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. Algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales. SOLVENTE: es una sustancia que permite la dispersión de otra sustancia en esta a nivel molecular o iónico. Es el medio dispersante de la disolución. TIR: la tasa interna de retorno de una inversión es el promedio geométrico de los rendimientos futuros esperados de dicha inversión, y que implica por cierto el supuesto de una oportunidad para "reinvertir". En términos simples, diversos autores la conceptualizan como la tasa de descuento con la que el valor actual neto o valor presente neto (VAN o VPN) es igual a cero.

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VPN: es un procedimiento que permite calcular el valor presente de un determinado número de flujos de caja futuros, originados por una inversión. La metodología consiste en descontar al momento actual (es decir, actualizar mediante una tasa) todos los flujos de caja futuros del proyecto. A este valor se le resta la inversión inicial, de tal modo que el valor obtenido es el valor actual neto del proyecto.

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RESUMEN

El proyecto presentado a continuación tuvo lugar en la empresa EMPAQUES FLEXA S.A.S, durante el desarrollo de una pasantía institucional para optar por el título de Ingeniero Mecatrónico de la Universidad Autónoma de Occidente. La finalidad del proyecto fue la de realizar mediante la metodología de ingeniería concurrente, el diseño de un sistema mecatrónico que minimizara la intervención directa de los operarios disminuyendo así los riesgos de tipo ergonómicos, seguridad industrial y enfermedad laboral durante el proceso de transporte del carro de cilindros hacia la lavadora ENVIROXI. Para ello se realizó un diagnóstico del proceso actual el cual arrojó como resultado, los diferentes requerimientos que fueron los parámetros a seguir en el proceso de diseño del sistema mecatrónico. Con base a lo anterior y de acuerdo a la metodología planteada, se realizaron diferentes propuestas de solución para la problemática planteada y finalmente se eligió la más conveniente para cumplir con el objetivo del proyecto. Para la validación del diseño se realizó una simulación del sistema elegido en el software de simulación SolidWorks® y se consignó en una tabla de presupuesto, los valores correspondientes a cada uno de los elementos que hacen parte del sistema con el fin de realizar una evaluación financiera del proyecto. Palabras clave: Dispositivo mecatrónico. Ergonomía. Seguridad Industrial. Automatización. Atmosfera explosiva. Atrapamiento mecánico. PLC. Diseño mecatrónico. Riesgos. Viabilidad financiera.

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INTRODUCCIÓN

EMPAQUES FLEXA S.A.S. es una empresa dedicada a la producción de empaques flexibles que, desde su fecha de creación en 1975 hasta el día de hoy, ha respondido a la necesidad de protección y preservación de productos de consumo masivo desde su distribución hasta la estancia en el punto de venta. Entre dichos empaques de productos se cuentan los de: jugos de fruta, galletas, refrescos, derivados lácteos, salsas, farmacéuticos, jabones y artículos para el aseo personal y el cuidado del hogar. Actualmente el área de Pre-alistamiento y Recuperación de Solventes de la planta de producción de EMPAQUES FLEXA S.A.S., es la zona donde se realiza el proceso de lavado de los cilindros y demás elementos que provienen de las máquinas Rotopak* y Cerutti**. Esta superficie es un lugar de mucha actividad, pues el proceso de lavado se realiza aproximadamente cada 2 horas en el día, y en él intervienen dos operarios por turno. Además es una zona con distintas restricciones, donde la principal se da debido a la manipulación de solventes, comúnmente acetato de etilo, cuyas propiedades volátiles e inflamables generan un ambiente potencialmente explosivo, por lo cual cualquier elemento que sea fuente de combustión (fuente de calor o que genere chispa), como dispositivos eléctricos, están totalmente regulados y poseen prohibiciones especiales. Por otra parte, el proceso de manipulación del carro transportador de cilindros y piezas desde al área de pre-alistamiento hasta la lavadora ENVIROXI, se realiza manualmente. Dos operarios deben empujar el carro con una carga máxima de una tonelada, sobre una superficie irregular, llena de relieves y grietas, por una distancia aproximada de 10 metros. Al final del recorrido, ellos realizan un sobre-esfuerzo al empujar el carro sobre unos rieles en una pendiente ascendente, lo cual puede generar una serie de riesgos ergonómicos, de seguridad y de enfermedad laboral que son motivo de preocupación por parte de la empresa. Por lo anterior, con este proyecto se busca mitigar dichos riesgos generados por la manipulación del carro, teniendo en cuenta las condiciones especiales de la zona, para brindar una mejor condición laboral de los operarios que trabajan en ella. * Máquina de impresión flexográfica. ** Máquina de rotograbado.

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1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Actualmente desde la zona de Pre-alistamiento hasta la lavadora Enviroxi, hay una distancia de aproximadamente 10 metros, que corresponden a una trayectoria no lineal, en donde el operario debe empujar el carro transportador cuyo peso oscila entre 213 y 216 Kg sin contar su carga máxima (6 cilindros de entre 150Kg y 190Kg), sobre una superficie irregular, llena de relieves y grietas, condiciones que exigen un aumento en el esfuerzo que éste debe ejercer para maniobrar el transportador. Con base a lo anterior la ARP SURA S.A* realizó un estudio de medición de fuerzas en EMPAQUES FLEXA S.A.S. en donde, además de identificar los puntos críticos durante la actividad de transporte e ingreso del carro transportador hacia la lavadora ENVIROXI, se consignaron los diferentes valores de las fuerzas que los operarios ejercen sobre el carro transportador a la hora de realizar las distintas etapas del proceso (ver cuadro 1). Cuadro 1. Fuerzas Durante El Proceso De Transporte e Ingreso Del Carro.

ETAPA DEL PROCESO FUERZA APLICADA Dada en Newton (N)

Empuje de arranque 860 - 870 Empuje en Trayectoria

Recta 418 - 432

Empuje en Trayectoria Curva 640 – 670

Empuje sobre rieles guía 1100 - 1214 Teniendo en cuenta los datos obtenidos en el estudio realizado, se identificó el punto crítico de este proceso, como el instante en el cual el carro debe ser encarrilado y empujado sobre los rieles guía de la máquina por una pendiente ascendente. Debido a que la lavadora no se encuentra a nivel del piso sino a una altura de aproximadamente 11 cm, es allí donde se aplica la mayor fuerza (inclusive mayor que la necesaria para vencer la inercia del arranque), provocando constantes problemas ergonómicos y riesgos a nivel de enfermedad laboral (*) El estudio fue realizado por el Dr. Juan Carlos Velásquez el día 14 de diciembre de 2012, es confidencial y basado en mediciones de fuerzas usando el dinamómetro “Force Gauge FG-5100”. Es un documento privado y solo se tienen acceso a él la compañía y SURA ARL.

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(Dolores de espalda, dolores de cuello, inflamación de muñecas, brazos, piernas y tensión ocular, que tienen como consecuencia incapacidades, accidentes o lesiones), los cuales derivan a su vez en futuros problemas de salud para los operarios. Por lo anteriormente planteado y teniendo en cuenta que el factor más importante a la hora de desarrollar el proyecto es la salud y seguridad de los operarios, se plantea el siguiente problema a resolver: 1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Es posible diseñar un sistema mecatrónico que minimice la intervención directa de los operarios disminuyendo así los riesgos de tipo ergonómicos, seguridad industrial y enfermedad laboral durante el proceso de transporte del carro de cilindros hacia la lavadora ENVIROXI?

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2. JUSTIFICACIÓN En las actividades donde se combinan artes gráficas e impresión, existe manipulación de solventes y tintas inflamables que hacen que el riesgo de incendio sea latente, por lo que son procesos donde se deben tomar las mayores precauciones para evitar situaciones de peligro. En el caso industrial, se debe tener un conocimiento profundo de los ambientes donde estas sustancias serán ubicadas, para asegurarse de que el tipo de máquina que va a interactuar en el entorno, no generará focos de ignición como electricidad estática o chispas. Por otra parte, en vista del cumplimiento del Decreto 1295 de 1994, correspondiente a la organización y administración del Sistema General de Riegos Profesionales1, Las empresas deben asegurar el bienestar del trabajador brindando las mejores condiciones laborales para reducir así la exposición a posibles accidentes de quienes realizan las actividades correspondientes de su lugar de trabajo. Es por eso que al presentarse oportunidades de mejora en la salud ocupacional en uno o más lugares de la compañía, se deben tomar medidas en el asunto, buscando soluciones que prevengan los riesgos y brinden una mejora significativa en seguridad industrial. Fallas en este aspecto, se ven reflejadas en índices de ausentismo laboral, indemnizaciones y pérdidas económicas para la empresa. Por otro lado y en vista de que EMPAQUES FLEXA S.A.S. ha sido galardonada con la certificación NTC-OSHAS 18001:2007 correspondiente a Sistemas de Gestión en Seguridad y Salud Ocupacional2, la empresa debe mantener tal distinción, y cumplir especialmente con el numeral 4.4.6 del mismo, que se refiere al Control Operacional; el cual dice que la organización debe determinar aquellas operaciones y actividades asociadas con el (los) peligro(s) identificado(s), en donde la implementación de los controles es necesaria para gestionar el (los) riesgo(s) de S y SO (Seguridad y Salud Ocupacional). Para aquellas operaciones y actividades, la organización debe implementar y mantener: Los controles operacionales que sean aplicables a la organización y a sus

actividades. La organización debe integrar estos controles operacionales a su sistema general de S y SO.

1 COLOMBIA. MINISTERIO DE LA PROTECCIÓN SOCIAL. Decreto 1295 (22, junio, 1994). Por el cual se determina la organización y administración del Sistema General de Riesgos Profesionales. Bogotá: El Ministerio. Artículo 1°. 2 NTC-OSHAS 18001:2007, sistemas de gestión en seguridad y Salud ocupacional. Requisitos

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Los controles relacionados con contratistas y visitantes en el lugar de trabajo. Procedimientos documentados para cubrir situaciones en las que su ausencia

podría conducir a desviaciones de la política y objetivos de S y SO. Los criterios de operación estipulados, en donde su ausencia podría conducir a

desviaciones de la política y objetivos de S y SO. La zona de lavado y pre-alistamiento, es un lugar crítico en el aspecto anteriormente mencionado y ese diagnóstico fue confirmado gracias a un estudio interno de salud ocupacional que realizó FLEXA S.A.S. (*), en donde se identificaron factores a mejorar pues el operario se ve expuesto a diferentes riesgos tales como: Térmicos: calor dentro de la lavadora. Químicos: vapores producidos por los solventes. Mecánicos: atrapamiento de sus extremidades con los rieles o el carro. Ergonómicos: posturas incómodas y sobre-esfuerzos por empujar o halar el carro. El personal que labora en tal lugar debe estar en óptimas condiciones de salud, y poseer ciertas condiciones físicas para no ser vulnerable a posibles lesiones durante el desarrollo de su jornada laboral. Sin embargo, y a pesar de que los operarios se encuentren en excelentes estado físico, existe una necesidad latente y prioritaria de mejorar la operación de transporte hacia el lavado para evitar futuras lesiones y accidentes. Es por tal motivo que el diseño del dispositivo con el cual la empresa busca reducir los riesgos ergonómicos a los que se exponen los operarios al tratar de ingresar el carro a la lavadora ENVIROX, es de suma importancia para el cumplimiento de los objetivos del plan de Responsabilidad Social de FLEXA S.A.S.

(*) El estudio realizado es confidencial y basado en testimonios de los operarios, por lo que es un documento privado y solo se tiene acceso a él dentro de la compañía.

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3. OBJETIVOS 3.1. OBJETIVO GENERAL Diseñar un sistema mecatrónico para el transporte de cilindros de rotograbado a la lavadora Enviroxi que disminuya los riegos de tipo mecánico, ergonómico y de futura enfermedad laboral de los operarios implicados en el proceso, teniendo en cuenta las restricciones de la zona de operación (riegos de explosión) en la empresa Empaques Flexa S.A.S. 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Estudiar métodos actuales de transporte industrial utilizados en ambientes con riesgo de explosión que sean aplicables a la problemática planteada por la empresa. Diseñar un sistema mecánico para el sistema de transporte de cilindros cuyas características mecánicas, materiales y comportamiento funcional se adapte a las restricciones existentes dentro del ambiente de trabajo donde se lleva a cabo el proceso de transporte de cilindros hacia la lavadora Enviroxi. Diseñar una estrategia de automatización para el sistema mecánico propuesto teniendo en cuenta las restricciones existentes dentro del ambiente de trabajo donde se lleva a cabo el proceso de transporte de cilindros hacia la lavadora Enviroxi. Generar un prototipo virtual del sistema final para la simulación de su comportamiento.

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4. ANTECEDENTES La lavadora Enviroxi llegó a la empresa hace 3 años como necesidad para el proceso de limpieza de los cilindros que se utilizan en los procesos de laminación, corte e impresión por rotograbado. Desde ese entonces el procedimiento de ingreso del carro transportador ha sido el mismo y no ha variado, por lo que los operarios se han tenido que acostumbrar a la manipulación de este carro en las condiciones que, desde su instalación, se han predispuesto en esta zona. Al no existir antecedentes sobre un diseño de un mecanismo o sistema para el empuje de esta pesada carga planteado o desarrollado en la empresa, es pertinente conocer cómo se llevan a cabo estos procedimientos de transporte de cargas pesadas en otros lugares. Actualmente en la industria se emplean diversas máquinas y mecanismos para el transporte de cargas ya sea vertical u horizontal. Estas máquinas son, entre otras: Grúas (diferenciales). Transportadores. Carros. La escogencia del tipo de mecanismo transportador depende de lo que se busca transportar (las máquinas no son estándar para todo tipo de cargas), y del ambiente en donde funcionará el dispositivo. Como antecedentes para este proyecto se tendrán en cuenta sistemas de transporte que cumplan con certificación ATEX3; esto debido a que son estas condiciones de peligro de explosión, las presentes en el actual proceso de manipulación del carro transportador. 4.1. TUBO DE ELEVACIÓN POR VACÍO JUMBO Fabricante: SCHMALZ Origen: España Serie: JumboSpring 3 Directive 94/9/EC of the European Parliament and the Council of 23 March 1994 on the approximation of the laws of the Member States concerning equipment and protective systems intended for use in potentially explosive atmospheres (OJ L 100, 19.4.1994)

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Descripción: El tubo de elevación por vacío Jumbo es especialmente adecuado para la elevación y movimiento rápido y frecuente de cajas de cartón, sacos, barriles, tableros de madera y otras muchas aplicaciones hasta 300 kg. El proceso de manipulación y elevación se realiza exclusivamente empleando el medio de vacío. Para la toma de la carga sin dejar marca y elevarla con seguridad, no se precisan ni polipastos de cadena o de cable ni manipuladores o cilindros elevadores. Figura 1. Tubo de Elevación por Vacío Jumbo

Fuente: Tubo de elevación por vacío JumboSprint [en línea] 2013. Schmalz. [Consultado 06 de Julio de 2013] .Disponible en Internet: http://es.schmalz.com/imperia/md/images/produkte/mh/jumbo/tube-lifter-jumbo_modular-system_530_es.jpg 4.2. APILADOR ELÉCTRICO PARA ZONAS EXPLOSIVAS. Fabricante: SICHELSCHMIDT Origen: Alemania Serie: D400Ex Descripción: Lo característico de las carretillas elevadoras antideflagrantes fabricadas por Sichelschmidt es el desarrollo ideado desde el principio para su uso en zonas con peligro de explosión (zonas ATEX). En Sichelschmidt no se adaptan las maquinas existentes, se crean conceptualmente desde el principio, lo que garantiza un nivel de seguridad y alto rendimiento sin compromiso. Cada componente individual, desde el motor pasando por los frenos hasta las horquillas, está fabricado de tal modo que no existe ningún riesgo de explosión.

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Figura 2. Apilador Eléctrico Para Zonas Explosivas.

Fuente: Apilador Eléctrico Para Zonas Explosivas. [en línea] 2013. AOG. [Consultado 06 de julio de 2013] .Disponible en Internet: http://www.aog.es/images/stories/aog/sichelschmidt/SichelschmidD400Ex-1.jpg 4.3. CARRETILLA ELEVADORA CON CERTIFICADO ATEX Fabricante: TAWI Origen: Suecia Serie: Protema Descripción: Las carretillas elevadoras Protema para la manipulación y volteo de bobinas, contenedores, bidones, cajas, etc., están disponibles actualmente en versión IP65 (lavable) y con certificado ATEX (conexión neumática). Figura 3. Carretilla Elevadora Protema.

Fuente: Carretilla Elevadora Protema. [En línea] 2013. AOG. [Consultado 06 de julio de 2013] .Disponible en Internet: http://www.aog.es/components/com_mtree/img/listings/m/308.jpg

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4.4. ELEVADOR / EQUILIBRADOR NEUMÁTICO LIFTS ALL Fabricante: LIFTS ALL Origen: Suecia Serie: Mobile FlexiCrane Descripción: Elevador / equilibrador neumático Lifts All para la manipulación de cargas en horizontal o vertical, con volteo de 90º o 180º, rotación de 360º. Estructura de soporte móvil, ideal para asistir a varias estaciones de trabajo con un solo manipulador. Se transporta fácilmente con una transpaleta. Apto para Zona ATEX. Figura 4. Elevador / Equilibrador Neumático.

Fuente: Elevador / Equilibrador Neumático. [En línea] 2013. AOG. [Consultado 06 de julio de 2013] .Disponible en Internet: http://www.aog.es/images/stories/aog/liftsall/10174-Flexi-crane-mobile-2.jpg

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5. MARCO DE REFERENCIA 5.1. MARCO TEÓRICO

5.1.1. Atmósfera ATEX4. Se entiende por ATMÓSFERA EXPLOSIVA toda mezcla, en condiciones atmosféricas, de aire y sustancias inflamables en forma de gas, vapor o polvo en la que, tras la ignición, se propaga la mezcla no quemada. No se incluye en la definición de ATEX el riesgo de explosión de sustancias inestables, tales como los explosivos, material pirotécnico y peróxidos orgánicos o cuando las mezclas explosivas están sometidas a condiciones no consideradas como atmosféricas normales, como es el caso de mezclas sometidas a presión. Para que se dé una atmósfera potencialmente explosiva se requiere la combinación de la mezcla de una sustancia inflamable o combustible con un oxidante a una concentración determinada, y una fuente de ignición. El riesgo se hace mayor y más complicado cuando nos encontramos en un espacio confinado y con trabajos de manipulación de esas sustancias en muy diversas industrias y procesos productivos. 5.1.1.1. Clasificación de zonas ATEX. Se dividen en dos zonas: Atmósferas de gas explosivas: mezcla de una sustancia inflamable en estado de gas o de vapor con el aire, en la que, en caso de ignición, la combustión se propaga a toda la mezcla no quemada. Se subdividen a su vez en función de la probabilidad de presencia de la atmósfera explosiva en:

- Zona 0: presencia permanente o durante largos periodos de tiempo. - Zona 1: susceptible de formarse en condiciones normales de trabajo. - Zona 2: presencia poco probable y por cortos periodos.

Atmósfera con polvo explosivo: mezcla de aire, en condiciones atmosféricas, con sustancias inflamables bajo la forma de polvo, que en caso de ignición, la combustión se propaga por la mezcla no quemada.

4 ATEX, ATMOSFERAS EXPLOSIVAS, Disponible en Internet: http://www.atmosferasexplosivas.com/

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5.1.1.2. Categorías de Equipos ATEX. Los equipos destinados a trabajos en estos tipos de atmósferas se agrupan según: Aparatos Grupo I: Para trabajos en minas o en las instalaciones exteriores donde se puedan producir atmósferas explosivas.

- Categoría M1: Nivel de protección muy alto. - Categoría M2: Nivel de protección alto Aparatos Grupo II: Destinados al uso en otros lugares en los que puede haber peligro de formación de atmósferas explosivas. - Categoría 1: Nivel de protección muy alto. Aun fallando un medio de protección, existe otro que sigue manteniendo el nivel de protección. - Categoría 2: Alto nivel de protección. - Categoría 3: Nivel normal de protección. Un equipo eléctrico solo será apto para zonas explosivas, si está construido con arreglo a uno de los siguientes modos de protección: d = envolvente anti-deflagrante. El equipo eléctrico está encerrado en el interior de una envolvente capaz de resistir la explosión y de no transmitir la inflamación al ambiente circundante, ni por sus juntas de unión, ni por otras comunicaciones. e = seguridad aumentada. Se basa en asegurar la no formación de arcos, chispas o sobrecalentamientos en aparatos, tomando: un coeficiente de seguridad elevado, bornes especiales, aislantes de alta calidad y con un IP54 mínimo. i = seguridad intrínseca. Un aparato o circuito es intrínsecamente seguro cuando no sea capaz de producir chispas o efectos térmicos suficientes para provocar la inflamación de una atmósfera de gas determinada. p = sobrepresión interna. Las máquinas o materiales eléctricos están provistos de una envolvente o instalados en una sala en la que se impide la entrada de los gases o vapores inflamables, manteniendo en su interior aire o un gas no inflamable, a una presión superior a la atmosférica exterior. o = inmersión en aceite. Se realiza de manera que no puedan inflamarse los gases o vapores inflamables que se hallen por encima del nivel de aceite y en el exterior de la envolvente. q = aislante pulverulento. Las partes bajo tensión del material eléctrico están completamente sumergidas en una masa de aislante pulverulento.

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m = encapsulado. Los elementos a proteger están encerrados en una resina, de tal manera que una atmósfera explosiva no pueda ser inflamada ni por chispas, ni por contacto partes calientes internas al encapsulado. 5.1.2. Mecanismos y sistemas mecánicos. Un mecanismo es un conjunto de elementos, conectados entre sí por medio de articulaciones móviles cuya función es: Transformar una velocidad, una fuerza en otra fuerza, una trayectoria en otra diferente o en transformar una energía en otra diferente. Según el número de elementos, los mecanismos se pueden clasificar en simples (si tienen dos elementos de enlace) o complejos (si tienen más de dos elementos). Un sistema mecánico o máquina es una combinación de mecanismos que transforma velocidades, trayectorias, fuerzas o energías mediante una serie de transformaciones intermedias (ver cuadro 2). Cuadro 2. Principales Mecanismos

ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN TRANSFORMACIÓN ELEMENTOS

AUXILIARES

Poleas y correas. Ruedas de fricción. Ruedas dentadas. Tornillo sinfín-corona. Acoplamientos entre arboles de transmisión.

Piñón-cremallera. Tornillo-tuerca. Biela-manivela Leva Excéntrica Trinquete Rueda libre

Acumuladores

Volantes de inercia y juntas elásticas.

Disipadores

Frenos.

Otros

Tuercas y tornillos Remaches y pernos

5.1.2.1. Máquinas simples y compuestas5. Una máquina simple es un dispositivo en el que tanto la energía que se suministra como la que se produce se encuentran en forma de trabajo mecánico y todas sus partes son sólidos rígidos. Las máquinas simples suelen clasificarse en 6 tipos:

5 UNIVERSIDAD DE JAÉN, Introducción a las Máquinas Simple y Compuestas, [Consultado 13 de Diciembre 2012] Disponible en Internet: http://www4.ujaen.es/~jamaroto/MAQUINAS%20SIMPLES%20Y%20COMPUESTAS.pdf

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Palancas Planos Inclinados Poleas Tornillos Ruedas y ejes Cuñas 5.1.3. Manejo manual de cargas. De acuerdo con el Real Decreto 487/1997 de España6, el manejo manual de cargas es cualquier operación de transporte o sujeción de una carga por parte de uno o más trabajadores, como el levantamiento, la colocación, el empuje, la tracción o el desplazamiento, que por sus características o condiciones ergonómicas inadecuadas entrañe riesgos, en particular dorso-lumbares, para los trabajadores. Incluye la sujeción con las manos y con otras partes del cuerpo, como la espalda. En el manejo manual de cargas interviene el esfuerzo humano tanto de forma indirecta, realizando actividades para levantar, bajar o transportar, como indirecta, en tareas de empujar, jalar o desplazar. El empujar y halar, según se define en la norma NTC5693-2, se restringe a lo siguiente7: Fuerzas aplicadas con dos manos. Fuerzas empleadas para mover o sujetar un objeto. Ejercicios de fuerza con todo el cuerpo (mientras se está de pie/caminando). Fuerzas aplicadas sin usar ayudas externas. Fuerzas aplicadas en objetos localizados en frente del operador. Fuerzas aplicadas en una posición vertical (no sentada). 5.1.4. Ergonomía8. La ergonomía es el estudio del trabajo en relación con el entorno en que se lleva a cabo (el lugar de trabajo) y con quienes lo realizan (los trabajadores). Se utiliza para determinar cómo diseñar o adaptar el lugar de trabajo al trabajador a fin de evitar distintos problemas de salud y de aumentar la eficiencia (ver figura 5).

6 ESPAÑA. INSTITUTO NACIONAL DE SEGURIDAD E HIGIENE EN EL TRABAJO. Real Decreto 487/1997 (14 abril, 1997). Sobre disposiciones mínimas de seguridad y salud relativas a la manipulación manual de cargas que entrañe riesgos, en particular dorso-lumbares, para los trabajadores. Madrid: El Ministerio. 7 NTC 5693-2, Ergonomía. Manipulación manual. Parte 2: Empujar y Halar 8 OIT, La Salud y la Seguridad en el Trabajo, Disponible en internet: http://training.itcilo.it/actrav_cdrom2/es/osh/ergo/ergoa.htm

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Figura 5. Triángulo Ergonómico.

Fuente: Organización Internacional del Trabajo. La Salud y la Seguridad en el trabajo [en línea]. OIT .Disponible en internet: http://training.itcilo.it/actrav_cdrom2/es/osh/ergo/ergoa.htm La aplicación de la ergonomía al lugar de trabajo reporta muchos beneficios. Para el trabajador, unas condiciones laborales más sanas y seguras; para el empleador, el beneficio más patente es el aumento de la productividad. El trabajo repetitivo es una causa habitual de lesiones y enfermedades del sistema óseo-muscular (y relacionado con la tensión). Las lesiones provocadas por el trabajo repetitivo se denominan generalmente lesiones provocadas por esfuerzos repetitivos (LER). Son muy dolorosas y pueden incapacitar permanentemente. En las primeras fases de una LER, el trabajador puede sentir únicamente dolores y cansancio al final del turno de trabajo. Ahora bien, conforme empeora, puede padecer grandes dolores y debilidad en la zona del organismo afectada. Esta situación puede volverse permanente y avanzar hasta un punto tal que el trabajador no pueda desempeñar ya sus tareas. Se pueden evitar las LER: Suprimiendo los factores de riesgo de las tareas laborales. Disminuyendo el ritmo de trabajo. Trasladando al trabajador a otras tareas, o bien alternando tareas repetitivas con tareas no repetitivas a intervalos periódicos. Aumentando el número de pausas en una tarea repetitiva. Las lesiones causadas a los trabajadores por herramientas o puestos de trabajo mal diseñados pueden ser muy costosas por los dolores y sufrimientos que causan, por no mencionar las pérdidas financieras que suponen para los trabajadores y sus familias. Las lesiones son también costosas para los empleadores. Diseñar cuidadosamente una tarea desde el inicio, o rediseñarla, puede costar inicialmente a un empleador algo de dinero, pero, a largo plazo,

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normalmente el empleador se beneficia financieramente. La calidad y la eficiencia de la labor que se realiza pueden mejorar. Pueden disminuir los costos de atención de salud y mejorar la moral del trabajador. En cuanto a los trabajadores, los beneficios son evidentes. Puntos que hay que recordar acerca de las lesiones y enfermedades comunes: Obligar a un trabajador a adaptarse a condiciones laborales mal concebidas puede provocar graves lesiones en las manos, las muñecas, las articulaciones, la espalda u otras partes del organismo. Las vibraciones, las tareas repetitivas, los giros, las posiciones de trabajo forzadas, una fuerza o una presión excesiva, el levantar o empujar cargas pueden provocar lesiones y enfermedades que se desarrollan en el tiempo. Las lesiones y enfermedades provocadas por herramientas y puestos de trabajo mal diseñado o inadecuado a menudo se desarrollan con el paso del tiempo. Se debe facilitar a los trabajadores información sobre las lesiones y enfermedades relacionadas con la ergonomía, entre otras cosas los síntomas habituales y qué condiciones relacionadas con el trabajo las causan. Las lesiones y enfermedades provocadas por un trabajo repetitivo se denominan generalmente lesiones provocadas por esfuerzos repetitivos (LER). Si se aplican ciertas medidas recomendadas se puede evitar que se desarrollen lesiones y enfermedades de este tipo. Las lesiones provocadas por la falta de aplicación de los principios de la ergonomía son costosas para los trabajadores y los empleadores, por tanto por los dolores y sufrimientos que causan como financieramente. 5.1.5. Sensores9. Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más que un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, la cual sea posible de cuantificar y manipular. Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilización de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR, etc. Todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de alguna variable), y la utilización de componentes activos.

9 SENSORES Y TRANSDUCTORES, Disponible en Internet: http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/sens_transduct/index.htm

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5.1.5.1. Transducción / Entendimiento. Los sensores son transductores que convierten algunos fenómenos físicos en señales eléctricas que un microprocesador puede leer. Esto se podría hacer mediante un convertidor analógico – digital (A/D) en el microprocesador, cargando el valor de un puerto de entrada – salida (I/O), o usando una interrupción externa. 5.1.5.2. Controladores Software. Una vez relacionados los sensores y la interfaz adecuada diseñada para conectar los sensores al microprocesador, éste debe ser programado para leer los sensores. Estos trozos de código se escriben a menudo en lenguaje de programación y se conocen como software drivers. Los controladores software son fragmentos de código que proporcionan una interfaz bien definida entre un dispositivo hardware y un programa que necesita utilizar a ese dispositivo. 5.1.5.3. Sensores de luz. Los sensores de luz visible y de infrarrojos cubren un amplio espectro de complejidad. Las fotocélulas se encuentran entre los más sencillos de todos los sensores para hacer su interfaz con el microprocesador, y la interpretación de la salida de una fotocélula es directa. Las cámaras de vídeo, por el contrario, requieren una buena cantidad de circuitería especializada para hacer que sus salidas sean compatibles con un microprocesador. 5.1.5.4. Detectores de proximidad infrarrojos. Los comportamientos de seguimiento son fáciles de implementar en un robot móvil, aunque los sensores de infrarrojos no dan la distancia real a un objeto, sí dicen si está o no presente en su cono de detección. Este tipo de sensores tiene un ancho de haz mucho más estrecho que el de los sonar. 5.1.6. Generalidades del control industrial10. A continuación algunas generalidades del control industrial: 5.1.6.1. Variable controlada y variable manipulada. La variable controlada es la cantidad o condición que se mide y controla.

10 OGATA, Katsuhiko. Ingeniería de control moderna. Editorial Prentice Hall. Mayo 1997.

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Por lo común, la variable controlada es la salida del sistema mientras la variable manipulada es la cantidad o condición que el controlador modifica para afectar el valor de la variable controlada. Controlar significa medir el valor de la variable controlada del sistema y aplicar la variable manipulada al sistema para corregir o limitar una desviación del medio a partir de un valor deseado. 5.1.6.2. Planta. La planta puede ser una parte de un equipo o un conjunto de partes de una máquina que funcionan en conjunto, es decir, lo que se desea controlar 5.1.6.3. Perturbaciones. A una señal que tiende a afectar negativamente el valor de la salida de un sistema se le conoce como perturbación. Si ésta se genera dentro del sistema se le conoce como perturbación interna, pero si se produce fuera de este, se le llama perturbación externa y es una entrada. 5.1.6.4. Sistemas de control en lazo abierto. Un sistema de control en lazo abierto es aquel donde la salida no afecta la acción de control. En un sistema de control en lazo abierto no se mide la salida ni se realimenta para compararla con la fija. La precisión del sistema depende de la calibración. 5.1.6.5. Control realimentado. El control realimentado es una operación que reduce la diferencia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia y lo continúa haciendo tomando como base a esta diferencia. 5.1.6.6. Sistema de control en lazo cerrado. Un sistema de control realimentado se denomina sistema de control en lazo cerrado. En este tipo de sistema se alimenta al controlador con la señal de error que es la diferencia entre la señal de entrada y la señal de realimentación, a fin de reducir el error. El control de lazo cerrado implica el uso de una acción de control realimentado para reducir el error del sistema. 5.1.6.7. Acción de control ON-OFF. Es la acción de control retroalimentada más sencilla y popular. Su principio de funcionamiento es simplemente el signo del error, generando así dos únicas posibilidades apagado o encendido.

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5.1.6.8. Acción de control ON-OFF con gap o banda muerta. Con el fin de reducir los efectos de la oscilación de la variable manipulada tales como fricción mecánica exagerada o el arco eléctrico de contactos, se acostumbra utilizar con esta acción de control una banda muerta o GAP, con este intervalo evita conmutaciones innecesarias minimizando el desgaste del actuador. 5.1.7. Transporte industrial11. Es importante conocer cada uno de los puntos a continuación: 5.1.7.1. Generalidades del transporte. Los sistemas de elevación y transporte de materiales, tienen por objeto conseguir el desplazamiento de cargas, tanto en el sentido vertical, horizontal o ambos a la vez, en forma continua o intermitente. Los aparatos de elevación del transporte, pueden clasificarse: Según en el medio que actúan: Aéreo, Terrestre, Fluvial y marítimo. Según la procedencia de la energía que las accionan que puede ser: Manual, Mecánico, Hidráulico, Eléctrico, Neumático, Combinado. Según la dirección de translación de cargas, que puede ser: Horizontal o vertical (ascendente o descendente), e inclinado. Según el estado físico que puede ser: transporte de sólidos, transporte de líquidos, Transporte de gases. 5.1.7.2. Criterios generales para la elección del sistema de transporte. Cómo criterios generales se toman tres factores los cuales son: Factores técnicos: - La clase de movimiento: horizontal, vertical o inclinado. - Sistema de alimentación del material. - Sistema de descarga material. - Clase de servicio continuo o intermitente. - Detalles característicos del material a transportar: materiales inflamables, explosivos, comestibles, venenosos, tóxicos, volátiles, etc. Que afecten a los seres humanos, animales o plantas o equipos. 11 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL, Transporte Industrial, Disponible en Internet:http://www.frsf.utn.edu.ar/matero/visitante/bajar_apunte.php?id_catedra=204&id_apunte=3670

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Factores Económicos, financieros y legales: - Costo de adquisición del equipo. - Costo de mantenimiento y funcionamiento. - Alquiler de equipos. Factores de seguridad: En cuanto a la seguridad, se deberán tener en cuenta las normas generales, que son comunes a todos los sistemas de transporte, y las normas particulares las cuales son especificadas para caso.

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6. METODOLOGÍA Como primera medida, se realiza una investigación bibliográfica con el fin de adquirir los conocimientos sobre los diferentes sistemas, tanto mecánicos y mecatrónicos en general, su funcionamiento y características. Seguidamente se comienza el proceso de identificación de necesidades y requerimientos que hacen parte del sistema a desarrollar, esto se logra con la ayuda de los ingenieros de planta y los operarios de la zona. 6.1. METODOLOGÍA DE INGENIERÍA CONCURRENTE Ya con los requerimientos bien definidos, se procede a desarrollar el proceso de diseño, el cual se divide en las siguientes etapas: 6.1.1. Planeación del Proyecto. La planeación del proyecto es el corazón de la administración del proyecto. Define el alcance, los recursos y el tiempo requerido, y permite mantenerlos en balance a través de todo el proyecto. 6.1.2. Desarrollo Conceptual. Sirve para identificar la viabilidad técnica y económica del proyecto y marcará la pauta para el desarrollo de la ingeniería básica y de detalle. Se basa en un estudio previo (estudio de viabilidad) y en la definición de los requerimientos del proyecto. 6.1.3. Diseño a Nivel de Sistema. Donde se genera la selección de conceptos de acuerdo a un sistema de evaluación mediante matrices de tamizaje en donde se toma en cuenta un gran número de compensaciones entre costo, calidad y rendimiento del producto. El resultado debe ser un diseño de un sistema que resulte competitivo en el mercado y que pueda operar. Se realiza la modelación virtual del diseño seleccionado. 6.1.4. Diseño Detallado. Es la implementación del proyecto y pruebas en sitio, algunas tareas o procesos que hacen parte del diseño de detalles son: Revisar el diseño a nivel de sistema. Realizar los diagramas y planos eléctricos, mecánicos, hidráulico, neumáticos, etc. de montaje definitivos.

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Programar y paramétrizar los dispositivos (PLC, AC drives, etc.) Diseñar y configurar los HMI/SCADA Realizar la documentación de cada proceso y etapa del proyecto. Capacitar al personal. 6.2. ETAPAS DE CONSECUCIÓN DEL PROYECTO Basado en ingeniería concurrente: Definición del proyecto (Nombre y Objetivos): Planteamiento formal del anteproyecto. Recopilación bibliográfica: Obtención de la bibliografía necesaria para la formulación del proyecto, el desarrollo de los protocolos y técnicas existentes. Reconocimiento tecnológico: Corresponde a la búsqueda de dispositivos usados en tales procesos, ya sea vía internet o físicos. Identificación de requerimientos: Recopilación de requerimientos basado en testimonios, encuestas realizadas a quienes laboran en el área (ingenieros, operarios, coordinadores de salud ocupacional), además de las necesidades técnicas las cuales cumplen con los estándares de calidad a los cuales está sometida la empresa. Diseño y Simulación de Variantes de Conceptos: Diseño de alternativas del dispositivo de ingreso de la lavadora. Técnicas a seguir: Simulación virtual empleando software de diseño, probando eficiencia, potencia y seguridad, elaboración de planos como técnica para probar su funcionamiento y que cumpla con las especificaciones. Evaluación y Selección del Mejor Concepto: Tras evaluar los diferentes conceptos propuestos, se escoge el que mejor cumpla con lo requerido. Ajustes Pruebas y Complementación: Consiste en las pruebas y el mejoramiento de la variante de concepto elegida. Generación de Manuales de Usuario y Mantenimiento, Planos y Especificaciones: Consiste en general la documentación del proyecto. Presentación socialización proyecto: Sustentación final del proyecto y presentación del diseño final.

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7. PLANTEAMIENTO DE LA MISION DEL PROYECTO La misión del proyecto es diseñar un dispositivo que permita realizar de manera más sencilla y menos engorrosa, la labor de ingreso de los carros transportadores hacia la lavadora ENVIROXI® para llevar a cabo la posterior limpieza de los cilindros de rotograbado, esto dentro de la zona de pre-alistamiento de la empresa FLEXA S.A.S.; de manera que con ello se reduzcan los riesgos ergonómicos y de enfermedad laboral a los que están expuestos los operarios de la zona. 7.1. OBTENCIÓN DE DATOS PRIMARIOS Para la obtención de los datos primarios, se realiza un reconocimiento del área en donde se desarrolla el proceso, llevando a cabo un proceso de observación en el cual se identifican algunas necesidades. Por otra parte, se realizan entrevistas y reuniones involucrando a los diferentes actores del proceso, las personas que de modo directo e indirecto se encuentran involucradas con el transporte de los cilindros hacia la lavadora, entre ellos se encuentran los operarios de la zona, el ingeniero de mantenimiento, el ingeniero de planeación, el jefe de seguridad industrial y la coordinadora de salud ocupacional. Con base en esto se identifican las diferentes necesidades obtenidas, las cuales se muestran a continuación, sin seguir un orden de importancia, son: El dispositivo está fabricado con materiales anti-corrosivos. El dispositivo es de fácil ensamblaje. El dispositivo es de fácil mantenimiento. El dispositivo es operable de manera sencilla por parte de los operarios. El tamaño del dispositivo optimiza la mayor cantidad disponible para su instalación y posterior funcionamiento. El dispositivo cumple con las normas de seguridad establecidas en la zona. El sistema reduce los riesgos ergonómicos por actividades repetitivas a los cuales se somete el operario. Los materiales para su construcción y su mantenimiento son moderados en costos. Las piezas de fabricación del dispositivo se encuentran fácilmente en el mercado.

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La estructura del carro transportador no debe ser modificada como consecuencia del funcionamiento del dispositivo. El sistema es a prueba de explosión. El dispositivo se adapta y opera con las redes de distribución que posee la compañía. 7.2. CLIENTE PRIMARIO Como cliente primario de este producto se identifica a la empresa EMPAQUES FLEXA S.A.S; debido a que el dispositivo a diseñar tiene como finalidad, solucionar un problema específico que se manifiesta en la planta de producción de la misma y dada a unas condiciones especiales que allí se presentan. 7.3. CLIENTES SECUNDARIOS Son clientes secundarios aquellas empresas las cuales cuenten con procesos en los cuales se vean involucrados el manejo manual de cargas, específicamente la acción de halar y empujar carros transportadores; que busquen reducir los riesgos ergonómicos y de enfermedad laboral. Al ser un diseño pensado inicialmente para EMPAQUES FLEXA S.A.S, las medidas y materiales pueden variar del diseño original dependiendo de las necesidades del nuevo cliente. 7.4. PREMISAS Y RESTRICCIONES Actualmente en la zona de pre-alistamiento y lavado no existen ayudas mecánicas ni automáticas para la manipulación del carro transportador de cilindros ya que este proceso se lleva a cargo plenamente con el esfuerzo físico de los operarios. Por tal motivo el diseño de esta herramienta genera gran expectativa dentro del cumplimiento de sus objetivos. Por otro lado los limitantes que tiene el desarrollo del proyecto se relacionan con dos puntos en especial: el primero, siendo más importante, las condiciones ambientales de la zona en donde se lleva a cabo el proceso de ingreso de los carros transportadores a la lavadora, pues es un lugar altamente inflamable y volátil. Seguido a ello, el segundo punto a tener en cuenta es el tamaño, ya que se cuenta con un espacio disponible limitado para la ubicación del dispositivo.

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8. LEVANTAMIENTO DE NECESIDADES FUNCIONALES DEL SISTEMA

Al momento en que se realizó el levantamiento de las necesidades, éstas fueron descritas en un lenguaje común, por lo que es necesario traducir tales requerimientos a un lenguaje ingenieril como se muestra en el cuadro 3. Cuadro 3. Identificación de Necesidades

# Planteamiento del Cliente Planteamiento de la Necesidad Imp 1 Que los solventes no dañen el

material del sistema. El sistema está fabricado con materiales anti-corrosivos. 5

2 A la hora del montaje se pueda ensamblar sin lio.

El sistema es de fácil ensamblaje y desacople. 3

3 Cuando necesite ser reparado no sea difícil acceder a sus partes.

El sistema permite fácil acceso a sus distintas piezas para su mantenimiento. 4

4 Que los operarios la puedan operar sin dificultad.

El sistema es operable de manera sencilla por parte de los operarios. 5

5 Lo que se diseñe debe poder ser construido en el área destinada para la lavadora Enviroxi.

El tamaño del sistema optimiza la mayor cantidad disponible para su instalación y posterior funcionamiento.

2

6 Es necesario que el dispositivo cumpla con los requerimientos de seguridad industrial de la empresa para poder funcionar.

El sistema cumple con las normas de seguridad establecidas en la zona. 5

7 Que el dispositivo permita descansar a los operarios al no realizar labores repetitivas y evitar así futuras lesiones.

El sistema reduce la intervención directa y los riesgos ergonómicos por actividades repetitivas a los cuales se somete el operario.

5

8 El montaje requiere una inversión moderada y su mantenimiento también.

Los materiales para su construcción y su mantenimiento son moderados en costos.

3

9 En caso de necesitarse un repuesto para alguna pieza, se debe conseguir sin problema

Las piezas de fabricación del sistema se encuentran fácilmente en el mercado. 2

10 La estructura del carro transportador no debe ser modificada para que el dispositivo funcione correctamente.

El sistema interactúa amablemente con todos los componentes que hacen parte del proceso de lavado sin generar alteraciones en ellos.

3

11 El dispositivo debe funcionar con las redes de suministro (neumática, eléctrica) que tiene la empresa.

El sistema se adapta y opera con las redes de distribución de energía que posee la compañía.

4

12 El sistema NO debe generar ningún foco de ignición para evitar explosiones.

Las partes del sistema son certificadas por las normas vigentes para trabajar en ambientes potencialmente explosivos.

5

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8.1. RELACION DE ESPECIFICACIONES CON NECESIDADES A continuación se priorizan las necesidades en donde se agrupan por características comunes y se jerarquizan de 1 a 5, siendo 5 el de mayor importancia, 3 de mediana importancia y 1 de baja importancia. Posteriormente con la identificación, organización y jerarquización de las necesidades descritas, se procede a establecer las métricas y sus unidades correspondientes (ver cuadro 4). Cuadro 4. Relación De Métricas Y Necesidades

# Métrica Necesidad Métrica Imp Unidad 1 1 Pruebas material anticorrosivo 5 Booleano 2 1,6,7,10,11,12 Normas de Seguridad Industrial 5 Booleano 3 2,3,5,9,10 Número de Piezas 3 Lista 4 4,5,7 Satisfacción al usarlo 5 Subjetivo 5 4,7 Ergonomía 5 Booleano 6 5,10 Área de montaje 3 M2

7 6,7 Tasa de Incapacidad 5 Lista 8 1,8,9,12 Costo de Montaje 4 $ 9 1,2,3,8,9,12 Costo de Mantenimiento 4 $

10 5,10,11 Compatibilidad 3 Booleano 11 12 Certificación ATEX 5 Booleano

8.2. QFD La QFD o también conocido como La Casa de la Calidad permite entender la prioridad de las necesidades de los clientes y encontrar respuestas innovadoras a esas necesidades, a través de la mejora continua de los productos y servicios. QFD (Quality Function Deployment) significa Despliegue de la Función de Calidad y se muestra en la figura 6.

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Figura 6. QFD

Los datos obtenidos de la casa de la calidad arrojan que las 3 especificaciones que más importancia tienen en el desarrollo del proyecto medidas en porcentaje son las siguientes: Normas de Seguridad (19.13%) Compatibilidad (12.19%) Ergonomía (11.75%)

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9. GENERACIÓN DE CONCEPTOS

A continuación se procede a descomponer el problema en funciones, para determinar posibles soluciones a cada una de ellas. De esta manera se identifican las ventajas y desventajas de cada opción por medio de un proceso de selección, obteniendo por medio de esta evaluación las funciones más notables, con el fin de clarificar el sistema. 9.1. CAJA NEGRA Con la necesidad de hallar las subfunciones del proceso, de poder desglosar el comportamiento de funcional del producto y encontrar los subproblemas críticos, se procede a representar el problema como una Caja Negra (ver Figura 7), donde interactúan las entradas y salidas del sistema. Figura 7. Caja Negra

Solución Tecnológica

ENTRADAS DEL USUARIO

SEÑAL

ENERGÍA

TRANSPORTE DEL CARRO CON CILINDROS

9.2. DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL Para un detallado análisis del producto se realiza una identificación de los subprocesos que intervienen en el desarrollo normal del sistema. Para ello se realiza la llamada Caja Gris (ver Figura 8).

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Figura 8. Caja Gris

CAJA GRIS

ENTRADAS DEL USUARIO

ENERGÍA

SEÑAL

Recibir entradas del usuario

Procesar las entradas del usuario y señales de

entrada

Recibir energía de la red de suministro

Medir señales de entrada (sensores)

Comparar datos

Sistema de Transporte del

CarroEnergía Eléctrica

Energía Neumática

TRANSPORTE DEL CARRO CON CILINDROS

De acuerdo a lo anterior y al enfoque dado al proyecto, las subfunciones a analizar para la posterior propuesta de conceptos de diseño son: “Sistema de Transporte del Carro”, “Medir señales de entrada” y “Recibir, procesar y comparar datos”. 9.3. GENERACIÓN DE CONCEPTOS 9.3.1. ¿Cómo recibir, procesar y comparar los datos del sistema? PC PLC PIC

PSoC Electrónica Análoga Compuertas Lógicas

9.3.2. ¿Cómo medir las señales de entrada (sensores)? Finales de Carrera. Sensores infrarrojos. Tacómetros.

Sensores de Ultrasonido.

9.3.3. ¿Cómo transportar el carro hacia la lavadora? Concepto A: El primer concepto de diseño nace como una idea concertada entre los operarios de la zona en conjunto, el personal del área de seguridad

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industrial. La propuesta consiste en dotar al carro transportador de un motor el cuál actúa como sistema de propulsión del vehículo (ver Figura 9). Figura 9. Concepto A Para Sistema De Transporte Del Carro

Concepto B: El segundo concepto consiste en enganchar al carro transportador a un winche el cuál se encargará de llevarlo hasta el fondo del túnel de lavado (ver Figura 10). Figura 10. Concepto B Para Sistema De Transporte Del Carro

Concepto C: Como tercer concepto se tiene un sistema compuesto de un brazo mecánico que sujeta un gancho cuya función es de acoplarse a la base del carro transportador. Éste brazo mecánico está acoplado en un “carro deslizador” que se mueve sobre una guía, trazando así la trayectoria que el carro debe seguir para ingresar al túnel de lavado (ver Figura 11).

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Figura 11. Concepto C Para Sistema De Transporte Del Carro

9.4. COMBINACIÓN DE CONCEPTOS Necesariamente algunos conceptos deben ser descartados, ya sea por su viabilidad al conseguirlos, su eficiencia al usarlos o porque realmente no cumplen con los requerimientos del producto como tal. Para ello se debe tener en cuenta la disponibilidad de la tecnología en el mercado, el tipo de funcionamiento que tendrá en el sistema final y las condiciones operativas del sistema, las cuales serán finalmente las que limiten el uso de cierto tipo de tecnología durante la implementación de la solución planteada. Cabe recordar que el sistema trabajará bajo unas condiciones corrosivas y de ambiente potencialmente explosivo, por lo cual todo concepto de diseño planteado se verá sujeto a estar certificado para operar bajo estas condiciones. Con base a esto, finalmente se plantean las diferentes combinaciones de conceptos las cuales se aprecian en la Cuadro 5. Cuadro 5. Combinación De Conceptos

CONCEPTOS SISTEMA A SISTEMA B SISTEMA C SISTEMA D SISTEMA E SISTEMA F

Medir, procesar y comparar datos PSoC PLC PIC PLC PC PIC

Medir señales de entrada

SENSOR INFRARROJO

SENSOR ULTRASÓNICO TACOMETRO FINALES DE

CARRERA SENSOR

INFRARROJO SENSOR

ULTRASÓNICO

Sistema de transporte del carro

CONCEPTO B

CONCEPTO A

CONCEPTO A

CONCEPTO C

CONCEPTO B

CONCEPTO C

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10. SELECCIÓN DE CONCEPTOS A partir de las combinaciones realizadas anteriormente, se debe realizar la elección de la mejor variante de concepto. Esto, basado en unos criterios ya definidos los cuales serán los que permitirán evaluar entre las diferentes combinaciones, las características que definen la eficiencia del sistema a diseñar con respecto a las necesidades planteadas. Para lograr una buena diferenciación de los conceptos y para que se logre una decisión eficiente con respecto a las necesidades de la compañía, se definen a continuación unos criterios para la selección de conceptos (ver cuadro 6). Cuadro 6. Criterios Para La Selección De Conceptos

ITEM CRITERIO a Pruebas material anticorrosivo b Normas de Seguridad Industrial c Número de Piezas d Satisfacción al usarlo e Ergonomía f Área de montaje g Tasa de Incapacidad h Costo de Montaje i Costo de Mantenimiento j Compatibilidad k Certificación ATEX

10.1. TAMIZAJE DE CONCEPTOS Para evaluar cada combinación de los conceptos de diseño propuestos se procede a realizar una matriz de tamizaje (ver Cuadro 7) cuya función es de comparar y evaluar las propuestas entre sí, tomando como referencia el proceso actual de transporte del carro a la lavadora (Ver anexo A). Para la matriz de tamizaje, se tienen en cuenta las siguientes características: + = Mejor que … 0 = Igual que … - = Menor que …

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Cuadro 7. Matriz De Tamizaje

Variantes de conceptos

Criterio de selección A B C D E F REF

a 0 0 0 0 0 0 0 b + + + + + + 0 c - - - + - + 0 d - - - + - + 0 e + 0 0 + + + 0 f + 0 0 - + - 0 g 0 0 0 + 0 + 0 h + + + - + - 0 i - - - - - - 0 j 0 - 0 + - 0 0 k + - - + + + 0

Positivos 5 2 2 7 5 6 Iguales 3 4 5 1 2 2

Negativos 3 5 4 3 4 3 Total 2 -3 -2 4 1 3

Orden 3 6 5 1 4 2 ¿Continuar? No No No Si No Si

Al realizar la correspondiente comparación de conceptos en la matriz de tamizaje, se observa que sobresalen el concepto D y el concepto F entre los demás. Para lograr una mejor depuración de resultados, se lleva a cabo a continuación la evaluación de los conceptos D y F. 10.2. EVALUACIÓN DE CONCEPTOS Con el fin de desarrollar el mejor concepto de diseño para cumplir a cabalidad con los requerimientos de la empresa, se realiza una evaluación entre los conceptos ganadores. Para ello se tiene en cuenta el porcentaje de ponderación para cada una de los criterios de selección que arrojó el QFD y se debe asignar una

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calificación por cada criterio comparado para así lograr obtener el resultado esperado como se observa en el cuadro 8. Cuadro 8. Evaluación De Conceptos

VARIANTES DE CONCEPTOS

D F

Criterio de selección

Ponderación % NOTA CRITERIO

PONDERADO NOTA CRITERIO PONDERADO

a 7,14% 5 0,357 5 0,357 b 19,13% 5 0,9565 5 0,9565 c 6,61% 2 0,1322 2 0,1322 d 5,05% 5 0,2525 2 0,101 e 11,75% 5 0,5875 5 0,5875 f 5,70% 2 0,114 2 0,114 g 6,43% 5 0,3215 5 0,3215 h 8,84% 2 0,1768 3 0,2652 i 11,09% 2 0,2218 3 0,3327 j 12,19% 5 0,6095 4 0,4876 k 6,07% 5 0,3035 5 0,3035

Total 4,03 3,96

Orden 1 2 ¿Continuar? DESARROLLAR NO

El ganador como concepto a desarrollar es el concepto D, descrito en el cuadro 9. Cuadro 9. Concepto A Desarrollar

CONCEPTOS SISTEMA D Medir, procesar y comparar datos PLC Medir señales de entrada FINALES DE CARRERA Sistema de transporte del carro CONCEPTO C

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11. SELECCIÓN DE MATERIALES Y DISPOSITIVOS Ya teniendo claros los conceptos seleccionados, se procede a seleccionar los materiales de fabricación de los mismos. Además, se seleccionan los componentes físicos como: los sensores finales de carrera, el sistema de propulsión que desplazará el carro deslizador, el dispositivo que se usará para la programación, y la interfaz con el usuario. Cabe recordar que en el momento de la selección de componentes y materiales, se debe tener en cuenta que los mismos trabajarán en condiciones de ambiente potencialmente explosivo, por lo cual es importante que éstos se encuentren certificados (ATEX) para ser operativos en tal condición, además las partes que se encuentren en contacto cercano al carro transportador deberán contar con características de resistencia a la corrosión. 11.1. ESTRUCTURA MECÁNICA DE SISTEMA DE TRANSPORTE Al tratarse de una solución específica para Empaques Flexa S.A.S, los diseños de las piezas correspondientes a la estructura mecánica del sistema de transporte son netamente ajustados a las necesidades de la empresa. Por lo tanto, en caso de ser implementados en otro lugar, se recomiendan nuevos estudios de cálculos, medidas y materiales. La estructura mecánica del sistema de transporte será la encargada de interactuar directamente con el carro transportador, soportando las fuerzas generadas por el carro transportador tanto en equilibrio estático, como en movimiento. Además, aquí mismo, se define el tipo de propulsión del sistema. 11.1.1 Gancho. El gancho es la pieza que tendrá contacto directo con el chasis del carro transportador. La función de éste elemento es la de soportar y conectar el sistema de transporte diseñado al vehículo de carga de cilindros. Para su diseño, el gancho debe cumplir con unas características que lo hacen apto para su buen funcionamiento. Es por lo cual, la escogencia de su material y su geometría final dependerán de factores determinantes como lo son: las restricciones de seguridad del área de trabajo y los esfuerzos a los cuales estará sometida la pieza.

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Teniendo en cuenta que la máxima fuerza aplicada por parte del operario durante el proceso de transporte del carro transportador oscila entre 1100 N y 1214 N, se realizan los cálculos de esfuerzos con una fuerza mayor de 1500 N. Esto se hace con el objetivo de conservar una ventaja de diseño buscando hacer más robusta la pieza, pues al estar en contacto directo con residuos de acetato de etilo, sustancia que se utiliza en el proceso de lavado de tintas (ver anexo B) y la cual genera corrosión, la vida útil del componente se verá reducida considerablemente. En vista de que es prioritario que el gancho tenga características de resistencia a la corrosión por acetato de etilo, como también que sea rígido y que sea liviano, se opta por el uso de polímeros como material para la fabricación del mismo. Para ello se busca el polímero adecuado teniendo en cuenta las propiedades mecánicas, y químicas del mismo observado en el cuadro 10.

Cuadro 10. Polímeros Aptos Para La Construcción De La Pieza

Polímero σy (MPa) Resistencia al acetato de etilo Aprobado

Poliamida tipo 6 65 Excelente Si Polioximetileno (POM) 70 Aceptable No

PTFE (teflón) 40 Excelente Si Policarbonato 60 Pobre No

Los polímeros expuestos en la anterior tabla, tienen en común que en estado rígido, tienen un esfuerzo de fluencia (σy) bueno y es por eso que son tenidos en cuenta para la elección. Sin embargo, cabe recordar que la característica más importante para definir la elección es que el polímero escogido tenga excelente resistencia al acetato de etilo, pues va a estar en contacto directo con el mismo y una mala reacción al químico sería causa de una posible falla. En ese orden de ideas, se eligen los dos polímeros que presentan mayor resistencia química, la Poliamida Tipo 6 y el PTFE los cuales son altamente recomendados para trabajar en contacto con éste tipo de sustancias12. Ya con estos dos polímeros, se observa el segundo de criterio de elección, el esfuerzo de fluencia (σy), el cual indica el esfuerzo máximo que se puede desarrollar en un material sin causar una deformación plástica. 12 DOMININGHAUS, Hans. Plastic for Engineers: Materials, Properties, Applications. Munich.: Hanser Publishers, 1993. 785 p.

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En este caso la Poliamida Tipo 6 presenta un mayor esfuerzo de fluencia que el PTFE, superándolo aproximadamente en un 62.5%, lo que indica que el material soporta más esfuerzos antes de deformarse permanentemente. Además, teniendo en cuenta que se va a trabajar en un ambiente corrosivo, por seguridad es recomendable sobredimensionar los esfuerzos para así lograr mayor robustez en la pieza. Tomando en cuenta lo anterior, se escoge como material de fabricación del gancho a la Poliamida Tipo 6, cuyas propiedades están en el anexo C. Con base a lo anterior, se realiza el prototipo virtual del gancho (ver Figura 12) en donde se incluyen las medidas reales del gancho (ver Anexo D) y el material de fabricación elegido anteriormente. Figura 12. Prototipo Virtual Del Gancho

Para evaluar el posible comportamiento de la pieza al estar sometida a las fuerzas de trabajo, se realiza un estudio de esfuerzos, el cual confirma que el material y la geometría seleccionados fueron correctos. A aplicar las fuerza de 1500 N, que hala o empuja (dependiendo de si entra o sale el carro), se evidencia en la Figura 13 que el esfuerzo máximo de tensión es de 24,018 MPa aproximadamente. Por lo tanto, se comprueba que el material responde de manera correcta cuando está sometido a esfuerzos de trabajo.

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Figura 13. Estudio De Esfuerzos De Tensión En El Gancho

De igual manera, al ser un material polímero, es importante ver las deformaciones que se presentan en la pieza durante su trabajo. Según el estudio de deformación que se observa en la figura 14, la máxima deformación que se presenta es de 0,007243 mm, la cual es insignificante. Por lo anterior, se evidencia que la pieza no se deforma durante su operación, siendo así adecuada para la labor para la cual fue diseñada. Figura 14. Estudio De Deformación Del Gancho

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11.1.2 Brazo. El brazo tiene la función de unir el gancho con el deslizador, convirtiéndose para el gancho, en el punto de aplicación de la fuerza ejercida por el mecanismo de propulsión del sistema. Además, el brazo soporta la carga ejercida por el peso del carro al momento de salir del túnel de lavado, en el momento que el vehículo se encuentra descendiendo por los rieles inclinados. Al momento de la elección del material del brazo se debe tener en cuenta que el material debe ser muy resistente a la corrosión. Debido a esto se opta por usar acero inoxidable 312 cuya ficha técnica se observa en el anexo E. El brazo se sujeta al carro deslizador del sistema de propulsión y mediante una barra y un muelle que funciona de suspensión como se ve en la figura 15, mantienen al transportador de cilindros en vía hacia el interior de la lavadora. Figura 15. Brazo Del Sistema De Transporte

Para ver los planos del sistema dirigirse al anexo F. 11.1.3 Método de Propulsión. Para elegir el método de propulsión del sistema de transporte es importante conocer algunas características las cuales definirán los parámetros de elección del método, tales como: La fuerza a necesaria para mover el sistema, protecciones contra explosión, facilidad de mantenimiento, etc.

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Para calcular la fuerza necesaria para mover el carro y los demás componentes del sistema, es necesario identificar la masa de cada uno de ellos. Con respecto al carro transportador de cilindros, cabe recordar que se conocen los datos de máxima fuerza ejercida para su movimiento (Ver página 13, Tabla 1), en donde se evidencia que el máximo rango de fuerza ejercida está entre 1100 N – 1214 N, por lo cual se tomará el valor máximo F = 1214 N como referencia. Ahora, se estima, con ayuda del software Solidworks®, el valor de la masa del brazo (Masa del brazo) y del gancho (Masa del gancho) para hallar la fuerza de estos dos elementos (ver Ecuación N°1). Mgan = 0.345 Kg Mbra = 4.6 Kg

Ecuación N°1

Con un valor total de la masa de: Ya conociendo el valor de la masa adicional correspondiente a los elementos del sistema, se aplica la ecuación N°2. Se debe tener en cuenta que el valor de la gravedad corresponde a: ⁄

Ecuación N°2 Aplicando los valores correspondientes, se halla el valor del peso adicional de los componentes del sistema: ⁄ La suma de éste peso W y de la fuerza F, será la fuerza total necesaria para mover el sistema de transporte (ver ecuación N°3).

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Ecuación N°3 Arrojando como resultado una fuerza total de: Al conocer ya la fuerza mínima que debe realizar el sistema de propulsión para funcionar correctamente, se procede a evaluar otras características que son determinantes a la hora de elegir el mismo. El método de propulsión elegido deberá cumplir con los requerimientos exigidos en el cuadro 11. Cuadro 11. Requerimientos Para El Método De Propulsión

REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE PROPULSIÓN Reversible Si

Fuerza de avance y retroceso Mayor a 1262.46 N

Alimentación Red de distribución de la empresa (220v – 440v ó 11 bar -160 psi)

Carrera 5 m Certificación ATEX Si

Resistencia a la corrosión Si Fácil montaje y mantenimiento Si

Teniendo en cuenta las anteriores características y observando la suma importancia de que el sistema sea aprueba de explosión, se elige para trabajar sistemas que por excelencia no generen chispa y su temperatura durante la operación sea estable como lo son los sistemas neumáticos13. Para el cálculo del actuador neumático, se deben conocer la presión de servicio y la fuerza que debe aplicar el mismo. Anteriormente se calculó la fuerza requerida para mover el sistema ( ) y para efectos de cálculos se trabajará con una presión . Con base en esto se aplica la ecuación N°4 con mira a hallar el diámetro del émbolo del cilindro. 13 FESTO, Neumática Industrial, [consultado 13 de octubre 2013], Disponible en Internet: http://www.miclase.com.ar/documentos/neumatica-industrial_festo.pdf

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√ Ecuación N°4

Hallando así un diámetro equivalente a D = 51.79mm. Ahora de acuerdo a la norma ISO 15552, en donde algunos los diámetros establecidos son de 8,10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 milímetros, se evidencia que el diámetro encontrado anteriormente no cumple con el estándar, por lo cual se escoge el diámetro próximamente mayor (D = 63mm), y hallar así el actuador correcto. En consecuencia a lo anterior, asumiendo la misma presión de servicio y el nuevo diámetro, la fuerza ejercida por el cilindro cambia como resultado de la aplicación de la ecuación N°5.

Ecuación N°5

La fuerza del actuador será de F = 1870 N. Con los datos y las especificaciones dadas anteriormente, se busca en el mercado un actuador neumático que cumpla con todos los requerimientos. Para este proyecto, se usará: el Actuador Lineal DGC-63-5000-G-PPV-A-EX2 de FESTO (ver figura 16) cuya ficha técnica se encuentra en el anexo G. Figura 16. Cilindro FESTO sin vástago DGC-63-5000-G-PPV-A-EX2

Es importante resaltar que el actuador elegido cumple a cabalidad con todos los requerimientos técnicos y de seguridad exigidos por la empresa. Además, el

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cilindro se encuentra certificado con todas las normas internacionales correspondientes para su buen funcionamiento en su ambiente de operación. 11.2 INTERFAZ CON EL USUARIO La interfaz con el usuario, es muy importante pues es donde se lleva a cabo la iniciación y puesta en marcha del sistema. Es importante reconocer la complejidad del proceso para así mismo elegir la interfaz más adecuada, pues no es conveniente, ni rentable utilizar tecnología de punta en procesos simples y viceversa. Para éste sistema no es necesario utilizar interfaces complejas, pues las variables a controlar son muy pocas y estarían perfectamente atendidas con un tablero de control de pulsadores ver figura 17. Además, el tablero brinda una solución económica y eficaz con respecto a otros sistemas (HMI-PC, touch-screen), para suplir los requerimientos de diseño. Figura 17. Tablero De Pulsadores

Es importante referenciar que la ubicación del tablero de mando será afuera de la zona clasificada como “potencialmente explosiva”, por lo tanto no es necesario que los pulsadores cuenten con certificación ATEX.

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11.3 PLC Como unidad de control para el sistema se optó por utilizar el autómata SIEMENS S7-200 (Ver Figura 18). Éste cuenta con una fuente de alimentación de 24v, memoria 16/24KB el cual posee 24 entradas digitales y 10 salidas digitales y 24KB de memoria. Para la programación del autómata se utiliza el software STEP 7 MicroWin el cual pertenece a la compañía Siemens. Para conocer más acerca de éste dispositivo ver el anexo H. Figura 18. PLC Simatic S7-200

Fuente: PLC Simatic S7-200 [En línea] 2013. Siemens. [Consultado 06 de julio de 2013] .Disponible en Internet: http://s5.com.es/wp-content/uploads/2013/07/foto-1-SIMATIC-S7-200-CPU-6ES7214-2BD23-0XB0.jpg

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12. DISEÑO DE LA ETAPA DE CONTROL Para el diseño de la etapa de control, en primer lugar se identifica lo que se quiere y se puede automatizar. En éste caso, se busca automatizar la entrada y la salida del carro transportador, esto se logra mediante la manipulación del cilindro sin vástago mediante señales de control a una electroválvula de paso. Para lograrlo, se diseña una estrategia de control representada en un diagrama GRAFCET y posteriormente se lleva a lenguaje LADDER, el cual va a ser el lenguaje de programación del autómata SIEMENS S7-200. Se indican las entradas (cuadro 12), salidas (cuadro 13) y memorias del sistema (cuadro 14) que ingresarán al PLC. Cuadro 12. Entradas del PLC

Input SIM Comentarios I0.0 IG Inicio Grafcet I0.1 ON Sistema On I0.2 OFF Sistema Off I0.3 IN Carro entra I0.4 OUT Carro sale I0.5 FC1 Final carrera 1 I0.6 FC2 Final carrera 2 I0.7 AOFF Apagar alarma I1.0 PE Paro Emergencia

Cuadro 13. Salidas del PLC

Output Comentarios Q0.0 Luz de sistema encendido Q0.1 Cilindro Entrando Q0.2 Cilindro Saliendo Q0.3 Alarma parada de

emergencia Q0.4 Final de Carrera 1 activo Q0.5 Final de Carrera 2 activo

Cuadro 14. Memorias Internas del PLC

Memorias Comentarios M0.0 ETAPA 0 (ET0) M0.1 ETAPA 1 (ET1) M0.2 ETAPA 2 (ET2) M0.3 ETAPA 3 (ET3) M0.4 ETAPA 4 (ET4) M0.5 ETAPA 30 (ET30) M0.6 ETAPA 31 (ET31)

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12.1. DIAGRAMA DE CONEXIÓN AL PLC Al tener ya las entradas y salidas del PLC definidas, se procede a realizar el diagrama de conexiones al autómata. Lo que se busca aquí es mostrar cómo se realizan las conexiones correspondientes de las entradas y las salidas externas del sistema como se muestra en la figura 19. Figura 19. Diagrama de Conexión del PLC

12.2. DESCRIPCIÓN DEL GRAFCET Con el objetivo de mostrar la estrategia de control a implementar, se realiza un diagrama GRAFCET el cual representa de manera gráfica el funcionamiento del sistema como se ve en la figura 20.

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Figura 20. Grafcet Del Sistema

IN.FC1.FC2.PE

FC2.OUT.PE

FC1.END.PE

FC1.LUZ.PE

ET1

ET2

ET3

ET4

ET0

ON.FC1.PE

PE

PE

PE

PE

PE

Luz encendida

Carro entrando

Carro saliendo

Luz apagada

ET31

ET30

PE

PE.ON.AOFF

ET0

Alarma On

En el cuadro 15 se realiza la descripción de cada una de las etapas del Grafcet. Cuadro 15. Descripción Del Grafcet

ETAPA DESCRIPCIÓN ET0 Inicio del sistema. Aquí el sistema está a la espera de ser puesto en

funcionamiento a través del botón “ON”. Cuando se presenta una parada de emergencia, el sistema regresa a ésta etapa.

ET1 Sistema encendido. Aquí el sistema enciende una luz que indica que el sistema está listo para trabajar.

ET2 Carro entrando. Aquí se ha pulsado el botón “IN” y el cilindro empuja al carro hacia el interior de la lavadora hasta el FC2.

ET3 Carro saliendo. Después de estar el carro dentro de la lavadora, se acciona el botón “OUT” y comienza el regreso del cilindro al FC1.

ET4 Sistema apagado. Después de acabar el ciclo y oprimir el botón “END”, el sistema se queda a la espera de ser activado de nuevo.

ET30 Inicio Paro de emergencia. Se activa con el inicio del sistema. ET31 Alarma paro de emergencia. Activa la alarma cuando sucede un P.E.

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12.3. DIAGRAMA EN LENGUAJE LADDER Para la posterior programación del PLC se realiza la interpretación del diagrama Grafcet al lenguaje LADDER, pues es éste el utilizado en el software de programación del autómata S7-200. El Ladder de la aplicación se muestra en el anexo I.

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13. DISEÑO PARA SEGURIDAD

Siguiendo las recomendaciones de seguridad industrial de la empresa se realiza la debida demarcación del área en la cual se encuentra el campo de operación del sistema mecatrónico de transporte, ésta en color verde fluorescente como se ve en la figura 21. Esto se hace con el fin de advertir a quienes se acerquen al dispositivo, que existe una zona de operatividad la cual debe ser evitada mientras no se diga lo contrario por parte del operario líder de la zona. Figura 21. Plano Del Área Demarcada De Trabajo Del Sistema Mecatrónico

Por otro lado, con el fin de ayudar a la alineación del carro transportador durante su recorrido dentro y fuera de la lavadora, se implementan dos rieles guías que estarán fijados al suelo. Estos rieles evitarán que el carro realice trayectorias

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indeseadas que puedan generar accidentes en el área. Su disposición se muestra en la figura 22. Figura 22. Rieles Guía

13.1. PARADAS DE EMERGENCIA Un paro de emergencia puede presentarse cuando alguien no atienda las advertencias de la zona y se atraviese en medio de la trayectoria del sistema en movimiento. En tal caso se acciona el botón de emergencia ubicado en el tablero de mando de pulsadores del sistema (ver figura 16) o en el costado del túnel de lavado ver figura 23. Figura 23. Parada De Emergencia Al Costado Del Túnel De Lavado

La parada de emergencia de este sistema envía una señal a una válvula de 3 posiciones (ver figura 24), la cual cuenta con una posición intermedia de centro

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abierto que permite la detención intermedia de un actuador en forma libre, dado que ambas cámaras quedan conectadas a escape en esa posición permitiendo el movimiento del carro en cualquier dirección al aplicarle una fuerza externa. Con esto se busca que ante cualquier eventualidad en actuador, junto con el carro transportador de cilindros, puedan ser manipulados de acuerdo a la situación que se presente. Para ver las especificaciones de la válvula FESTO MFH-5/3E-3/8-B-EX ver el anexo J. Figura 24. Válvula FESTO MFH-5/3E-3/8-B-EX

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14. ESTUDIO DE VIABILIDAD DEL PROYECTO Para la implementación del proyecto es necesario realizar un estudio de viabilidad financiera el cual evidencia que tan rentable o no es la realización del sistema del transporte mecatrónico. Este estudio toma como referencia los costos e ingresos de las diferentes etapas del proyecto las cuales son: Costos de desarrollo Costos de montaje Costos de producción Ingreso generado 14.1. COSTOS DE DESARROLLO Los costos de desarrollo del proyecto involucran los gastos generados durante el proceso de diseño de la solución. Estos costos incluyen: Ingeniero diseñador = $1.500.000 + 50% prestaciones sociales Laptop=$1.300.000 Papelería=$50.000 14.2. COSTOS DE MONTAJE Los costos de montaje del proyecto están directamente relacionados con los gastos generados al implementar el sistema de transporte mecatrónico. Estos costos son la sumatoria de cada uno de los gatos de compra de cada elemento que componen el sistema. Es importante conocer el valor de cada elemento y su proveedor, pues para la compañía es necesario tener presente estos costos y sus fabricantes para posteriores mantenimientos y mejoras. En el cuadro 16 se muestra el valor de cada elemento que compone el sistema, su cantidad y su proveedor.

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Cuadro 16. Costos De Los Elementos Del Sistema Mecatrónico

ELEMENTO PROVEEDOR CANTIDAD VALOR UNITARIO

VALOR TOTAL

(más IVA 16%)

Actuador lineal DGC-63-5000-G-

PPV-A-EX2 FESTO 1 $ 7.981.577,0 $ 9.258.629,3

Fijación pies HPC-63 FESTO 1 $ 77.438,0 $ 89.828,1

ELECTROVÁLVULA MFH-5/3E-3/8-B-EX FESTO 1 $ 693.461,0 $ 804.414,8

BOB. MAGNÉTICA MSFG-24DC/42AC FESTO 2 $ 60.234,0 $ 139.742,9

PLC Siemens S7-200 6ES7216-

2AD23-0XB0 CPU 226

SIEMENS 1 $ 1.056.934,0 $ 1.226.043,4

Pulsador piloto SIEMENS 5 $ 35.000,0 $ 203.000,0 Pulsador rojo de hongo 40 mm. +

1NC, con retención SIEMENS 2 $ 62.500,0 $ 145.000,0

Lámpara de señalización SIEMENS 4 $ 58.000,0 $ 269.120,0

Gancho en Nylon 6 POLINDUSTRIALES 1 $ 610.000,0 $ 707.600,0 TUBERIA 3/8" acero

312 x 6 metros IMPORINOX 1 $ 30.000,0 $ 34.800,0

Piezas en acero 316L 4,5mm + corte

laser IMPORINOX 1 $ 90.000,0 $ 104.400,0

Caja metálica para pulsadores ------------ 1 $ 15.000,0 $ 17.400,0

SUBTOTAL $ 12.999.978,5

IMPREVISTOS +20% $ 2.599.995,7

VALOR TOTAL $ 15.599.974,2

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En adición a éste valor de los materiales, para el montaje se contrata una empresa de montajes industriales cuyo valor de contrato es de $3.000.000 a todo costo. 14.3. COSTOS DE PRODUCCIÓN Para conocer los costos de producción, es necesario conocer el valor del salario de los operarios del área de lavado, pues los costos generados durante la producción se atribuyen al mantenimiento del sistema el cual es efectuado por éstos empleados. El operario de la zona tiene un sueldo de $800.000, además cuenta con un auxilio de transporte correspondiente a $70.50014, lo que da en total un sueldo mensual de $870.500. Para el sistema se recomienda dos mantenimientos mensuales, de alrededor de 3 horas cada uno, lo que significa 6 horas mensuales de mantenimiento realizado por los dos operarios de turno. Un operario trabaja 160 mensuales y su valor de hora de trabajo es de $5.441, lo que significa que las 6 horas de mantenimiento mensuales equivalen a $32.644 por operario. Con base a lo anterior se obtiene un costo de producción de $65.288 14.4. INGRESOS Los ingresos generados por el sistema se evidencian en los ahorros generados por incapacidades y tratamientos médicos causados por los problemas ergonómicos y los accidentes laborales que se puedan presentar durante el proceso de ingreso del carro transportador a la lavadora Enviroxi. Cuando un trabajador se incapacita, se le debe otorgar un auxilio económico por esos días de incapacidad, auxilio que generalmente la empresa paga y luego recobra a la EPS. Los tres primeros días deben ser pagados por la empresa, y a partir der cuarto día los paga la EPS. Los tres primeros días que paga la empresa, corresponden al 100% del salario. Los días que paga la EPS, corresponden a las dos terceras partes del salario base de cotización15.

14 Salario Mínimo Legal Vigente, información disponible online en: http://www.consultas-laborales.com.co/index.php?option=com_content&view=article&id=339:salarios-y-prestaciones-soc 15 ¿Cómo se liquidan los días de incapacidad por enfermedad general?, Disponible en Internet: http://www.gerencie.com/como-se-liquidan-los-dias-de-incapacidad-por-enfermedad-general.html

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Para una media de 5 días de incapacidad mensuales por dos operarios (op) de la zona con un sueldo de $870.500: Valor del día: $43.525 x 2 op = $87.050 Días de incapacidad: 5 Los que paga la empresa: 3 días; Los que paga la EPS: 2 días Empresa: 5 días x$43.525 = $217.625 x 2 op= $435.250 EPS: 2 días x ($43.525x66.67%) = $58.037 x 2 op = $116.074 Teniendo en cuenta lo anterior se identifica que la empresa paga por incapacidad de 5 días a sus dos operarios un valor de $330.000, pero después del tercer día la EPS paga el 66,67% del valor diario, que en este caso equivale a $88.004 correspondiente a dos días de los dos operarios incapacitados. Por lo tanto, el valor mensual que le corresponde pagar en total a la empresa por concepto de incapacidad en el área de lavado es: Valor incapacidad mensual= $435.250 - $116.074 = $319.176 Con este sistema se reduce al mínimo la intervención directa de los operarios durante el proceso de ingreso del carro transportador a la lavadora, por lo tanto la empresa se ahorrará ese valor de $319.176 por incapacidad mensual de los operarios. Por otra parte, cuando un trabajador sufre una incapacidad permanente debido a una enfermedad laboral recibe una indemnización dependiendo de la gravedad de ésta. En el caso de una lesión permanente de espalda causada por un accidente al manipular cargas muy pesadas sin la debida protección, el trabajador sufre una pérdida de la capacidad laboral igual o superior al 50%. En este caso se tiene derecho a pensión de invalidez16. El monto de esta pensión dependerá del porcentaje de pérdida de la capacidad laboral.

16 GENERALIDADES DEL SISTEMA DE RIESGOS PROFESIONALES, disponible en internet en: http://www.arlsura.com/index.php?option=com_content&view=article&id=1929&Itemid=164

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Cuando la invalidez es superior al cincuenta por ciento (50%) e inferior al sesenta y seis por ciento (66%), tendrá derecho a una pensión de invalidez equivalente al sesenta por ciento (60%) del ingreso base de liquidación. Cuando la invalidez sea superior al sesenta y seis por ciento (66%), tendrá derecho a una pensión de invalidez equivalente al setenta y cinco por ciento (75%) del ingreso base de liquidación. Cuando el pensionado por invalidez requiere el auxilio de otra u otras personas para realizar las funciones elementales de su vida, el monto de la pensión de que trata el literal anterior se incrementa en un quince por ciento (15%). En el caso de dos operarios cuya situación de invalidez sea como la descrita en el primer ítem, y teniendo en cuenta que su liquidación fue de $2.437.235, la pensión de invalidez para cada uno será de $1.462.341 mensuales. Lo anterior se verá reflejado como ingreso para la evaluación financiera del proyecto. 14.5. FLUJO DE FONDOS Como herramienta para la evaluación financiera del proyecto se usa un flujo de fondos (ver cuadro 17) el cual describe detalladamente cada uno de los costos e ingresos descritos anteriormente. Los valores expresados en el flujo de fondos están expresados en miles de pesos. Para la evaluación se realiza el flujo de fondos para un periodo de 12 meses, pues es necesario para la empresa comprobar que la inversión realizada en la implementación del sistema mecatrónico de transporte se retorna en un periodo relativamente corto. Para ello, se identifica el P.R.I. (Periodo de retorno de la inversión, ver cuadro 18), el cual indica el mes en el cual los ingresos superan la inversión inicial. Los valores en el cuadro 12 están expresados en miles de pesos.

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Cuadro 17. Flujo De Fondos

Concepto M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12

Costo de desarrollo Mano de obra 2.250

Materiales 1.350 Subtotal (-) 3.600 Costo de montaje

Mano de obra

3.000 materiales

15.600

Subtotal (-)

18.600 Costo de producción

Mantenimiento

65,3 65,3 65,3 65,3 65,3 65,3 65,3 65,3 65,3 65,3 Costos de producción totales (-)

65,3 65,3 65,3 65,3 65,3 65,3 65,3 65,3 65,3 65,3

Ingresos Ahorro por indemnización

2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925

Ahorro por incapacidad

319 319 319 319 319 319 319 319 319 319 Ingresos totales (+)

3.244 3.244 3.244 3.244 3.244 3.244 3.244 3.244 3.244 3.244

Flujo neto -3.600 -18.600 3.179 3.179 3.179 3.179 3.179 3.179 3.179 3.179 3.179 3.179

VP T.O=3% -3.600 -18.058 2.996 2.909 2.824 2.742 2.662 2.584 2.509 2.436 2.365 2.296

VPN1 4.666 VP T.i.e.=10% -3.600 -16.909 2.627 2.388 2.171 1.974 1.794 1.631 1.483 1.348 1.225 1.114

VPN2 -2.754 Tasa de interés de evaluación (T.i.e) 10,00% Tasa de Oportunidad 3,00%

TIR % 7,40%

Cuadro 18. Periodo De Retorno De La Inversión

Egresos= -22.200

Ingresos= 31.786

P.R.I= Mes 9 MES 9 ($)= 50,0 De acuerdo al PRI el proyecto tiene un retorno de la inversión en el mes 9 desde el principio del mismo. Esto significa que 7 meses después de su montaje, el proyecto cumple con su propósito financiero y justifica su inversión.

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14.6. VPN El objetivo del valor presente neto (VPN) es determinar si el proyecto maximiza su inversión, si genera mayores beneficios además de cumplir con recuperar la inversión hecha por la compañía. De acuerdo al flujo de fondos, el VPN del proyecto evaluado con una tasa de oportunidad del 3% arroja un valor de $4.666.000, lo que indica es un proyecto recomendable financieramente. 14.7. TIR La tasa interna de retorno (TIR) indica el valor de interés en el cual el VPN se hace cero. Cuando la TIR es mayor a la tasa de oportunidad, se dice que el proyecto es recomendable financieramente. En este caso la TIR es mayor a la tasa de oportunidad (TIR=7.4%), como se puede observar en la figura 25, lo cual re-afianza el sistema mecatrónico como un proyecto recomendable financieramente. Figura 25. Tasa Interna De Retorno

3,00%; 4.665,90

7,40%; 0,00

10,00%; -2.753,67

-4.000,00

-3.000,00

-2.000,00

-1.000,00

0,00

1.000,00

2.000,00

3.000,00

4.000,00

5.000,00

6.000,00

0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00%

TIR

TIR

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15. CONCLUSIONES

El problema a solucionar planteó un reto para poner a prueba los conocimientos adquiridos durante los años de formación académica como ingeniero mecatrónico, pues el problema fue abordado desde diferentes áreas de la ingeniería que forman la mecatrónica (mecánica, control, automatización). Se llevó a cabo exitosamente el objetivo general del proyecto, pues la solución planteada cumple a cabalidad con los requerimientos y restricciones dadas por EMPAQUES FLEXA S.A.S. Mejorando así las condiciones laborales de los operarios de la zona, reduciendo de esta manera los riesgos a los que se exponen los mismos al realizar su labor diaria. El desarrollo de productos mecatrónicos involucra un amplio conocimiento de las áreas de la ingeniería que componen la mecatrónica, es por eso que a la hora de plantear diseños de soluciones de ingeniería es pertinente hacer una amplia investigación acerca de las tecnologías disponibles y no sesgarse a lo previamente conocido. Es importante conocer a fondo el ambiente en donde operará el sistema mecatrónico, pues la elección de materiales del mismo debe hacerse de acuerdo a esto. No es lo mismo el comportamiento de un material en condiciones normales que otro en condiciones especiales, pues sus propiedades químicas afectan directamente su comportamiento mecánico, lo que podría llevar a futuras fallas de las piezas y consigo posibles accidentes. El sistema se diseñó con todas las medidas de seguridad pertinentes, tomando en cuenta el contacto con solventes industriales, la operatividad en atmósfera potencialmente explosiva y las normas internas de seguridad industrial de la compañía. El sistema se presenta como una propuesta viable para su implementación, pues según el estudio de viabilidad del proyecto, su inversión se ve altamente justificada por traer beneficios a un plazo relativamente corto.

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16. RECOMENDACIONES El sistema fue diseñado exclusivamente para atender a una problemática específica de la empresa EMPAQUES FLEXA S.A.S. Por lo tanto, si se quiere implementar en un sitio diferente se recomienda realizar los estudios pertinentes de los diseños de las piezas y de la tecnología elegida para adaptarlos a nuevas condiciones. Es altamente recomendable mantener el área de operación del sistema libre de residuos sólidos y líquidos que puedan afectar el buen funcionamiento de cada uno de los componentes del sistema mecatrónico. Finalmente se recomienda observar el estado del actuador neumático al final de cada jornada para descartar daños por manejos inadecuados del sistema de transporte.

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BIBLIOGRAFÍA

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SENSORES Y TRANSDUCTORES, Disponible en Internet: http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/sens_transduct/index.htm UNIVERSIDAD DE JAÉN, Introducción a las Máquinas Simple y Compuestas, [Consultado 13 de Diciembre 2012] Disponible en Internet: http://www4.ujaen.es/~jamaroto/MAQUINAS%20SIMPLES%20Y%20COMPUESTAS.pdf UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL, Transporte Industrial, Disponible Internet:http://www.frsf.utn.edu.ar/matero/visitante/bajar_apunte.php?id_catedra=204&id_apunte=3670

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ANEXOS

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Anexo A. Proceso actual de transporte de cilindros a la lavadora ENVIROXI

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ACTUAL En el área de Pre-alistamiento se realiza el proceso de lavado de cilindros y material proveniente de las máquinas Rotopack, Cerutti; los cilindros (con pesos entre 300 y hasta 500 kg), son traídos en un carrito transportador hasta el área de almacenamiento de cilindros y material, previos al proceso de lavado en la Lavadora Enviroxi.

Una vez se traen los cilindros, a través del diferencial son colocados en un soporte y, posteriormente, con el mismo diferencial se ubican en el carro que soporta hasta 1 tonelada, para ser llevado a la Enviroxi; desde el área de pre-alistamiento previo al lavado, hasta el área de la Enviroxi, existe una distancia aproximada de 10 mts, a través de los cuales, el operario debe empujar el carro por el piso el cual posee

algunas grietas e irregularidades en superficies, lo que hace que en algunas ocasiones el carro se frene generando movimientos y sobreesfuerzos repentinos del operario especialmente a nivel de la región lumbar.

Una vez ha llegado con el carro al área de la lavadora, se abre la puerta de la máquina y el operario debe ubicar de manera cuidadosa el carro sobre el riel que ingresa los cilindros y material a lavar; el riel se encuentra desajustado, especialmente el riel derecho está levantado ligeramente y un poco torcido, lo cual limita la ubicación adecuada del carro sobre el riel; para lo anterior, el operario debe exponerse a riesgo ergonómico, al empujar el carro de 1 tonelada y al tiempo hacer sobreesfuerzo sosteniéndolo, para evitar que éste se devuelva.

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Adicional a lo anterior, debe realizar posturas por fuera de confort como rotación de cuello, tronco e inclinaciones laterales, para observar la dirección del carro sobre el riel y poder ajustarlo adecuadamente; para poder realizar lo anterior, debe pisar el riel derecho para que éste baje y el carro pueda encarrilarse para finalmente ingresarlo en la Enviroxi; al finalizar el proceso de lavado (aproximadamente 30 minutos), debe abrir la lavadora, halar el carro realizando sobreesfuerzos a nivel lumbar y MMII para desplazarlo por fuera de los rieles y evitar que éste se devuelva. Para un mejor entendimiento se realiza un plano del área

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Anexo B. Acetato de Etilo

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Anexo C. Poliamida Tipo 6

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Anexo D. Planos del gancho

Medidas expresadas en milímetros.

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Anexo E. Acero inoxidable ASTM A312

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Anexo F. Planos del Brazo

Medidas en milímetros.

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Anexo G. Actuador neumático FESTO

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Anexo H. Manual PLC Siemens S7-200 Se adjunta el manual del dispositivo en el archivo digital.

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Anexo I. Diagrama Ladder del sistema de transporte

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Anexo J. Electroválvula FESTO