AUTOMATIZACIÓN DE UNA PLANTA ESLABONADORA DE ALAMBRE DE LA EMPRESA MALLAS DEL CAUCA LTDA.

ANDRÉS ANÍBAL VELÁSQUEZ RAMOS GERMAN LEANDRO GONZÁLEZ GONZÁLEZ

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2008

AUTOMATIZACIÓN DE UNA PLANTA ESLABONADORA DE ALAMBRE DE LA EMPRESA MALLAS DEL CAUCA LTDA.

ANDRÉS ANÍBAL VELÁSQUEZ RAMOS GERMAN LEANDRO GONZÁLEZ GONZÁLEZ

Pasantía para optar al título de Ingeniero Mecatrónico

Director ANDRÉS FELIPE NAVAS

Ingeniero Mecatrónico

Asesor externo GERMÁN GONZÁLEZ GUZMÁN

Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2008

Nota de aceptación

Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Mecatrónico.

JOSÉ IGNACIO PÉREZ CHAPARRO Jurado

Santiago de Cali, 23 de Enero de 2008.

Dedico a Dios el esfuerzo realizado para cumplir ésta meta, dando gracias por ofrecerme la oportunidad de estar presente en este logro de mi vida y brindarme la satisfacción de nacer en la familia a la que pertenezco; dedico este trabajo con amor a mis padres, por su continua compañía y comprensión en los momentos difíciles y por el apoyo económico brindado para acceder a la formación profesional; a mi hermano por ofrecerme su conocimiento profesional y voz de aliento; a mi novia por su compañía y colaboración con su profesionalismo. De igual forma dedico el esfuerzo impartido para la realización de este trabajo a mi formación y crecimiento integral como persona.

ANDRÉS ANÍBAL VELÁSQUEZ RAMOS La presente tesis de grado, es el resultado de mucho tiempo de trabajo y dedicación durante mi carrera profesional, por eso es mi deseo de todo corazón dedicársela a Dios, a mis padres por haberme dado la vida y especialmente a mi señora madre, por darme sus buenas enseñanzas y guiarme siempre por el buen camino para ser una persona de bien a la sociedad; También agradezco a la universidad Autónoma de Occidente por abrirme sus puertas, a los profesores que a lo largo de toda mi carrera fueron mis guías, a mis amigos y compañeros, porque de una u otra forma nos apoyamos mutuamente, a todos muchas gracias porque con esto logré mi objetivo, superarme y convertirme en un profesional.

GERMAN LEANDRO GONZÁLEZ GONZÁLEZ

AGRADECIMIENTOS

Hoy he culminado uno de mis objetivos profesionales, el cual conforma una etapa importante de mi vida, permitiendo superar los obstáculos presentados a lo largo de mi formación académica. En este proceso, tuve la oportunidad de contar con el apoyo incondicional de personas importantes que me brindaron compañía, por tal motivo deseo dar mis más sinceros agradecimientos, a mis padres, hermanos y amigos, los cuales siempre me animaron a seguir y luchar por mi primer objetivo Profesional. De igual forma, quiero agradecerle a la empresa Mallas del Cauca Ltda. Por permitir aplicar mis conocimientos para la automatización de una máquina eslabonadora de alambre. Agradezco al Ingeniero Andrés Felipe Navas, por su asesoría para el desarrollo de este trabajo y en la culminación de este proyecto final, para optar por el titulo de Ingeniero Mecatrónico.

ANDRÉS ANÍBAL VELÁSQUEZ RAMOS Este documento es el resultado de mi esfuerzo y conocimiento, el cual fue posible gracias a mi voluntad, constancia y a la dedicación de las personas que me brindaron su apoyo. A todos ellos ofrezco un agradecimiento especial porque con sus aportes hicieron de mi educación una formación integral. Agradezco a la universidad, profesores, amigos y compañeros por colabórame para ser un profesional integro. A mi madre por su constante apoyo y compañía, como también, quiero agradecerle a mi padre Germán Gonzáles Guzmán por brindarme la oportunidad de demostrarle en la empresa MALLAS DEL CAUCA Ltda. Mis conocimientos en los diferentes procesos de la empresa.

GERMAN LEANDRO GONZÁLEZ GONZÁLEZ

CONTENIDO

Pág.

GLOSARIO 20

RESUMEN 24

INTRODUCCION 25

1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 27

1.1 ANTECEDENTES 27

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 30

1.3 OBJETIVOS 33

1.3.1 Objetivo general 33

1.3.2 Objetivos específicos 33

1.4 JUSTIFICACIÓN 34

1.4.1 La empresa 34

1.4.2 La universidad 34

1.4.3 Autores del proyecto 34

1.4.4 Los operarios 35

1.5 DISEÑO METODOLÓGICO 35

1.5.1 Trabajo a desarrollar 37

1.6 MARCO TEÓRICO 38

1.6.1 Sistemas de automatización 39

1.6.2 Elementos de una instalación automatizada 41

1.6.3 Sistema mecánico 42

1.6.4 Sistema de actuadores 42

1.6.5 Sistema de seguridad 42

1.7 ASPECTOS GENERALES DE LA EMPRESA 42

1.7.1 Reseña histórica 42

1.7.2 Visión 43

1.7.3 Misión 43

1.7.4 Servicios 44

1.7.5 Objetivos de calidad de la empresa 45

1.7.6 Diagnostico del proyecto para la empresa 45

2. PLANTEAMIENTO DE LA MISIÓN 47

3. IDENTIFICACIÓN DE LAS NECESIDADES 49

3.1 ORGANIZACIÓN DE LAS NECESIDADES EN 51 GRUPOS Y JERARQUIAS

3.2 IMPORTANCIA RELATIVA DE LAS NECESIDADES 52 DEL CLIENTE

3.3 TABLA DE UNIDADES Y METRICAS 53 A PARTIR DE LAS NECESIDADES

3.4 VALORES MARGINALES E IDEALES ESTABLECIDOS 54 PARA EL DISEÑO DEL PRODUCTO

3.5 RELACIÓN DE NECESIDADES DEL CLIENTE CON LAS 55 NECESIDADES ESPECÍFICAS

4. GENERACIÓN DE CONCEPTOS 57

4.1 DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL 57

4.1.1 Caja negra 57

4.1.2 Descomposición por subfunciones y representación 58 de las zonas criticas

4.2 BÚSQUEDA INTERNA, EXTERNA Y CONCEPTOS GENERADOS 59 PARA LAS SUB-FUNCIONES

4.2.1 Búsqueda externa 60

4.2.2 Búsqueda interna 62

4.3 TABLA DE COMBINACION DE CONCEPTOS 67

5. SELECCIÓN DE CONCEPTOS 70

5.1 COMBINACIONES SELECCIONADAS 70

5.2 SELECCIÓN DE CONCEPTO DE REFERENCIA 76

5.3 NECESIDADES IDENTIFICADAS PARA LOS CRITERIOS DE 76 SELECCIÓN

5.4 MATRIZ DE TAMIZAJE DE CONCEPTOS GENERADOS 78

5.5 PONDERACION POR MÉTODO (AHP) 79

5.6 MATRIZ DE EVALUACIÓN DE CONCEPTOS 81

5.7 PRUEBA DE CONCEPTOS 83

5.8 ESPECIFICACIONES FINALES 85

6. ARQUITECTURA DEL PROYECTO 87

6.1 TIPO DE ARQUITECTURA ELEGIDA 87

6.2 ARREGLO DE ELEMENTOS FISICOS Y FUNCIONALES 88

6.3 ESQUEMA DEL SISTEMA Y LA CREACIÓN DE LOS 88 CLUSTERS CON INTERACCIONES FUNDAMENTALES

6.4 DISTRIBUCIÓN GEOMÉTRICA DE LOS COMPONENTES 91

6.5 IDENTIFICACIONES DE LAS INTERACCIONES 93 INCIDENTALES

7. DISEÑO INDUSTRIAL 95

7.1 VALORACIÓN DEL DISEÑO INDUSTRIAL 95

7.2 EVALUACIÓN DE LAS NECESIDADES ERGONÓMICAS 96 Y ESTÉTICAS (TENDENCIAS DEL PROTOTIPO)

7.2.1 Análisis ergonómico 96

7.2.2 Análisis estético 97

7.2.3 Tendencias del prototipo a rediseñar 97

7.2.4 Ubicación del dispositivo 98

7.3 EVALUACIÓN Y VALORACIÓN DE LA CALIDAD 99 DEL DISEÑO INDUSTRIAL

8. DISEÑO DE MANUFACTURA 102

8.1 DISEÑO PARA ENSAMBLE 102

8.1.1 Maximización de la facilidad del ensamble 102

8.2 ESTIMACION DE LOS COSTOS DE MANUFACTURA 103

8.3 COSTOS DE COMPONENTE Y MATERIALES 103

8.4 COSTOS FIJOS 104

8.5 ESTUDIO DE MERCADO 106

8.6 ALTERNATIVAS DE REDUCCIÓN DE COSTO 108

8.6.1 Reducción de los costos de los componentes 108

8.6.2 Reducción del costo del ensamble 109

8.6.3 Reducción del costo de aseguramiento a 110 la producción

8.7 REPERCUCIÓN FINANCIERA PARA LA EMPRESA 110

9. PROTOTIPADO 111

9.1 TÉCNICAS DE MODELADO 111

9.2 PLANEACIÓN DEL PROTOTIPO 112

10. DISEÑO DETALLADO 115

10.1 SISTEMA MECÁNICO 115

10.2 SISTEMA DE CONTROL 134 (DOCUMENTACIÓN ELECTRÓNICA Y DE SOFTWARE)

10.3 SISTEMA NEUMÁTICO 193

11. MANTENIMIENTO Y SEGURIDAD INDUSTRIAL 221

12. MANUAL DE FUNCIONAMIENTO 230

13. MANUAL TECNICO DE REPARACIÓN 232

14. GESTIÓN AMBIENTAL 237

14.1 MEDIO AMBIENTE Y EL PROYECTO 237

15. CONCLUSIONES 238

16. RECOMENDACIONES (Futuras Mejoras) 242

BIBLIOGRAFIA 243

ANEXOS 244

LISTA DE TABLAS

Pág. Tabla 1. Planteamiento de las necesidades 50

Tabla 2. Importancia relativa de las necesidades del cliente 52

Tabla 3. Unidades y métricas a partir de las necesidades 53

Tabla 4. Valores marginales e ideales para el diseño 54

Tabla 5. Relación necesidades vs. métricas 55

Tabla 6. Benchmarking 61

Tabla 7. Combinación de conceptos 69

Tabla 8. Matriz de tamizaje 79

Tabla 9. Matriz de comparación pareada 80

Tabla 10. Tabla de ponderación 80

Tabla 11. Matriz de normalización 82

Tabla 12. Matriz para evaluar conceptos 83

Tabla 13. Prueba de conceptos generados de las sub-funciones criticas 84

Tabla 14. Especificaciones finales del diseño 85

Tabla 15. Costos del sistema neumático 104

Tabla 16. Costos del sistema electrónico y diseño de ingeniería 105

Tabla 17. Costos totales 106

Tabla 18. Comparación antes y después de la automatización 107

Tabla 19. Datos materia prima 107

Tabla 20. Especificaciones de las mallas de la empresa 117

Tabla 21. Especificaciones y características de los sensores microswitch 137

Tabla 22. Especificaciones del sensor de nivel 139

Tabla 23. Distancia medida vs. Distancia real del objeto del sensor Sharp 142

Tabla 24. Valores máximos y absolutos del sensor CNY70 144

Tabla 25. Características eléctricas del Schmitt Trigger 146

Tabla 26. Especificaciones del motor para el desplazamiento del 154 del sensor de proximidad

Tabla 27. Características del ULN2003 160

Tabla 28. Especificaciones de la motobomba 162

Tabla 29. Características del Triac 163

Tabla 30. Características del Optoacoplador 165

Tabla 31. Asignación del puerto del PIC 16F877 169

Tabla 32. Matriz de requerimientos del software 174

Tabla 33. Especificaciones y características del actuador neumático rotativo 197

Tabla 34. Catalogo de datos de los cilindros neumáticos de la marca Airtac 206

Tabla 35. Especificaciones técnicas de la electroválvula 3/2 vías 219

Tabla 36. Características de la electroválvula elegida 220

LISTA DE FIGURAS

Pág. Figura 1. Diagrama del proceso 31

Figura 2. Diagrama de los errores por la manipulación personal 32

Figura 3. Caja negra del diseño 57

Figura 4. Sub-funciones del sistema 59

Figura 5. Árbol de clasificación “convertir energía en movimiento” 63

Figura 6. Árbol de clasificación “sistema de transmisión” 63

Figura 7. Árbol de clasificación “sistema de lubricación” 64

Figura 8. Árbol de clasificación “guía de la malla” 64

Figura 9. Árbol de clasificación “zona sensórica” 65

Figura 10. Árbol de clasificación “procesar y almacenar información” 65

Figura 11. Árbol de clasificación “corte del alambre” 66

Figura 12. Árbol de clasificación “entrega de la malla” 66

Figura 13. Refinamiento de la descomposición funcional 68

Figura 14. Tabla de las combinaciones de las sub-funciones criticas de 71 la eslabonadora de alambre

Figura 15. Combinación A 72

Figura 16. Combinación B 73

Figura 17. Combinación C 74

Figura 18. Combinación D 75

Figura 19. Modelo de referencia WVR 500 Bergandi Machinery 76

Figura 20. Diseño de la combinación a desarrollar 86

Figura 21. Representación de los elementos físicos con los fundamentales 89

Figura 22. Esquema del sistema, agrupación de los clusters e interacciones 90 fundamentales

Figura 23. Distribución geométrica de los componentes layout 91

Figura 24. Interacciones incidentales 93

Figura 25. Diseño virtual 113

Figura 26. Calibre del alambre para las mallas 116

Figura 27. Tipos de material de fabricación de las mallas 116

Figura 28. Muestra del soporte del alambre 119

Figura 29. Muestra de suspensión del alambre 119

Figura 30. Muestra del tensor 120

Figura 31. Muestra del sistema de trenzado del alambre 125

Figura 32. Muestra de ubicación del sistema de desplazamiento del 126 sensor de proximidad

Figura 33. Muestra del rodillo recolector 127

Figura 34. Muestra del soporte de las tiras de alambre 128

Figura 35. Muestra del sistema de corte del alambre 129

Figura 36. Muestra de la función del sistema de lubricación 131

Figura 37. Muestra de las transmisiones de la maquina 132

Figura 38. Muestra del sistema de clutch del motor principal 133

Figura 39. Distribución de los sensores 134

Figura 40. Ubicación de motores eléctricos 147

Figura 41. Circuito de potencia para la motobomba 166

Figura 42. Teclado matricial 4x4 167

Figura 43. Especificaciones del LCD 168

Figura 44. Diagrama de conexión del cristal al PIC 16F877 171

Figura 45. Fuente de alimentación 172

Figura 46. Organización de los pines del PIC en la simulación 183

Figura 47. Simulación de los sensores en Proteus 184

Figura 48. Circuito de potencia para las electroválvulas en la simulación 184

Figura 49. Circuito de potencia para la motobomba en la simulación 185

Figura 50. Circuito en la simulación para los motores paso a paso 185

Figura 51. Control central al inicio del software 186

Figura 52. Control central al segundo paso del software 186

Figura 53. Muestra de la simulación de toma de parámetros 187 de fabricación de la malla Figura 54. Muestra de la simulación del ajuste del sensor de proximidad 188

Figura 55. Muestra de la simulación del embrague del motor principal 189

Figura 56. Muestra de la simulación del proceso de corte 190

Figura 57. Muestra de la simulación del proceso del motor 191 recolector de malla Figura 58. Muestra de la simulación del proceso del motor neumático 192

Figura 59. Muestra de la simulación de la falta de lubricante 193

Figura 60. Ubicación de los actuadores neumáticos 194

Figura 61. Muestra del actuador rotativo 195

Figura 62. Especificaciones de la válvula tipo Namur 197

Figura 63. Muestra del cilindro neumático de corte Airtac 199

Figura 64. Accionamiento del cilindro de simple efecto 200

Figura 65. Tabla de consumo de aire para los cilindros neumáticos 209

Figura 66. Tabla cámara muerta de los cilindros neumáticos Airtac 210

Figura 67. Muestra del compresor Bauker y el diseño de protección 214

Figura 68. Distribución de aire a los sistemas neumáticos 217

Figura 69. Muestra de la conexión del sistema neumático en la máquina 218

Figura 70. Muestra del circuito electrónico para la conexión de las 220 electroválvulas

Figura 71. Propuesta de una estructura matricial de la seguridad industrial 228

Figura 72. Muestra del control central 230

LISTA DE FOTOS

Pág. Foto 1. Tipos de mallas que elaboran las empresas 27

Foto 2. Muestra del proceso realizado por el operario 31

Foto 3. Muestra de la malla instalada 44

Foto 4. Primera polea de direccionamiento 121

Foto 5. Segunda polea de direccionamiento 121

Foto 6. Muestra del sensor microswitch 135

Foto 7. Conexión del sensor microswitch 136

Foto 8. Circuito práctico de la conexión del microswitch 136

Foto 9. Sensor Sharp GP2D12 140

Foto 10. Bloque de diagrama del sensor Sharp 141

Foto 11. Interpretación de la emisión de señal del sensor Sharp 141

Foto 12. Sensor CNY70 143

Foto 13. Funcionamiento del sensor CNY70 143

Foto 14. Circuito practico del sensor CNY70 144

Foto 15. Schmitt Trigger CD40106BCN 146

Foto 16. Motor Clutch 148

Foto 17. Muestra de la conexión del motor y la correa de transmisión 153

Foto 18. Muestra de los motores PAP 157

Foto 19. Muestra de la conexión de los motores PAP unipolares 158

Foto 20. Esquema del uso ULN2003 para un motor unipolar 159

Foto 21. Diagrama del integrado ULN2003 y el esquemático del 160 driver de potencia

Foto 22. Triac BTB08600B 163

Foto 23. Optoacoplador MOC3012 164

Foto 24. Modulo LCD 167

Foto 25. Diagrama del PIC 16F877 169

Foto 26. Cables de conexión de la fuente 172

Foto 27. Conexión de la fuente 173

Foto 28. Clases de motores neumáticos rotativos 195

Foto 29. Partes de un cilindro de simple efecto 198

Foto 30. Manguera de aire para compresor 215

Foto 31. Electroválvula 3/2 vías 219

Foto 32. Revisión de voltaje 232

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Formato de la encuesta de la eslabonadora de alambre para 244 la prueba de conceptos

Anexo B. Encuesta estudio de mercadeo empresarial 245

Anexo C. Sensor de nivel 246

Anexo D. Sensor SHARP (hoja de especificaciones) 248

Anexo E. Sensor CNY70 250

Anexo F. Especificaciones del motor principal clutch 252

Anexo G. Especificaciones de la moto-bomba 254

Anexo H. Especificaciones del PIC 16F877 256

Anexo I. Dimensiones del actuador neumático rotativo 259

Anexo J. Especificaciones del los cilindros neumáticos 260

Anexo K. Electroválvula 3/2 vías Airtac 264

Anexo L. Correas de transmisión de movimiento del sistema 267

Anexo M. Perfiles de la estructura 268

Anexo N. Rodamientos SKF (Catalogo Interactivo de Ingeniería) 270

Anexo Ñ. Vistas del diseño virtual de la máquina 271

Anexo O. Vistas del diseño virtual del panel de control 272

GLOSARIO ABERTURA DEL ROMBO: amplitud, ensanchamiento, hendidura o espacio libre entre el alambre, el cual brinda una de las especificaciones de la malla a fabricar en cuanto al diamante. Su magnitud esta dada en pulgadas. AUTOMATIZACIÓN: aplicación de máquinas o de procedimientos automáticos en la realización de un proceso o en una industria. BOMBA HIDRÁULICA: son los elementos que se encargan de impulsar el caudal hidráulico transformando la energía mecánica en hidráulica. BORNE: designación a cada uno de los botones de metal a los cuales se unen los hilos conductores en un aparato eléctrico. CALIBRE: medida del alambre del diámetro interior; tamaño, importancia, clase. CICLÓNICA O CICLÓN: forma de trenzar la malla, donde la primera tira eslabonada conforma medio rombo y la siguiente tira completa la forma del rombo. CIZALLA: instrumento especie guillotina, para cortar en frío cualquier metal. CLUSTERS: agrupación de los elementos relevantes del sistema. COMPRESOR: bomba de aire comprimido accionada normalmente por un motor eléctrico. Este aire se almacena en un depósito denominado receptor. Desde éste, el aire es conducido a través de válvulas a los cilindros, que son los componentes encargados de realizar el trabajo. Cuando el aire comprimido fluye en el interior de un cilindro, aumenta la presión y obliga a desplazarse a un émbolo situado en su interior, y proporcionando un movimiento lineal y realizando un trabajo. DOMO: forma cristalina en representación de cúpula para brindar protección al sistema de trenzado del alambre de la máquina. EMBRAGUE: acción de embragar; cambio de estado del motor haciendo que las poleas que transmiten el movimiento a la porta-platina se muevan o permanezcan pausadas.

ELECTRO VÁLVULA: válvula con accionamiento eléctrico. ESLABONAR: referido a la acción de enlazar o encadenar a una serie de sucesos, en el caso particular, enlazar alambre. Unir unos eslabones con otros formando una cadena. FERRO RESONANTE: es el principio tras los populares modelos de accionadotes de potencia, es la propiedad del diseño. GAVIONES: malla de alambre hexagonal de triple torsión, que sirve para construir muros, en forma de cesta grande, rellena de tierra o piedra. GUAYA: cable que se utiliza para levantar, agarrar o acercas algo, es utilizada para sujetar la malla del rodillo recolector. HELICOIDAL: forma que tiene el cilindro que fabrica las mallas, en forma de espiral, sirve como molde del diamante escogido para la fabricación de las mallas. INFRARROJO: radiación del espectro luminoso. Que tiene mayor longitud de onda y se extiende desde el extremo del rojo visible hacia frecuencias menores; se caracteriza por sus efectos térmicos, pero no luminosos ni químicos. INTERCONECTIVIDAD: en informática, conexión de actividades entre varias redes. INTERFAZ: lo que sirve de enlace para permitir la comunicación entre dos sistemas distintos o entre las personas y las máquinas. LAYOUT: término en ingles, que se utiliza para referirse a la ordenación y colocación de todos los elementos que se encuentran en la maquina eslabonadora de alambre. MANUFACTURA: proceso de fabricación de un producto que se realiza con las manos o con ayuda de máquinas, a partir de una materia prima. MARKETING: conjunto de técnicas dirigidas a favorecer la comercialización de un producto o de un servicio, la cual se puede realizar por medio de la combinación de los diferentes medios e instrumentos comerciales de que dispone una empresa para alcanzar los objetivos fijados. METAL-MECÁNICA: área de ingeniería mecánica relacionado con la industria metálica; adjetivo que se designa en forma genérica a todas las industrias que producen piezas o equipos metálicos.

MICROCONTROLADOR: circuito que está formado por numerosos transistores integrados, y que tiene diversas aplicaciones. MORDAZA: aparato formado por dos piezas, entre las que se coloca el cilindro helicoidal para su sujeción. NEUMÁTICA: es la rama de la técnica que se dedica al estudio y aplicaciones prácticas del aire comprimido. OUTSOURCING: herramienta de gestión que busca estandarizar todos aquellos servicios o productos en que la organización no es especialista, o que no le es eficiente generar internamente. PISTÓN: son los componentes encargados de realizar el trabajo. Cuando el aire comprimido fluye en el interior de un cilindro, aumenta la presión y obliga a desplazarse a un émbolo situado en su interior, y proporcionando un movimiento lineal y realizando un trabajo. Son actuadores de movimiento lineal que transforman la energía del aire comprimido en movimiento lineal, que puede ser de avance o de retroceso. PLATINA: superficie plana de máquina que gira, sobre la cual se da la forma al alambre. PLC: (controlador lógico programable) es la herramienta dominante en el control electrónico y eventos secuenciales que incluyen un dispositivo de entrada y dispositivo de salida en la planta. POZO A TIERRA: es una obra que se hace en la instalación de la maquina, con el fin de dirigir la energía perdida a la tierra, eliminando el riesgo de electrizamientos y descargas, en caso de fallas. PÚA: cuerpo pequeño, delgado, firme y acabado en una punta afilada. Prolongación aguda y afilada. RELÉ: en electrónica, aparato o dispositivo destinados a producir una modificación dada en un circuito, cuando se cumplen determinadas condiciones en dicho circuito o en otro conectado con él. SENSOR: dispositivo que capta determinados fenómenos por medio del tacto o alteraciones y los transmite de forma adecuada y gobierna la acción de un circuito. Aparato que sirve para determinar los valores de una dimensión física, tal como temperatura, sonido o intensidad de luz.

SENSOR INFRARROJO: son para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la detección de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas. SENSOR LÁSER: son ideales para detectar objetivos a distancias largas. SWITCH: conmutador eléctrico. En un elemento informático, pieza con dos o más posiciones, que se encuentra en el mecanismo interno. TAMIZAJE: seleccionar o elegir una cosa de entre varias. TIRA TRENZADA: tira de alambre que ha pasado por el cilindro helicoidal y ha adoptado su forma (medio rombo). TIRISTORES: componente eléctrico semiconductor que utiliza realimentación interna para producir una comunicación. TUBINO: diseño de estructura para sostener el alambre, consta de una base y un eje en el centro. UÑAS MECÁNICAS: estructura diseñada para el soporte y agarre de las tiras de alambre trenzadas, son en forma de ángulo de 90 grados y están fijadas en la estructura, poseen un movimiento en el mismo ángulo, impulsadas por un motor neumático. VÁLVULA: elemento de mando para ejercer influencia sobre medios en circulación (aire), usándose para gobernar los actuadotes, comandar otras válvulas o emitir señales.

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RESUMEN La empresa Mallas del Cauca Ltda., tiene una máquina eslabonadora de alambre que contiene un módulo de maquinado, el cual es un cilindro helicoidal que debe ser controlado por medio de un pedal accionado por el operario, dándole un control de velocidad manual impreciso y demorado; además de eso las manos del operario están en peligro al recibir el alambre ya maquinado, sirviendo como guía para el posterior eslabonamiento con las demás tiras de alambre. Este proyecto comprende realizar un diseño para la empresa Mallas del Cauca Ltda., automatizando la planta eslabonadora de alambres, promoviendo eslabonar a una velocidad moderada, sin dañar el alambre y dejarlo estéticamente enmallado, dando seguridad, rendimiento y calidad. Para llevar a cabo el desarrollo del proyecto, se obtienen las necesidades de la empresa. De igual manera se realiza un análisis riguroso del trabajo realizado por la empresa en cuanto a la elaboración de las mallas por medio de los operadores de la máquina, captando expectativas respecto al sistema y necesidades, relacionándolas con las especificaciones técnicas del sistema. Se realiza una generación de conceptos, con objetivo de descomponer el problema en subfunciones simples, para determinar la rama de flujo más crítica y enfocarse en ella, generando ideas que acerquen soluciones factibles, realizando investigaciones, consulta a expertos, etc. (Búsqueda Externa), así como la generación de conceptos nuevos (Búsqueda Interna) y generar un árbol de clasificación de conceptos, en el cual se puedan escoger los conceptos viables, derivados de factores económicos, tecnológicos y cognitivos. De la combinación de los conceptos es posible realizar una clasificación, fundamentándose en las necesidades de la empresa y observar cuál de los conceptos generados se ajusta a la solución. Una vez escogido el concepto a desarrollar, se identifica la aprobación que dicho concepto. Por último; para el diseño de la máquina eslabonadora de alambre, se presenta un diseño detallado, en el cual se dejan las tareas que se han de desarrollar para el proyecto, cumpliendo con todos los requisitos y pasos para satisfacer las necesidades planteadas.

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INTRODUCCIÓN Cada día nos vemos involucrados en los efectos causados por la globalización y los conocimientos científicos han tomado mayor fuerza en el impacto a la sociedad, los cuales a su vez se están aplicando con mayor frecuencia a la tecnología, empujando a la modernización y la automatización, no solo en las grandes industrias, sino también en medianas y pequeñas empresas; de la misma manera que en nuestros propios hogares, naciendo de esto la necesidad de implementar procesos no solo de control, sino también de tener en cuenta la organización, productividad, ahorro de tiempo y dinero, entre otros factores, que hace que nuestras vidas sean más sencillas. La educación es la semilla de la existencia personal y constituye la principal estrategia contra la falta de competitividad en el mundo profesional. Sin embargo, para la búsqueda de la excelencia, los profesionales como ingenieros y científicos, olvidan concentrar sus fuerzas en la práctica como punto de apoyo para toda la teoría que se recopila durante el proceso educativo, haciendo obsoleto así al profesional. Por tanto, para alcanzar una formación educativa integral acorde con las exigencias del medio industrial, cambiante y globalizado, el futuro ingeniero necesita confrontar los conocimientos teóricos adquiridos en el transcurso de su formación profesional, a través de la práctica. El desarrollo del presente proyecto, permite afianzar los conocimientos en las diferentes etapas del Diseño y construcción de equipos Mecatrónicos. Para realizar un diseño exitoso del eslabonamiento de alambre, es importante la utilización de un proceso de desarrollo estructurado y concurrente para el diseño de productos Mecatrónicos. Con el desarrollo de éste tipo de conceptos, se da una iniciación al diseño, para entender las diferentes etapas y fases necesarias para llegar finalmente al desarrollo de un producto óptimo y de calidad, el cual pueda servir como plataforma de desarrollo, que sea de buena utilidad para los usuarios y que ocupe un lugar importante en el mercado actual y en el ámbito académico. En la etapa de Generación y Selección de Conceptos, se plantean conceptos necesarios para la comprensión y solución de problemas, permitiendo generar ideas acerca del proyecto y del funcionamiento de cada subsistema que lo conforman. Es importante esta etapa del desarrollo, ya que es decisiva dentro del proceso de diseño y permite al diseñador tener una visión de lo que se va a obtener como producto final. Por consiguiente, una buena selección de conceptos

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es importante ya que de una buena elección depende el resultado final, obteniendo un producto competitivo de excelente calidad, que ocupe un lugar importante en el mercado, capaz de satisfacer las necesidades de los clientes y las exigencias del contexto. La etapa del Diseño Detallado, es donde se deja clarificado el problema y la solución, es decir, se clarifican las tareas a desarrollar cumpliendo con todos los requisitos que se necesitan para que se logren todos los objetivos trazados. Los procesos de automatización están siendo implementados en alta medida en la industria nacional. Estos procesos de automatización están permitiendo que las empresas sean cada vez más competitivas y mantengan criterios de mejoramiento continuo de la calidad de sus procesos o productos. En los campos de la automatización y el desarrollo de tecnología para la solución de problemas industriales, no es necesario utilizar tecnología de punta, sino aprovechar los recursos que se tienen al alcance, desarrollando e implementando creatividad y abaratando costos, para obtener resultados importantes, que a corto plazo se puedan convertir en pruebas confiables para que ingenieros en el área de la Mecatrónica, tengan mayor influencia en la sociedad en cuanto a la demanda de diseño y automatización de procesos manuales y mecánicos. Se plantea para la empresa “MALLAS DEL CAUCA LTDA.” un proyecto de automatización de una planta eslabonadora de alambre, con el cual se tiene como propósito formular y diseñar un sistema Mecatrónico que permita mejorar el proceso de manufactura de la planta que se tiene actualmente; donde ésta es controlada por un proceso netamente mecánico, provocando posibles problemas o accidentes de bajo riesgo a quienes la controlan. Un control mecánico implica un proceso sujeto a la precisión y mano del operario, el cual está expuesto a errores en su producción, donde implica la perdida de tiempo, dinero, clientes, producción y finalmente, calidad del producto, ocasionando mala imagen de la empresa. Necesitando entonces este proceso una eficaz y eficiente respuesta a la hora de poder eslabonar y tener las mallas en perfecto estado y sin dificultad alguna. Presentándose esto, como un punto de partida para el diseño de una máquina que satisfaga las necesidades presentadas.

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1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO En este capítulo se describen los parámetros para poder llevar a cabo el proyecto en la empresa Mallas del Cauca Ltda. 1.1. ANTECEDENTES Actualmente a nivel nacional e internacional, existen varias empresas dedicadas a la elaboración de mallas de alambre de acero, para los servicios cívicos entre otros, en la zona Vallecaucana de Colombia, existen empresas como: Mallas Agroindustriales de Yumbo LTDA; Mallas del Pacífico; Mallas, Metales y Arquitectura LTDA; Suplidora Industrial LTDA; el cual es el distribuidor de los productos de Colmallas S.A.; Unimalllas Cali y Cia LTDA; ICOMALLAS S.A., compañía especializada en la fabricación, comercialización y exportación de mallas metálicas, láminas perforadas, productos elaborados con alambre recubierto en PVC como malla hexagonal, compañía que hace parte de las más grandes del Valle, la cual posee sucursales en Bogota y Medellín (Foto. 1). Foto 1. Tipos de mallas que elaboran las empresas. MALLAS DEL CAUCA LTDA, es una empresa ubicada en el sector de Miranda del departamento de Cauca, en Colombia; la cual se encuentra en el avance de competir en el mercado fabricando mallas de alambre; empresa que ha dado un servicio a la comunidad y busca activamente una estrategia para ofrecer a nivel masivo, un conjunto de características que le permitan proveer mallas de alambre.

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Esta empresa cuenta con una planta que es controlada solamente de manera mecánica (manual). Este proceso tal como se encuentra en la actualidad, proporciona situaciones contraproducentes, desmejoras en la calidad de la malla y pone en peligro al personal que la manipula. Es usual, que cuando se piense en estar a la vanguardia en cuanto a la innovación tecnológica, automáticamente se asocie a grandes inversiones en equipos y en procesos sofisticados; a medida en que se requiere satisfacer las necesidades de los clientes y para defender su participación en un mercado. El ritmo en que actualmente crece la tecnología, es cada vez mayor y es obligación del sector empresarial ir de la mano con ese crecimiento para que no se vea afectada la permanecía de sus procesos en el mercado; con la realización de este proyecto, se pretende diseñar un sistema que solucione una necesidad a nivel empresarial e industrial, esa necesidad es la automatización de los procesos y específicamente hallar la mejor solución para que se beneficien todos los directamente relacionados con la empresa. Internacionalmente las empresas proveedoras de mallas de alambre, tienen diferentes máquinas y procesos, según el tipo de malla a elaborar, con el fin de ofrecer su servicio a mejor calidad y eficiencia. Obtienen tecnología de punta en aparatos o sistemas, ganando en el mercado en los procesos de gestión cívica. Algunas de las muchas empresas e industrias internacionales que se dedican a la elaboración de mallas de alambre son: � Grupo industrial Tauro S.A.; está dedicada a la fabricación e instalación de cercas de malla de alambre y todos sus componentes, así como a la venta de accesorios y puertas, cercas de púas y postes de concreto. � Custometal S.A., fabrica y comercializa cercas ornamentales, herrería en serie para constructores de vivienda, productos metal-mecánicos a la orden y servicio de galvanizado por inmersión en caliente. � Spr emparrillados S.A., fábrica de mallas electro-soldadas, mallas de alambre, mallas de acero, mallas para contenedores, mallas de acero entre otras, situada en Barcelona-España. � Metalúrgica Ricart, industria Argentina de Belgrano, elabora cintas transportadoras, mallas de alambre y mallas balanceadas.

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� Anyida (shanghai) hardware mesh co, Ltda. Se dedica a la producción y exportación de alambre, mallas de alambre y productos de mallas. La compañía aplica el sistema de control de calidad iso9001 y ha ganado la certificación internacional. Los productos principales son los alambres de acero inoxidable, galvanizados y plastificados, y mallas de acero inoxidable, a la soldadura, de triple torsión, de acero inoxidable de decoración y tela metálica para ventanas. � Deacero, es el productor más grande de alambre de México y uno de los más grandes del mundo. Es una compañía con más de 50 años de experiencia utilizando tecnología de punta y métodos modernos de proceso. Por 25 años, Deacero ha estado exportando sus productos a Norteamérica, Centro y a Sudamérica, el Caribe, así como a varios países en Europa. � Cercas Malla Corsa; se fabrican mallas en diferentes aberturas, alturas y calibres bajo los más estrictos estándares de calidad. Utilizan máquinas automáticas de alta tecnología italiana; fabrica rollos de cercas con y sin compactación con púa y nudo. Estas dos últimas industrias nombradas, sirven de guía, en cuanto a las características de las máquinas que emplean para la elaboración de las mallas. En cuanto a soluciones que se hayan implementado a nivel nacional para resolver el punto de automatización mencionado, no es posible saber con certeza, debido al manejo que se le da a la información por parte de las empresas fabricantes de las máquinas. Por el contrario, a nivel mundial las marcas fabricantes de equipos o sistemas que se utilizan en el proceso, se pueden encontrar en el mercado máquinas de manejo semiautomático y automáticas para la solución de este problema. Se presenta algunas de las empresas que elaboran máquinas para la manufactura de las mallas de alambre: � Maneklal and Sons. Empresa de la India, fabricadora de máquinas para el eslabonamiento de mallas de alambre. � Anping Wire Mesh Co. Empresa que produce máquinas eslabonadoras de mallas de alambre en China. � Bergandi Machinery, tiene una máquina automática para el proceso y armado de mallas en América. Es líder mundial en el diseño y fabricación de la industria del alambre y metales procesados.

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� CM4 ingenieros, cuenta con un equipo de ingenieros que han mantenido un ritmo de crecimiento constante dentro del mercado mundial, dando soluciones a problemas de la industria, elaborando máquinas de producción de mallas. Concluyendo así, que en otros lugares del mundo cuentan con tecnología y sacan sus problemas adelante, con buena automatización de procesos. La fabricación de mallas, cuenta con una amplia gama de grandes, medianas y pequeñas industrias que se encargan de su elaboración; en cuanto a las compañías o industrias que se encargan de la elaboración o ensamble de máquinas que elaboren alambre, la gama es más reducida; de lo cual se genera que para llevar a cabo el diseño de una nueva máquina eslabonadora de alambre para la empresa “Mallas del Cauca”, se tienen como base, algunas de las máquinas empleadas por otras empresas, con el fin de rediseñarlas y mejorar el proceso de automatización. 1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El proceso de elaboración de la malla se concentra en el módulo principal del maquinado del alambre, en donde es el cilindro helicoidal (caracol) el que debe ser controlado conjuntamente al proceso total de la máquina, presentándose de este modo, el principal problema de la actual máquina, el cual es movido por medio de un pedal que debe ser accionado por un operario, dándole un control manual; otro punto para resaltar tiene que ver con la seguridad y comodidad del operario, pues encontramos que las manos de el operario reciben el alambre ya maquinado, sirviendo como guías para el posterior eslabonamiento de las demás tiras de alambre, teniendo en cuenta que la postura que adopta no es la más adecuada y segura, ya que tiene como punto de apoyo un pie sobre el suelo, situación que puede generar accidentes. Quedando demostrada la inseguridad que presenta tanto el proceso, como la máquina. La máquina es controlada por un proceso netamente mecánico, el cual puede ocasionar posibles problemas a los operarios, puesto que tienen como función servir de controladores y supervisores del proceso, quedando como los finales responsables del producto terminado; pero al mismo tiempo, mantienen expuestos a los peligros que se pueden ocasionar debido a la falta de seguridad que presenta la máquina (Foto. 2).

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Foto 2. Muestra del proceso realizado por el operario.

En la anterior fotografía se muestra detalladamente cada una de las partes relevantes de la máquina y la función desempeñada por el operario. Ahora, se analiza detalladamente el proceso realizado, mediante el diagrama del proceso. Figura 1. Diagrama del Proceso.

Platinas y cilindros helicoidales para

el tipo de diamante.

Pedal.

Motor principal.

Mordaza (Soporte y agarre del

cilindro helicoidal).

Soporte de materia prima (alambre).

Moto-bomba.

Tensor.

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PERDIDA DE TIEMPO

BAJO NIVEL DE

RENDIMIENTO

MANIPULACION

ERRORES EN EL PROCESO

AGOTAMIENTO DEL OPERARIO

NO SATISFACION INTEGRAL DE LOS CLIENTES NO

MEJORAMIENTO CONTINUO

En la figura 1, se explica detalladamente que el proceso depende en todo momento del operario, tanto en el control del movimiento de la platina que realiza el eslabón, como en la manipulación de cada tira en su proceso final. La manipulación del proceso por parte de los operarios, conlleva constantemente a errores del proceso o procedimientos que finalmente terminan por detener durante ciertos instantes la línea de producción, lo cual representa disminución en el rendimiento de la producción, presentándose retrasos en la entrega a tiempo el producto terminado (Figura. 2). El problema a solucionar para éste sistema, se halla en mejorar la eficiencia del sistema, de esta manera concentra aspectos importantes relacionados con la seguridad para tener en cuenta, tanto para la máquina, como para el operario. Figura. 2. Diagrama de los errores por la manipulación personal.

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1.3. OBJETIVOS 1.3.1. Objetivo general. Proponer y Diseñar un sistema que permita automatizar el proceso de manufactura de la planta de eslabonar alambre, brindando seguridad al operario. 1.3.2. Objetivos específicos � Hacer del sistema un dispositivo seguro y preciso que no represente riesgos en el proceso. � Diseñar un sistema eficiente, que cumpla con los requerimientos, utilizando el menor presupuesto. � Proponer un sistema de control automático, rediseñando la estructura de la máquina y sus mecanismos. � Utilizar materiales y dispositivos estándares, de fácil adquisición en el mercado local que permitan un fácil mantenimiento y reparación. � Aprovechar el prototipado virtual como herramienta para encontrar posibles errores en el diseño definitivo del sistema. � Diseñar una tarjeta inteligente con su respectiva electrónica adicional como la sensórica, LCD, mando de control. � Obtener un mejoramiento continuo en la calidad de la fabricación de mallas de alambre.

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1.4. JUSTIFICACIÓN Existen varios puntos o beneficios para desarrollar el presente proyecto, como primera medida, buscar satisfacer las necesidades de la empresa para agilizar el proceso de eslabonar mallas de alambre, de igual manera, llevar a la solución a un problema de eficacia, ahorro de tiempo, reducción de costos de operación y beneficiar directamente a los clientes en la entregarles servicios competitivos que cumplan con las especificaciones requeridas, ofreciendo alta funcionalidad, seguridad y confiabilidad de una forma ágil y oportuna, garantizando la calidad del servicio. El desarrollo de un proyecto, a nivel industrial o empresarial sobre automatización de procesos, es de gran importancia para incentivar a obtener tecnología a nivel nacional y se brinda oportunidad a estudiantes que aunque no poseen un grado de experiencia alto, tiene el conocimiento, disposición y disciplina necesarios para desarrollar proyectos a nivel industrial o empresarial. 1.4.1. La Empresa. MALLAS DEL CAUCA LTDA., es una empresa especializada en la fabricación de mallas de alambre de acero, utilizadas para hacer cercos de protección en lugares específicos, fincas, lotes, unidades residenciales, colegios, fábricas, construcciones civiles, centrales hidroeléctricas, aeropuertos, etc. La empresa se relaciona directamente con el proyecto, gracias al beneficio que se obtiene, ya que aumenta la eficiencia, se consigue un mejoramiento continuo del proceso buscando la satisfacción integral tanto de los clientes, como de los integrantes de la empresa; además se mejora el proceso de manufactura de mallas de alambre, aumenta la competencia en el mercado y logra un mayor posicionamiento en el mismo, abriendo camino en las ofertas y demandas del producto. 1.4.2. La Universidad. Por medio de la realización de proyectos como éste, se conecta una relación entre las empresas prestadoras de servios civiles en el área de automatización de procesos empresariales, promoviendo así una cobertura para nuevos proyectos y optar un reconocimiento del mercado estudiantil a nivel académico y formación profesional competente. 1.4.3. Autores del proyecto. El beneficio para los autores del proyecto, es la alimentación de experiencias nuevas y la oportunidad de aplicar los conocimientos aprendidos a lo largo de la formación profesional, entre otros; además de ser éste, un medio para optar al título de Ingeniero Mecatrónico y promover nuevos planteamientos y soluciones para problemas de empresas o industrias, ampliando

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nuevas tecnologías en el mercado colombiano o mundial. Por otra parte, brinda la oportunidad de tener un crecimiento personal, profesional e incursión en el medio globalizado y competente. 1.4.4. Los Operarios. Aunque la primera impresión cuando se habla de automatización, es la sustitución de la mano de obra, esto no siempre es un hecho, ya que es un aspecto que es verdadero solo hasta cierto punto, pues la automatización brinda mejoras en los procesos, lo que conlleva a tener una eficiencia en el servicio a los clientes y a obtener una buena posición en el mercado. Para este proyecto, es importante mencionar que uno de los propósitos es eliminar las irregularidades en los atrasos para el despacho de las mallas y solucionar algunos trámites de complejidad a la hora de eslabonar el alambre de acero, para una mejor calidad de las mallas. También se posibilita la solución al trabajo manual de los operarios de MALLAS DEL CAUCA LTDA., encargados de llevar a cabo dicho proceso. Será entonces, un beneficio para los trabajadores de la empresa, en cuanto se mejorara el tiempo de trabajo su integridad física y la mano de obra en el proceso por un sistema automático. El principal punto a tener en cuenta, es la reconstrucción del modelo de máquina con el que cuenta actualmente la presente empresa, con el propósito de mejorar el proceso de elaboración de la malla, haciéndolo de manera más segura, eficiente y automatizada. 1.5. DISEÑO METODOLÓGICO Como metodología, se sigue un proceso de diseño estructurado, el cual permite realizar un diseño adaptativo; en la etapa inicial, se observa y se realiza un estudio detallado de la máquina actual y el proceso que desempeña, posteriormente se identifican las necesidades o requerimientos del sistema, luego se realiza una etapa de generación de conceptos, los cuales son reforzados con investigaciones a través de libros, videos e Internet, con el fin de conocer máquinas modernas automatizadas que realicen tareas similares, sirviendo de apoyo como base para el nuevo diseño; posteriormente se realiza la etapa de la selección del concepto más adecuado y relacionado a solventar las necesidades presentadas, se realiza la construcción de un modelo preliminar, en el cual es llevado a un proceso de pruebas y refinamiento, con el fin de estudiar detalladamente el modelo del concepto escogido, para obtener un diseño definitivo del sistema; adicionalmente se realiza la documentación respectiva del diseño, que comprende planos técnicos del funcionamiento, modelados, especificaciones del sistema y todo lo relacionado con el diseño detallado.

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El presente proyecto se lleva a cabo por medio de tres etapas, las cuales se denominan como: preinversión, inversión y operación; donde en la preinversión se tiene un proceso de identificación de la necesidad o idea, selección, formulación y evaluación; donde es un proceso netamente teórico; luego se procede a la etapa de la inversión, donde se hace una planeación, operación, control y revisión, ésta etapa es realizada para plasmar la idea del proyecto, es decir, poner en ejecución el proyecto por medio de análisis, diseños y combinaciones; por ultimo, en la etapa operación, es donde se administra la operación del proyecto con una planeación, operación, control y revisión. (Estas dos últimas etapas no se llevan a cabo en el proceso de opción de grado). Todo va encabezado a un proceso de diseño y lo cual consiste en una serie de actividades y empleo de técnicas creativas dentro de un marco proyectual lógico, que empieza con la idea de una oportunidad de mercado y concluye con la producción y venta de un producto. Estas son algunas de las fases o etapas a seguir en el proceso de diseño para obtener un buen éxito. • Toma de datos (planificación, plataforma de decisiones). • Evaluación y selección (desarrollo conceptual, decisión conceptual). • Desarrollo e ingeniería del proceso (estructura del diseño). • Prueba y evaluación (laboratorio, simulación del proceso). TOMA DE DATOS EVALUACIÓN Y SELECCIÓN

• Definición de objetivos de diseño. • Análisis de los requerimientos o necesidades del

sistema (cliente). • Planificación del diseño. • Análisis de productos competitivos (benchmarketing). • plantear las especificaciones iniciales del dispositivo,

identificando su métrica y unidades correspondientes.

• Desarrollo conceptual. • Generación y selección de conceptos con

especificaciones finales. • Comprobación, evaluación de conceptos. • Diseño de los conceptos generados.

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DESARROLLO E INGENIERIA DEL PROCESO PRUEBA Y EVALUACIÓN En estas cuatro etapas, observamos que cada una de ellas tienen una serie de fases importantes para realizar un proyecto exitoso, se llevan a cabo por medio de una programación en un cronograma, pero, en nuestro caso especifico, solo se esta realizando la parte teórica. 1.5.1. Trabajo a desarrollar. El proyecto se basa en un diseño concurrente, en el que se integran aspectos mecánicos, electrónicos y sistemáticos, ligados a un cronograma y un presupuesto previamente establecido. La máquina comprende de un sistema bastante obsoleto, en donde se requiere de continuas intervenciones de un operario para dar movimiento y especificar las funciones que debe realizar la máquina para elaborar la malla; de igual forma la máquina actualmente no posee seguridad alguna y por lo tanto, pueden presentarse problemas para el operario, como para la empresa, objeto por el cual, se elabora el diseño de un prototipo de máquina con la automatización del proceso.

• Una arquitectura del producto y distribución geométrica del sistema (layout).

• Diseño industrial. • Diseño de manufactura DFM. • Diseño detallado (mecánicos, eléctricos y de

software). • Realización, revisión, verificación y

validación del diseño.

• Evaluación funcional (simulación Virtual del proceso).

• Pruebas mecánicas, electrónicas, software y control.

• Refinamiento del proyecto a una mejor opción para el funcionamiento.

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De igual manera, son tenidas en cuenta las necesidades, expectativas, sugerencias y recomendaciones del cliente, para realizar un respectivo proceso de diseño, el cual conduce a la planeación del producto, quedando como meta particular de los ejecutores del proyecto, mejorar la máquina actual existente en la empresa. Mediante un proceso de selección de conceptos, es concebido un nuevo diseño de una máquina eslabonadora de alambre de acero, donde el alambre debe entrar a la máquina y ella, por medio de la programación, debe realizar todo el proceso automáticamente sin tener desperdicios y contratiempos, pero al mismo tiempo, demostrando la calidad del tejido y la fácil elaboración de mallas. Todo el sistema se encuentra intervenido mediante un microcontrolador, el cual se encarga de interpretar las señales provenientes de los sensores distribuidos en sitios estratégicos alrededor de la máquina. El sistema diseñado deberá estar en capacidad de adaptarse a cualquier tamaño de alambre que conciba el cliente en la empresa, de igual manera deberá generar alarmas y suspenderse ante posibles daños o contratiempos presentados durante el proceso, así como mantener un equilibrio en el nivel de mallas de alambre presente en proceso; en definitivo optimizar el funcionamiento en general, en cuanto a tiempo y calidad. Se recurre a la utilización de un diseño virtual, el software de diseño SolidEdge y un programa de animación virtual, el cual permite conocer de ante mano algunas características importantes a tener en cuenta para el diseño real, además facilita la tarea de rediseño que se debe realizar a través del transcurso del proyecto para lograr que el dispositivo logre la adaptabilidad y la funcionalidad exigida 1.6. MARCO TEÓRICO Este proyecto se encuentra en medio de un planteamiento tecnológico de interés mundial, la automatización de procesos, aspecto importante a la hora de prestar un servicio eficiente, eficaz, puntual, confiable y además competitivo en el mercado. Este tipo de proyectos pueden realizarse usando la base tecnológica existente para su desarrollo.

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Los dispositivos electrónicos como los circuitos integrados tienen una aplicabilidad en todos los campos de ingeniería, siendo éstos elementos físicos (hardware) y programación (software), elementos integradores que deben ser tenidos en cuenta como base importante para el desarrollo del proyecto. 1.6.1. Sistemas de automatización. En un proceso productivo no siempre se justifica la implementación de sistemas de automatización, pero existen ciertas señales indicadoras que justifican y hacen necesario la implementación de estos sistemas, los indicadores principales son los siguientes: � Requerimientos de un aumento en la producción

� Requerimientos de una mejora en la calidad de los productos

� Necesidad de bajar los costos de producción

� Escasez de energía

� Encarecimiento de la materia prima

� Necesidad de protección ambiental

� Necesidad de brindar seguridad al personal

� Desarrollo de nuevas tecnologías

La automatización solo es viable, si al evaluar los beneficios económicos y sociales de las mejoras que se podrían obtener al automatizar, éstas son mayores a los costos de operación y mantenimiento del sistema. La automatización de un proceso frente al control manual del mismo proceso, brinda ciertas ventajas y beneficios de orden económico, social, y tecnológico, pudiéndose resaltar las siguientes: � Se asegura una mejora en la calidad del trabajo por parte del operador y en el desarrollo del proceso, ésta dependerá de la eficiencia del sistema implementado. � Se obtiene una reducción de costos, puesto que se racionaliza el trabajo, se reduce el tiempo y dinero dedicado al mantenimiento. � Existe una reducción en los tiempos de procesamiento de información.

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� Flexibilidad para adaptarse a nuevos productos (fabricación flexible y multi-fabricación). � Se obtiene un conocimiento más detallado del proceso, mediante la recopilación de información y datos estadísticos del proceso. � Se obtiene un mejor conocimiento del funcionamiento y performance de los equipos y máquinas que intervienen en el proceso. � Factibilidad técnica en procesos y en operación de equipos. � Factibilidad para la implementación de funciones de análisis, optimización y autodiagnóstico. � Aumento en el rendimiento de los equipos y facilidad para incorporar nuevos equipos y sistemas de información. � Disminución de la contaminación y daño ambiental. � Racionalización y uso eficiente de la energía y la materia prima. � Aumento en la seguridad de las instalaciones y la protección a los trabajadores. Existen ciertos requisitos de suma importancia que deben cumplirse al automatizar un proceso, de no cumplirse con éstos, se estaría afectando las ventajas de la automatización, y por tanto no se podría obtener todos los beneficios que ésta brinda; los requisitos son: � Compatibilidad electromagnética: Debe existir la capacidad para operar en un ambiente con ruido electromagnético producido por motores y máquina de revolución. Para solucionar este problema generalmente se hace uso de pozos a tierra para los instrumentos, estabilizadores ferro-resonantes para las líneas de energía, en algunos equipos ubicados a distancias grandes del tablero de alimentación se hace uso de celdas apantalladas. � Expansibilidad y escalabilidad: Es una característica del sistema que le permite crecer para atender las ampliaciones futuras de la planta, o para atender las operaciones no tomadas en cuenta al inicio de la automatización. Se analiza bajo el criterio de análisis costo-beneficio, típicamente suele dejarse una reserva en capacidad instalada ociosa alrededor de 10% a 25%. � Manutención: Se refiere a tener disponible por parte del proveedor, un grupo de personal técnico capacitado dentro del país, que brinde el soporte técnico

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adecuado cuando se necesite de manera rápida y confiable. Además implica que el proveedor cuente con repuestos en caso sean necesarios. � Sistema abierto: Los sistemas deben cumplir los estándares y especificaciones internacionales. Esto garantiza la interconectibilidad y compatibilidad de los equipos a través de interfaces y protocolos, también facilita la interoperabilidad de las aplicaciones y el traslado de un lugar a otro. 1.6.2. Elementos de una instalación automatizada. � MÁQUINAS: Son los equipos mecánicos que realizan los procesos, traslados, transformaciones, etc. de los productos o materia prima. � ACCIONADORES: Son equipos acoplados a las máquinas, y que permiten realizar movimientos, calentamiento, ensamblaje, embalaje. Pueden ser: � ACCIONADORES ELÉCTRICOS: Usan la energía eléctrica, son por ejemplo, electroválvulas, motores, resistencias, cabezas de soldadura, etc. � ACCIONADORES NEUMÁTICOS: Usan la energía del aire comprimido, son por ejemplo, cilindros, válvulas, etc. � ACCIONADORES HIDRÁULICOS: Usan la energía de la presión del agua, se usan para controlar velocidades lentas pero precisas. � PRE ACCIONADORES: Se usan para comandar y activar los accionadores. Por ejemplo, contactores, switch, variadores de velocidad, distribuidores neumáticos, etc. � CAPTADORES: Son los sensores y transmisores, encargados de captar las señales necesarias para conocer el estados del proceso, y luego enviarlas a la unidad de control. � INTERFAZ HOMBRE-MÁQUINA: Permite la comunicación entre el operario y el proceso, puede ser una interfaz gráfica de computadora, pulsadores, teclados, visualizadores, etc. � ELEMENTOS DE MANDO: Son los elementos de cálculo y control que gobiernan el proceso y conforman la unidad de control.

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1.6.3. Sistema mecánico. Se tendrá un sistema constituido de mecanismos, el cual conlleva a una funcionalidad eficiente y eficaz requerida, este sistema mecánico esta seccionado en subsistemas principales como pueden llegar a ser el sistema de ingreso del alambre, la forma de corte, el sistema de eslabonar el alambre en mallas de diferentes tamaños y formas, el mecanismo de entrega de la malla, entre otros mecanismos que requiere la máquina para su excelente automatización 1.6.4. Sistema de actuadores. La selección de los actuadores para llevar a cabo un diseño automatizado, es importante, ya que éstos son los que nos generan el movimiento necesario para hacer las funciones requeridas, de ellos depende en gran porcentaje que el prototipo funcional opere como se espera. Brindando los requerimientos necesarios, tanto en la velocidad, como en la potencia trasmitida. 1.6.5. Sistema de seguridad. El sistema de seguridad es uno de los objetivos claros del proyecto, y por medio de diseños mecánicos y electrónicos, se opta por un mejoramiento en la parte de seguridad, ya que se pone en funcionamiento varios elementos de seguridad en la máquina, siendo uno de los factores que se quieren destacar dentro del nuevo diseño de la máquina eslabonadora de alambre, teniendo como objetivo, la seguridad de los operarios y la eficiencia en el trabajo realizado. 1.7. ASPECTOS GENERALES DE LA EMPRESA MALLAS DEL CAUCA LTDA. Está dedicada a la fabricación e instalación de cercas de malla de alambre y todos sus componentes; ofrecen protección de acuerdo a las necesidades del cliente, contando con personal de experiencia en el manejo de la elaboración de mallas. 1.7.1. Reseña histórica. MALLAS DEL CAUCA LTDA. es una empresa que nace en el año 1987, en el corregimiento La Esperanza, ubicado en Cerro Girón, lugar donde actualmente se localiza el Aeropuerto Palo Negro, de la ciudad de Bucaramanga, Santander. Es allí donde se construye la primera máquina de eslabonar alambre, con el propósito de fabricar mallas, la cual se presentaba en tipo acordeón; mas adelante surge la idea de hacer una máquina especializada en gaviones. Luego de un tiempo, la empresa fue trasladada al municipio de Latebaida, Armenia; en donde se inició la construcción de una nueva máquina con un solo caracol de 2 pulgadas

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y media, máquina con la cual se elaboraban moños para gaviones, por lo cual se comenzó a madurar la idea de independizar la máquina, una para eslabonar malla y otra para moños de gaviones. Mas adelante, la empresa fue trasladada a la finca La Esperanza ubicada en terreno cercano a Silvia Cauca, allí fueron enmallados 2 kilómetros y 300 metros, con la misma máquina, con un rendimiento satisfactorio de capacidad. En el año 1995 la empresa llegó a Miranda, sector donde actualmente se encuentra ubicada, en donde fue diseñada una nueva máquina, con la cual se cuenta en el momento, presentando 5 tipos de caracoles, los cuales fueron fabricados de manera rudimentaria, debido a la falta de equipos especializados en la elaboración de estos elementos. Hasta el momento se sigue con la fabricación de los caracoles, obteniendo buenos resultados en cuanto a la calidad. Con la actual máquina se lleva 12 años, la cual es completamente mecánica; desde el año 1987 se han implementado unos cambios al primer diseño, donde antes la máquina trabajaba por horas, debido a la resistencia del motor; ahora se tiene un cambio en el motor y en la calidad de los elementos como el caracol de tipo helicoidal, y en platinas aceradas, brindando un mejor terminado. 1.7.2. Visión. MALLAS DEL CAUCA LTDA. espera consolidarse como una empresa líder dentro del departamento del Cauca y los departamentos cercanos, contando con varias sucursales, para la elaboración y distribución de mallas de alambre, mediante las prestaciones de servicios de eslabonamiento de alambre e instalación de mallas y otras cercas. Satisfaciendo las necesidades de los clientes y atendiendo contextos sociales que requieran del servicio, con el propósito de tener un crecimiento y reconocimiento satisfactorio como empresa, brindando oportunas ofertas de trabajo y manteniendo una cobertura amplia de pedidos. Dentro de las metas más importantes, se encuentra, poder contar con varias máquinas, de mejor calidad, con un rendimiento satisfactorio y que cuenten con todos los sistemas de seguridad, siendo una máquina eficiente y al mismo tiempo automatizado en el proceso de elaboración de la malla. 1.7.3. Misión. MALLAS DEL CAUCA LTDA. Es una empresa que se dedica al eslabonamiento de alambre, teniendo como propósito brindar seguridad a los operarios y satisfacer a los clientes, ofreciendo buenos servicios y calidad en la

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elaboración de cada uno de los productos, realizando entregas oportunas y eficientes. 1.7.4. Servicios. MALLAS DEL CAUCA LTDA., ha tenido contratos como, el suministro e instalación de gaviones, con el ingenio EL CAUCA, por valor que se aproxima a los 32 millones de pesos; contratos con la alcaldía de Miranda, por valor cercano a los 28 millones de pesos; y un contrato alrededor de 19 millones de pesos por el cerramiento de la escuela en El Potrerito. Así mismo, la empresa, brinda sus servicio de cerramiento para aplicaciones industriales como por ejemplo: Fábricas, Talleres, Hospitales, Clubes deportivos, Fincas campestres, Escuelas, Instalaciones eléctricas, Instalaciones de radiocomunicación, Estaciones de bombeo, Estadios deportivos, Azoteas, Centros de readaptación social, Puentes internacionales, Puentes peatonales, Estacionamientos, Cercas provisionales para eventos multitudinarios, Tumbas, Casas particulares, Almacenes, Divisiones departamentales en fábricas, Autopistas y Carreteras, Ranchos, Huertas, Lotes de autos, Protección temporal en construcción pública y privada, Hoteles, Edificios, Iglesias, Autódromos, Jaulas, Perreras, Zoológicos, Viveros, Canchas de tenis, Canchas de futbol, Contra-porterías, Centros comerciales, Mercados, Minas, Granjas, entre otros lugares donde se requiera de la instalación de una malla o cerca de alambre. Al mismo tiempo se ofrece el servicio de reparación, ventas al por mayor para ferreterías y mantenimiento. De igual forma, la empresa maneja todo tipo de abertura (tamaño del rombo), acabado y altura. Elaboran cercas de mallas tan segura como se desee, agregando púas (con espada simple o doble) o espiral de navajas de alta seguridad en la parte superior. Los diseños de puertas y portones garantizan la funcionalidad de los accesos ya que están construidos con accesorios y bisagras de calidad (Foto. 3). Foto 3. Muestra de la malla instalada.

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1.7.5. Objetivos de calidad de la empresa. Los siguientes objetivos dan soporte a la política de calidad y se identifican los procesos que ayudan a darle cumplimiento: • Entrega de servicios competitivos que cumplan con las especificaciones requeridas. • Ofrecer ambientes sanos y continuo crecimiento. • Satisfacer a los clientes. • Garantizar permanencia en el mercado. • Productividad. La política y objetivos de calidad han sido divulgados por la gerencia a todo el personal de la empresa a través de medios impresos, carteleras y pancartas. Los objetivos de calidad y su cumplimiento son medidos periódicamente y presentados a la gerencia por medio de indicadores, los cuales dan las pautas del dinamismo del sistema de gestión de la calidad y promueven el mejoramiento continuo de toda la organización. 1.7.6. Diagnóstico del proyecto para la empresa. El ritmo en que actualmente crece la tecnología, es cada vez mayor y es obligación de las empresas ir de la mano con ese crecimiento para no ver afectada la permanecía de sus productos o servicios en el mercado; este proyecto lo que pretende es desarrollar un sistema que solucione una necesidad a nivel industrial, esa necesidad es la automatización de un proceso y específicamente hallar la mejor solución para que se beneficien todos los directamente relacionados con la empresa. La empresa en cuanto a modernidad se refiere, posee equipos cuyo nivel de tecnología son aceptables, pero cuentan con procesos cuya labor es realizada por un ser humano, lo cual es agotador y perjudica en la hora de entregar los pedidos y llevar un control a tiempo.

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Como todo proyecto hay objetivos, y uno de los principales es que el sistema a diseñar funcione con una rigurosidad, eficiencia, seguridad y sensibilidad a la hora de manufacturar la malla de alambre, procurando que el sistema trabaje correctamente y rápido, para tener un producto terminado y no estar sobre tiempo en la entrega del servicio. En la elaboración del proyecto se cuenta con la colaboración del personal de la empresa, en cuanto al aporte de ideas para la solución del problema, aprovechando la experiencia y conocimiento que poseen en el tema; la disponibilidad de recursos humanos, económicos, técnicos, la ayuda y asesoría brindada por parte tanto de la empresa, como de la Universidad. Es posible concluir que el proyecto se puede realizar si se aplican métodos de diseño estructurado y se buscan soluciones que beneficien a todos.

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2. PLANTEAMIENTO DE LA MISIÓN Con el planteamiento de la misión, se da la idea general del proyecto; el objetivo de éste, es abrir el camino hacia el desarrollo del producto. Descripción del producto � Sistema automático que permita la fabricación de mallas ciclónicas de alambre, con diferentes medidas, sin dañar el material y dejarlo en forma estética de calidad, presentando alta eficiencia de trabajo. Principales Objetivos de Marketing � Introducir el sistema para obtener una ganancia en el mercado. � Servir de referencia para futuros productos Mecatrónico aplicados en las empresas. � Desarrollar tecnología para la manufactura de mallas en las principales empresas. � Crear una plataforma para futuras mejoras. � Producto con conciencia ambiental. Mercado Primario � Empresas donde fabrican mallas de alambre para cercas de obras civiles. Mercado Secundario � Distribuidoras de máquinas para la fabricación de mallas de alambre. � Sectores de especialización en procesos de automatización industrial. � Sectores de servicios cívicos. � Consumidores casuales.

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Premisas y Restricciones

• La máquina debe presentar un grado de autonomía.

• El tiempo de enmallado del alambre debe ser rápido.

• Sensibilidad: 100%.

• La máquina debe trabajar con diferentes tipos de alambre (calibre).

• La máquina debe ser sencilla y fácil de utilizar por los usuarios.

• Para diseñar el sistema sólo se dispone de componentes de fácil consecución.

• El consumo de potencia de la máquina debe ser bajo.

• El tamaño y peso del la máquina debe ser el adecuado para la funcionalidad a realizar.

• Máquina fiable a pruebas de uso intensivo y abusivo por parte de los usuarios.

• Facilidad de mantenimiento y reparación.

• Buena estética y seguridad (diseño industrial).

• La velocidad de la fabricación de la malla de alambre, debe responder a una moderada funcionalidad, llevada por el proceso del operario.

• Máquina de gran apariencia física para un espacio de taller o zona industrial. Partes Implicadas

� Grupo de trabajo.

� Inversionistas y distribución.

� Usuarios y compradores.

� Personal de diseño.

� Asesores tanto de la universidad como de la empresa.

� Ingenieros.

� Departamento legal.

� Operaciones de manufactura. A continuación se empieza por establecer las necesidades del cliente; las cuales nos orientan de mejor manera en el diseño del producto final.

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3. IDENTIFICACIÓN DE LAS NECESIDADES La necesidades en el diseño de un sistema, son primordiales al iniciar un proyecto, debido a que con estas se pueden definir las especificaciones y características principales que deben dar forma y estructura al diseño, sin unas necesidades iniciales planteadas directamente por el cliente no hay un horizonte a seguir, en el caso específico del proyecto, las necesidades iniciales planteadas por el cliente, en este caso la empresa “MALLAS DEL CAUCA LTDA.” han sido pocas, pero determinantes, las cuales son complementadas con necesidades subyacentes al diseño, permitiendo un toque distintivo al sistema, tanto a nivel de estética como de seguridad. Para una mejor satisfacción del cliente con el producto final, se han tenido en cuenta pequeñas entrevistas personales a grupos de investigación, así como también observaciones a productos existentes en el mercado nacional e internacional. A continuación en la Tabla 1 se consignan todos los planteamientos del cliente para interpretarlos y establecer una identificación de las posibles necesidades.

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PLANTEAMIENTOS DEL CLIENTE

PLANTEAMIENTO DE LAS NECESIDADES

“La fabricación de la malla de alambre nos produce pérdida de tiempo, ya que lo

hacemos de forma mecánica y manual”

La máquina manufactura mallas de alambre automáticamente.

“Necesito que las mallas no sean quebradas o dobladas, garantizando la buena presentación

al cliente”

La máquina maneja impecablemente las mallas de

alambre.

“Necesito indispensablemente la precisión del enmallado del alambre a la hora de tener

supervisión y control de las mallas”

La máquina es precisa y sensible en un 100%.

“El mantenimiento es muy costoso y lo peor es que toca mandarlo al exterior”

Los componentes de la máquina son de consecución nacional y

de bajo costo. “Me gustaría hacerle mantenimiento yo

mismo” La máquina es de fácil manejo y

manipulación. “El lugar donde trabajo esta a una temperatura

normal” La máquina trabaja bien a

temperatura ambiente.

“Que las cuentas de energía no se incrementen con el equipo” La máquina consume poco.

“Que cuando el equipo se dañe, el arreglo no se demore porque deben ser importados los

repuestos”

La máquina esta diseñada de partes de fácil consecución

nacional. “No hemos podido adquirir un equipo porque

los del comercio son muy costosos” La máquina es económica y

rentable. “Quiero que la máquina sea agradable a la

vista” Su forma estética agrada a la

hora de verla.

“Quiero que el aparato funcione sin fallas y problemas”

La máquina proporciona seguridad y confiabilidad.

“Quiero que el aparato dure mucho tiempo en funcionamiento”

El ciclo de vida de la máquina es prolongado y soporta largos

periodos de trabajo.

“Necesito que la máquina funcione para diferentes medidas de mallas”

La máquina maneja medidas de fabricación variada.

“Los equipos son de gran enojo al instalarlos” La máquina es fácil instalarla.

“La seguridad de mis operarios es de gran importancia”

La máquina está diseñada con un buen sistema de seguridad.

“No se cual es la falla” La máquina genera alarma ante posible falla.

Tabla 1. Planteamiento de las Necesidades.

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A continuación se presentan las necesidades organizadas por grupos y jerarquía y la importancia relativa de cada medida en una escala de 1 a 5; esto orienta a concentrarse en lo verdaderamente importante, sin descuidar los demás detalles. 3.1. ORGANIZACIÓN DE LAS NECESIDADES EN GRUPOS Y JERARQUÍAS

EFICIENCIA

• La máquina manufactura mallas de

alambre automáticamente. • La máquina es precisa y sensible en un

100%. • Ciclo de vida prolongado y soporta

largos periodos de trabajo. • La máquina trabaja bien a temperatura

ambiente. • La máquina maneja impecablemente

las mallas. • La máquina genera alarmas.

ECONOMÍA

• La máquina consume poca energía. • La máquina es económica y rentable.

• La máquina esta diseñada de partes de

fácil consecución nacional y de bajo costo.

LA ESTRUCTURA DEL DISPOSITIVO

• Buena estética y seguridad.

• La máquina trabaja muy bien

a temperatura ambiente. • La máquina maneja medidas

de fabricación variada.

EL DISPOSITIVO ES DE FÁCIL USO

• La máquina es de fácil

manejo y manipulación. • La máquina es de fácil

instalación.

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3.2. IMPORTANCIA RELATIVA DE LAS NECESIDADES DEL CLIENTE Las necesidades se interpretan a partir de los requerimientos especificados en el planteamiento del problema (Tabla. 2). Especificando el orden, la necesidad y el grado de importancia obtenido. Tabla 2. Importancia relativa de las necesidades del cliente.

Nº NECESIDAD IMP

1 La máquina manufactura mallas de alambre automáticamente. 5

2 La eslabonadora de alambre esta diseñada con elementos de fácil consecución nacional.

4

3 La eslabonadora de alambre es fácil de instalar y manejar. 4

4 La eslabonadora de alambre es económica. 5

5 La máquina es precisa y sensible a la hora de realizar el eslabonamiento del alambre. 5

6 La eslabonadora de alambre es de bajo consumo de energía. 5

7 La eslabonadora de alambre es de fácil mantenimiento y reparación. 4

8 La máquina es resistente y de peso normal 4

9 La máquina es segura para el operario. 5

10 La eslabonadora de alambre es agradable estéticamente para los ojos del cliente. 3

11 La eslabonadora de alambre trabaja normalmente en cualquier tipo de ambiente (condiciones variables “temperatura”). 3

12 La eslabonadora de alambre genera alarmas ante posibles fallas. 5

13 La eslabonadora de alambre soporta largas jornadas de trabajo. 5

14 La eslabonadora de alambre es de una estructura física externa e interna ordena y moderada. 4

15 La eslabonadora de alambre posee sensores con alta resolución y precisión.

5

16 La eslabonadora de alambre es potente y posee actuadores de gran rendimiento. 5

17 La eslabonadora de alambre maneja diferentes medidas de mallas ciclónicas

5

18 La eslabonadora de alambre posee un sistema de alimentación moderado. 4

19 La máquina eslabona alambre dejándolo en un buen estado. 5

20 La máquina posee un sistema de control de acceso para quién la use. 5

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3.3. TABLA DE UNIDADES Y MÉTRICAS A PARTIR DE LAS NECESIDADES Después de haber identificado las necesidades del cliente, se realiza un estudio de cómo estas necesidades pueden ser cuantificadas, que servirán de guía para el diseño del máquina. La Tabla 3 contiene las medidas, unidades y especificaciones preliminares del diseño. Tabla 3. Unidades y Métricas a partir de las necesidades.

Nº Métrica Nº Necesidad MÉTRICA IMP Unidad

1 1,5,6,9,11,12,13,15,

16,17,18,19,20 Eficiencia 5 %

2 2,4 Precio 4 $

3 8,14 Peso 3 Kg.

4 8,10,14 Dimensiones (Alto, largo,

ancho) 3 Metros.

5 2,3,4,7,11,13,16 Mantenimiento 5 Años

6 4,6,16,18 Presión de aire de trabajo 4 Psi

7 1,5,9,12,15,16,17,1

9,20 Precisión y sensibilidad del

sistema 5 %

8 5,15,16,19 Tiempo de eslabonamiento 5 Seg

9 4,6,13,16,18 Alimentación del sistema 4 Voltios

10 5,9,12,15,16,19,20 Seguridad de la operación y el

operario 5 Subj.

11 5,11,13 Temperatura de operación 3 ºc

12 5,10,12,14,15,17,19 Presentación de la malla y estética del sistema 5 Subj.

13 1,3,5,7,9,15,20 Fácil manejo 5 Subj.

14 1,5,11,15,16,17,20 Adaptabilidad del sistema. 4 Subj.

15 6,8,13 Tiempo de funcionamiento

diario 4 Horas

16 4,6,16,18 Consumo del sistema 4 A

17 1,5,9,12,13,15,16,17,19,20 Confiabilidad 5 Subj.

18 2,3,7 Consecución de piezas y

herramientas para el mantenimiento

4 Subj.

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3.4. VALORES MARGINALES E IDEALES ESTABLECIDOS PARA EL DISEÑO DEL PRODUCTO Se establecen valores marginales e ideales que proporcionan una idea a llevar acabo el diseño de la eslabonadora de alambre (Tabla. 4). Tabla 4. Valores Marginales e Ideales para el diseño.

VALORES

# MÉTRICA UNIDAD

MA

RG

INA

LES

IDE

ALE

S

1 Eficiencia % >95 100 2 Precio $ 40.000.000 37.000.000 3 Peso Kg. 1000/1500 700/1000 4 Dimensiones (Alto, largo, ancho) Metros. 1,2/3,5/1,5 1 / 4 / 1,4 5 Mantenimiento Años 1 2 6 Presión de aire de trabajo Psi 80 60 7 Precisión y sensibilidad del sistema % >95 100

8 Tiempo de eslabonamiento por 1 metros

Seg 1,5 1

9 Alimentación del sistema Voltios 110/220 110

10 Seguridad de la operación y el operario Subj. Buena Excelente

11 Temperatura de operación ºc 0-40 0-70

12 Presentación de la malla y estética del sistema Subj. Buena Excelente

13 Fácil manejo Subj. Buena Excelente 14 Adaptabilidad del sistema. Subj. Buena Excelente 15 Tiempo de funcionamiento diario Horas 12 24 16 Consumo del sistema A >3 <4 17 Confiabilidad Subj. Buena Excelente

18 Consecución de piezas y herramientas para el mantenimiento

Subj. Buena Excelente

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3.5. RELACIÓN DE NECESIDADES DEL CLIENTE CON LAS NECESIDADES ESPECÍFICAS (Especificaciones Técnicas)

Métricas en primer lugar a tener en cuenta Métricas en segundo lugar a tener en cuenta

Tabla 5. Relación Necesidades vs Métrica.

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En la Tabla 5 se identifican las cualidades métricas más importantes, comparadas con las necesidades primordiales, de lo que se resaltan los aspectos fundamentales a tener en cuenta para el diseño de la máquina, satisfaciendo la petición del cliente; ahora, según lo especificado en ésta Tabla, se le debe brindar mayor rigurosidad a la Eficiencia, la Precisión y sensibilidad del sistema, y la Confiabilidad, como principales factores a resaltar; y en segundo lugar situando la seguridad de operación y el operario, y la presentación y estética de la malla. De igual manera, se debe tener en cuenta los demás aspectos resaltados en la tabla de comparaciones, para brindar un diseño optimo en calidad y servicio.

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4. GENERACIÓN DE CONCEPTOS En esta etapa de generación de conceptos, se realiza la descomposición funcional de la máquina eslabonadora de alambre que se va a diseñar, analizando el flujo del material, energía y las señales que le son transmitidas, posteriormente descomponemos el problema en subproblemas, para obtener sistemas de forma simple. Acto seguido, se hace una serie de pasos como búsqueda externa e interna de información útil, benchmarking competitivo, árbol de clasificación de conceptos y combinación de conceptos, todo esto con el enfoque de obtener el mejor concepto para el diseño de la nueva eslabonadora de alambre; se analiza tanto la viabilidad tecnológica, como la económica de cada una de las partes que componen los conceptos e ideas encontradas. 4.1. DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL Para la descomposición funcional se da inicio con la identificación de las funciones críticas del sistema. Primero se visualiza el producto como una caja negra, donde se tienen encuentra el flujo de entrada de señales y materiales al sistema. 4.1.1. Caja negra. Se realiza un esquema relacionando las entradas y salidas, haciendo un análisis del sistema de la máquina eslabonadora de alambre como un todo (Figura. 3). Figura 3. Caja negra del diseño.

Señal de Seguridad (Alarmas)

Malla Energía

Alambre

Señales Sensóricas y de

Control

MÁQUINA ESLABONADORA

DE ALAMBRE

ENTRADAS SALIDAS

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Una vez realizado este paso, se hace la descomposición funcional de todo el sistema de donde sale la ruta más crítica de las funciones del sistema. Del diagrama de descomposición funcional, se obtiene la rama más crítica de sub-funciones que influyen en el diseño del sistema; estas sub-funciones críticas definen características no solo físicas, sino también las características electrónicas del sistema. Una vez hecha esta etapa, se inicia el proceso de búsqueda externa e interna para el diseño; este proceso se hace con la intención de encontrar puntos de comparación con otros productos que se ven en el mercado ó dentro del entorno académico. Para tener una visión más amplia del sistema que se va a desarrollar se hace el BENCHMARKING; lo cual proporciona información valiosa a cerca de conceptos desarrollados en el mundo. 4.1.2. Descomposición por sub-funciones y representación de las zonas críticas. La máquina está dividida en varias etapas y sistemas, en donde cada una cumple con una función diferente, aportándole finalmente al proceso de manufactura de la malla de alambre. La descomposición funcional es llevada a cabo, siguiendo el flujo del material (alambre) determinando así, las operaciones que se requieren para llegar al final del proceso, que es la elaboración de una malla de alambre. En la figura 4, se observa detalladamente el flujo de energía eléctrica que es convertida en señales adecuadas para los circuitos electrónicos; luego es convertida en movimiento. El material, que es alambre, pasa al caracol de la máquina, donde es manufacturado, al instante es lubricado y movido por un sistema de transmisión, pasando luego a un almacenamiento por medio de la guía, tensionando la malla. Las señales pasan por un control accionando el corte del alambre, para luego ser entregado, fabricando finalmente, desde la entrada al subproceso, hasta la salida la malla de alambre. Los cuadros azules representan los puntos críticos que se tienen en cuenta a la hora del diseño del proyecto.

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Las subfunciones más críticas son:

• Convertir Energía en Movimiento. • Sistema de transmisión. • Lubricación. • Guía de la malla. • Zona sensórica de proximidad. • Procesar y almacenar información (activar actuador o alarmas). • Corte del alambre. • Proceso de entrega de la malla. Figura 4. Sub-funciones del sistema.

4.2. BÚSQUEDA EXTERNA E INTERNA Y CONCEPTOS GENERADOS PARA LAS SUB-FUNCIONES Los resultados de búsqueda interna y externa, son realizados por medio de entrevistas abiertas, consultas, investigaciones y lluvia de ideas, obteniéndose resultados positivos a la hora de resolver las necesidades del cliente en la elaboración de la máquina eslabonadora de alambre.

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4.2.1. Búsqueda externa. La búsqueda externa de ideas, se presenta de forma compleja, debido a la dificultad para encontrar información detallada sobre el funcionamiento de las máquinas o proyectos, en los cuales se realicen tareas similares a la que se propone. Una de las alternativas es la observación detallada de la máquina actual de la empresa, encontrándose métodos y mecanismos presentes en el proceso de la empresa, de los cuales se da origen y comprensión a las ideas del funcionamiento; de igual manera, las investigaciones tanto en la red, como en revistas y libros relacionados con la manufactura de mallas, son de apoyo para esclarecer el funcionamiento del nuevo diseño de la máquina. La información subministrada de la actualidad, utilizada en la industria, permite tener diferentes ángulos de vista para abordar el problema. Fueron encontradas en el mercado, eslabonadoras de alambre, sumamente eficientes y eficaces a la hora de hacer las mallas, pero con ventajas y desventajas, ya que algunas de ellas, presentan funcionamientos semiautomáticos. � Evaluación de necesidades con productos competidores (Benchmarking). Previamente es realizado un análisis de los productos competidores (Benchmarking) competitivo, lo cual ayuda a despejar dudas y a dar ideas sobre el diseño de la máquina eslabonadora de alambre. Para esto, son establecidas comparaciones con otros sistemas y características similares al del presente proyecto; lo cual presenta aspectos a tener en cuenta para el diseño y la posterior construcción del dispositivo. Según el análisis de la satisfacción de las necesidades evaluadas, con las de posibles competidores, el producto más competidor es el modelo WVR-500 de Bergandi machinery, seguida del modelo CLF-4 de Maneklal and sons, (Tabla. 6). El proceso de Benchmarking es realizado teniendo como competidores, productos que se encuentran en el mercado, cuyo funcionamiento es similar a la máquina a rediseñar.

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Tabla 6. Benchmarking.

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4.2.2. Búsqueda interna. Para la búsqueda interna, se cuenta con el apoyo del personal de planta de la empresa, específicamente en el área de producción, dando como resultado, varias ideas; también, es observada la máquina en funcionamiento, lo cual lleva al análisis de los debidos funcionamientos de las partes críticas. Respecto a esto, son realizadas consultas a profesionales, profesores de la Universidad Autónoma de Occidente, el director y asesor del proyecto e ingenieros que se desempeñan en labores relacionadas con las diferentes sub-funciones críticas. Luego, de las informaciones obtenidas, son generados los conceptos del sistema y posteriormente refinados por medio de la lluvia de ideas. Como sub-funciones críticas, para cada una de ellas se presenta el correspondiente árbol de clasificación, con el fin de podar las ramas menos promisorias, para identificar diferentes aproximaciones a las soluciones del problema. �� Árbol de clasificación de los conceptos generados de las sub-funciones críticas. Por medio de árboles de clasificación de las sub-funciones críticas, se generan posibles vías a una solución coherente, haciendo una buena exploración sistematizada de las zonas críticas. • Árbol de clasificación convertir energía en movimiento. Para convertir la energía a movimiento, hay una gran cantidad de métodos, de los cuales, se enfoca solo en los actuadotes eléctricos y neumáticos para convertir energía en movimiento y llevar a cavo el funcionamiento de la máquina. En la selección del motor se pueden tener en cuenta varios criterios; ya que la fuerza que tiene que transmitir no es elevada, teniendo en cuenta que el material que se doblar es alambre y no requiere de mayor fuerza. Por otra parte, del motor principal depende que la velocidad de producción de la malla sea excelente, teniendo en cuenta el consumo de energía del motor y el costo. En la figura 5 se observan las posibles vías para poder convertir la energía en movimiento para la máquina.

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Figura 5. Árbol de clasificación convertir energía en movimiento.

• Árbol de clasificación del sistema de transmisión Esta sub-función es la que va a determinar la forma de transmitir el movimiento para los sistemas de la eslabonadora de alambre (Figura. 6). Figura 6. Árbol de clasificación del Sistema de transmisión.

• Árbol de clasificación del sistema de lubricación el sistema de lubricación, hace que el producto no presente lesiones, principalmente al momento de doblarse, pues se genera calor, dilatándolo y debilitando el alambre, esto hace que la malla sea de mala calidad. En el árbol de clasificación de conceptos del sistema de lubricación, (Figura. 7) se tienen varios elementos como por ventilación, disipadores de calor o bomba hidráulica (agua) donde se puede llegar a la mejor forma para el funcionamiento del diseño de la planta.

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Figura 7. Árbol de clasificación del sistema de lubricación.

• Árbol de clasificación de la guía de la malla. Esta sub-función es una parte de suma importancia en el proceso de la máquina, pues se encarga de sostener y guiar el eslabonamiento de tira por tira, con gran precisión (Figura. 8). Figura 8. Árbol de clasificación de la guía de la malla.

• Árbol de clasificación de la zona sensórica de proximidad. En el árbol de generación de conceptos de la zona sensórica de la máquina eslabonadora de alambre, se tienen sensores que son importantes por la precisión y confiabilidad en los procesos industriales, brindando ideas para diseñar un sistema de seguridad a la máquina. En la figura 9, se observan algunos sensores para cumplir una excelente función del proceso.

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Figura 9. Árbol de clasificación de la zona sensórica de proximidad.

• Árbol de clasificación para procesar y almacenar información. Aquí se da idea de cómo procesar y almacenar la información para poner en funcionamiento el dispositivo, las más razonables son plasmadas en el árbol de clasificación; (Figura. 10) donde se pueden apreciar conceptos factibles, por la disponibilidad y fácil manejo para llevar a cabo la operación del eslabonamiento de la malla. Esta etapa es la más importante, ya que es el cerebro de la planta y hace que el sistema sea completamente automático 100% cerrando el lazo junto a los sensores. Figura 10. Árbol de clasificación procesar y almacenar información.

• Árbol de clasificación de corte del alambre. Esta sub-función esta comprendida por varios métodos para el corte en el proceso de la fabricación de la malla de alambre, (figura. 11) donde debe ser de gran precisión, rapidez, confiabilidad y seguridad.

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Figura 11. Árbol de clasificación de corte del alambre.

• Árbol de clasificación del sistema de entrega de la malla. Esta es la sub-función de la ultima etapa del proceso de eslabonado, (figura. 12) donde después de sacar la malla eslabonada, debe ser finalmente entregada de manera enrollada y de fácil acceso. Figura 12. Árbol de clasificación del Sistema de entrega de la malla.

�� Refinamiento de la descomposición funcional. Aquí se dejan los conceptos más viables para el diseño del eslabonamiento del alambre, pero aun, con varias opciones. En el refinamiento de la descomposición funcional, se ve más claramente las sub-funciones con sus respectivas soluciones (Figura. 13).

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Una vez hecho este paso, se procede a hacer la correspondiente fase de combinación de conceptos; esta etapa deja ver con mayor claridad el tipo de conceptos que se han generado conforme a la lluvia de ideas subyacentes en la fase de búsqueda externa e interna. 4.3. TABLA DE COMBINACIÓN DE CONCEPTOS En la tabla 7, se muestran las posibles combinaciones entre cada uno de los conceptos generados para cada sub-función, en la medida que se pueden obtener una gran cantidad de posibles soluciones, sin embargo, muchas de ellas no son viables o realizables en la realidad, o simplemente no solucionan el problema correctamente. Con el hecho de realizar una generación de conceptos, se pretende definir una serie de posibles ideas para ser aplicadas en el diseño del sistema y lograr dar una solución a cada una de las necesidades anteriormente planteadas. Mediante la tabla de combinación de conceptos se pueden identificar las posibles soluciones después de haber podado los árboles de clasificación de conceptos. De acuerdo a la tabla, se obtienen 576 conceptos de los cuales son escogidos los más aptos para la buena ejecución de la máquina eslabonadora de alambre, de donde se sacan los conceptos más relevantes. El dato es obtenido, por la realización de la multiplicación de la cantidad de posibles soluciones de cada una de las sub-funciones criticas, (3 x 2 x 2 x 2 x 3 x 2 x 2 x 2 = 576).

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Figura 13 . Refinamiento de la descomposición funcional.

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Tabla 7. Combinación de conceptos.

El objetivo de esta tabla (combinación de conceptos), es implementar el diseño concurrente en donde el desarrollo del mejor producto, se logra integrando elementos electrónicos, mecánicos y de control, para ser observados los aspectos positivos y los aspectos negativos de los posibles prototipos. Con esta tabla se puede identificar posibles combinaciones para la solución de las sub-funciones críticas y obtener una solución completa para el problema, sin embargo no todas son óptimas para solucionarlo, por consiguiente no se tienen en cuenta.

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5. SELECCIÓN DE CONCEPTOS Para la selección de conceptos es utilizado el análisis por Disponibilidad Tecnológica como criterio de selección absoluto, agregando a este el factor económico como criterio de disponibilidad. Debido a que los conceptos generados solucionan de manera acertada las necesidades planteadas en el problema de diseño, no es fácil decidir el concepto definitivo sin antes desarrollar una evaluación detallada de conceptos, cuantificando su característica y su rendimiento. Por consiguiente se elabora un grupo de combinaciones a seleccionar, los conceptos surgidos y seleccionados, cumplen con la mayoría de los requerimientos expuestos por el cliente (Figura. 14). 5.1. COMBINACIONES SELECCIONADAS De acuerdo con los conceptos generados para cada una de las combinaciones, se especifican los diseños para llegar a una solución del rediseño relevante de la eslabonadora de alambre. La estructura de la máquina existente se retoma para todas las combinaciones, solo son adaptadas algunas medidas y formas físicas relevantes a la hora del diseño final. El sistema de darle forma a la malla que consta del caracol y la platina principalmente, de igual forma es retomado en las combinaciones, puesto que este sistema es valedero para la automatización del proceso.

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Figura 14. Tabla de combinaciones de las subfunciones criticas de la eslabonadora de alambre.

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• Combinación A. Esta combinación consta de un motor AC (corriente alterna), el cual transmite movimiento y fuerza por medio de engranes a la porta platina que contiene el caracol, haciendo que el alambre adopte la forma de la malla; luego la tira de alambre trenzada (forma de la malla), es cortada por medio de pistones, los cuales se ubican de forma horizontal en la estructura de la máquina, realizando un cizallamiento a través de cuchillas; al mismo tiempo, la malla es guiada y tensionada por medio de un sistema de uñas mecánicas; en cuanto a la lubricación, ésta es realizada por medio de ventilación. En que lo respecta a las señales que brindan información, se presentan los sensores a láser; para la función de procesar y almacenar información, ésta labor es realizada por un PLC (Programador lógico controlado); la entrega de la malla se lleva a cabo por medio de un rodillo, éste es agarrado por medio de guayas a la ultima tira de alambre trenzada, el cual es enrollado de forma secuencial, a medida de la manufacturación de la malla. El desarrollo de este procedimiento es nombrado Concepto A (Figura. 15). Figura 15. Presentación del modelo del concepto A.

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• Combinación B. Esta combinación requiere de un motor paso a paso, el cual mueve el eje de la porta platina por medio de poleas y correas, permitiendo que el caracol gire para que el alambre salga con la forma de la malla, siendo guiada por un sistema de sujeción de rodillos, los cuales al mismo tiempo, tienen la función de recolectar la malla cada vez que se haga el trenzado y dejarlo en la bandeja para la entrega. El corte es realizado por cuchillas que poseen los pistones neumáticos, ubicados verticalmente en la estructura de la máquina, presentándose con un cizallamiento recto; en cuanto al procesamiento de control, es realizado por un microcontrolador que por medio de sensores infrarrojos, los cuales mandan señales para el control de la máquina, finalmente entregando la malla por medio de una bandeja para luego ser recogida; este diseño de máquina posee un sistema de lubricación realizado por una bomba hidráulica. El desarrollo de este procedimiento es nombrado Concepto B (Figura. 16). Figura 16. Presentación del modelo del concepto B.

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• Combinación C. Para esta combinación, es requerido un motor AC, mediante el cual es transmitido el movimiento a la máquina, por medio de un sistema de poleas y correas al eje de la porta platina que contiene el caracol o cilindro helicoidal, el alambre es manufacturado por un soporte y tensor de malla denominado uñas mecánicas, sirviendo de guía para el trenzado del alambre. El control de la información dada por sensores (microswitch e infrarrojos), es realizado por un microcontrolador; en cuanto al corte del alambre, éste es realizado cuando la máquina manufactura la malla, y se lleva a cabo por medio de pistones neumáticos ubicados horizontalmente a la estructura de la máquina, los cuales contienen cuchillas, haciendo un cizallado. Por último, la entrega de la malla es realizada por un rodillo, el cual debe estar agarrado a la primera tira de alambre que ha sido trenzada y envolver de forma secuencial la malla, este rodillo debe ser movido por poleas, correas y un motor. El sistema de lubricación de la máquina es realizado por una bomba hidráulica. El desarrollo de este procedimiento es nombrado Concepto C (Figura. 17). Figura 17. Presentación del modelo del concepto C.

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• Combinación D. Esta combinación requiere de un moto-reductor, para la transmisión del movimiento general de la máquina por medio de engranajes, haciendo que el eje de la porta platina gire con el caracol o cilindro helicoidal, saliendo las tiras de alambre con la forma de la malla, siendo guiadas por rodillos y al mismo tiempo recogiéndolas para que sea trenzado el alambre secuencialmente. Para el corte de la tira de alambre, se realiza por cilindros neumáticos ubicados verticalmente a la estructura, cortando por medio de cuchillas; el control de la máquina es realizado por un PLC y las señales son ejecutadas por sensores a láser y microswitch. La máquina tiene un sistema de entrega por medio de bandeja y la lubricación es por medio de ventilación. El desarrollo de este procedimiento es nombrado Concepto D (Figura. 18). Figura 18. Presentación del modelo del concepto D.

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5.2. SELECCIÓN DEL CONCEPTO DE REFERENCIA Para la selección del concepto, es tenida en cuenta la referencia del producto presentado en Figura 19, puesto que el funcionamiento de este producto es muy similar al de la máquina a rediseñar, ya que presenta un grado de confianza, es rápido, seguro, eficiente; siendo un producto que consta de una funcionalidad integral, similar al planteado en el proyecto. Figura 19. Modelo de referencia W VR 500 Bergandi Machinery.

5.3. NECESIDADES IDENTIFICADAS PARA LOS CRITERIOS DE SELECCIÓN Las necesidades identificadas, son seleccionadas con base en las necesidades de los consumidores de las mallas, como también en las necesidades presentadas por la empresa.

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• Eficiencia: La máquina manufactura mallas de alambre automáticamente, procurando una buena eficiencia en la producción de la empresa. • Ciclo de vida: La máquina cumple con un diseño estructurado, presentando un ciclo de vida prolongado. • Presentación de la malla: La máquina maneja las mallas con buena calidad, dejándolas fácil para la entrega al cliente. • Precisión del sistema: La máquina cumple con las instrucciones dadas por el operario, se ingresan los datos a la máquina en medidas de longitud, siendo precisas a la hora de fabricar las mallas. Presenta sensibilidad y brinda eficacia en el trabajo, satisfaciendo las necesidades del cliente. • Repetibilidad: La máquina produce de forma continua o en serie una medida específica (ciclos por segundos, donde cada ciclo es proporcional a la longitud de la tira de alambre). • Velocidad del sistema: Realiza el maquinado de cada ciclo a una velocidad de tira por segundo y el desplazamiento de la malla debe ser por ciclos, donde cada ciclo es longitud de tira por segundo. • Seguridad de operación: Posee una carcaza de seguridad que protege al operario y al mismo tiempo a la máquina, si esta es vulnerada; la máquina proporciona un dispositivo de seguridad, por medio de una indicación de alerta ante peligro al aproximarse al maquinado. • Confiabilidad: La máquina proporciona tranquilidad y seguridad en el proceso y es diseñada sobre una estructura fuerte y resistente con materiales finos y económicos aptos para la función a realizar. • Facilidad de manejo y mantenimiento: La interfaz de mando de control es de fácil comprensión para el operario y no admite confusiones al momento de operarlo. De igual forma, la máquina proporciona comodidad al brindar facilidad para realizar cambio de piezas e identificar la falla fácilmente. • Precio: En cuanto a posibles reparaciones, se pueden encontrar fácilmente los repuestos en el mercado nacional y regional, de igual forma, los materiales deben ser resistentes, económicos y la inversión de la máquina no supera un 50 % de lo producido por la máquina quincenalmente.

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5.4. MATRIZ DE TAMIZAJE DE LOS CONCEPTOS GENERADOS En la Tabla 8, se pueden percibir los diferentes valores que son asignados a cada uno de los conceptos, de acuerdo a como suplen las necesidades relevantes en el desarrollo del proyecto, finalmente, acorde con los valores asignados, seleccionar de manera inicial cuales de conceptos son los más apropiados para continuar en el proceso de desarrollo del rediseño de la máquina eslabonadora de alambre. En ésta matriz, son colocados los conceptos en relación a una referencia y son comparados con respecto a dicha referencia, con el fin de obtener un concepto claro y de esta forma descartar y seleccionar el concepto mas apto a desarrollar. La selección de la referencia, es hecha teniendo en cuenta las diferentes consultas en paginas Web, así como visitas y entrevistas a expertos en el tema, de lo cual, se habla de diferentes versiones y modelos de máquinas eslabonadoras de alambre con funciones similares al diseñar presentado en el proyecto, llegando a la conclusión de reevaluar el diseño existente y mejorarlo. La referencia para la matriz de tamizaje, es el modelo WVR 500 de Bergandi Machinery, debido a que existen ciertas semejanzas entre las necesidades de criterios de selección. La evaluación con respecto a la referencia, se realiza utilizando la matriz de tamizaje para seleccionar conceptos que según criterio propio de selección, son los mejores a desarrollar, donde:

+ Corresponde a mejor que… - Corresponde a peor que… 0 Corresponde a igual a…

De acuerdo a los resultados obtenidos en la matriz de tamizaje, en donde los conceptos generados que relevan el diseño (conceptos A y concepto C), se recurre a métodos no estructurados de selección de conceptos tales como el análisis de viabilidad, la disponibilidad tecnológica, la aptitud en la construcción del prototipo y la adaptabilidad al sistema.

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Tabla 8. Matriz de Tamizaje.

5.5. PONDERACIÓN POR MÉTODO AHP (Analytic Hierarchy Process) El AHP (Jerarquía analítica de procesos), es una herramienta para apoyar la toma de decisiones, a través de ponderar prioridades cuando se tienen que considerar aspectos tanto cuantitativos como cualitativos en una decisión. Esta es la herramienta preferida por muchos de los practicantes profesionales de QFD (Método para hacer un proceso estructurado y disciplinado, ya que reduce el tiempo de desarrollo, aumenta la satisfacción del cliente, la competitividad, reemplaza la voz del ingeniero, por la voz del cliente) a nivel internacional, para comparar las necesidades de los clientes en criterios de selección. Se necesita entender claramente las necesidades de la empresa, antes de empezar a tomar acciones para mejorar la competitividad del diseño de la automatización de la eslabonadora de alambre. Por medio del método AHP, se realiza la evaluación cuantitativa de los criterios de selección o necesidades, mediante la comparación de unos con otros, dando a cada uno la debida importancia. Para iniciar el proceso, es necesario hacer una Matriz de Comparación Pareada, como la que se muestra en la Tabla 9. El AHP, trabaja a través de la comparación de parejas de opciones.

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Tabla 9. Matriz de Comparación Pareada.

Las celdas dónde se cruzan elementos idénticos (Eficiencia vs. Eficiencia, Confiabilidad vs. Confiabilidad,...) se les pone un valor de 1. Las comparaciones se hacen de forma ordenada con una tabla de ponderación (Tabla. 10). Las comparaciones siempre empiezan "abajo" de la diagonal principal (dónde están los 1 de inicialización). El elemento en R es más importante que el elemento en C, se coloca EL INVERSO (1/valor de Tabla de Ponderación). Tabla 10. Tabla de Ponderación (C se refiere a Columna y R a Renglón).

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Al final se elabora una Matriz de Normalización, el formato es igual al de la Matriz de Comparación Pareada, añadiéndole un renglón (Promedio), (Tabla. 11). En cada una de las celdas, se da el valor original de la matriz de comparación pareada, dividido entre la sumatoria del renglón para luego ser sumados los valores de la columna y divididos por la cantidad de necesidades, resultando el promedio de cada necesidad. Significa entonces que de acuerdo a la ponderación por el método AHP, se obtiene como conclusión, que los criterios de evaluación más influyentes son la eficiencia con un promedio de 22,35% y la seguridad de operación con 20,71%, seguidos por la precisión del sistema con 15,88% y la confiabilidad con 12,40%; luego sigue el precio con un 8,18% y la repetibilidad con 6,28%, terminando con facilidad de manejo y mantenimiento con 4,48%, velocidad del Sistema con 3,91% presentación de la malla con 3,75% y por ultimo, el ciclo de vida con 2,01%. 5.6. MATRIZ DE EVALUACIÓN DE CONCEPTO Posteriormente se utiliza la matriz para evaluar conceptos, con la cual son seleccionados de forma puntual, los conceptos resultantes de la matriz de tamizaje, usando como criterio de evaluación: 1 = mucho peor que, 2 = peor que, 3 = igual a, 4 = mejor que, 5 = mucho mejor que. Esta matriz orienta la ejecución de un mejor diseño para la máquina eslabonadora de alambre (Tabla. 12), dejando claro el camino del concepto a desarrollar y determinando que el concepto a desarrollar es el C, puesto que obtiene una nota mayor en la evaluación de los criterios de selección de conceptos. El concepto C, posee cualidades y características que hacen de él un concepto llamativo para continuar con el desarrollo del proyecto: � Eficiencia � Seguridad operacional � Precisión del sistema � Confiabilidad � Fácil manejo � Fácil mantenimiento � Precio.

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Tabla 11. Matriz de Normalización.

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Tabla 12. Matriz de Evaluación De Conceptos.

5.7. PRUEBA DE CONCEPTOS El propósito de la prueba, es tener información e ideas para las mejoras que permitan generar conceptos que aproximen a la solución de las necesidades del cliente, para obtener un efectivo diseño confirmando la selección del concepto. Es realizada una encuesta (Anexo. A), con el fin de evaluar si el concepto seleccionado es de aceptación en el mercado primario. La encuesta es implementada en empresas fabricadoras de mallas de alambre, a ingenieros especializados en el campo, etc. Realizadas en un formato de encuesta o sugerencias. Se entrevistaron 16 personas, de las cuales 11 pasaron la calificación de la primera fase de la encuesta y las otras 5 no continuaron con la encuesta. De estas personas 6 decidieron comprarla, 3 podrían o no comprarla y 2 no comprarla, por lo tanto se concluye que 54.55% Si comprarían el prototipo, el 27.27% Podría o no comprar el prototipo y el 18.18% No comprarían el prototipo. Entre las personas que se presentan dispuestas a comprar el prototipo, se estimaron costos entre $30.000.000 y 35.000.000 pesos.

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Tabla 13 . Prueba de conceptos generados de las subfunciones criticas.

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Para probar el concepto mencionado anteriormente es realizado un prototipo experimental aproximado y detallado, tanto en escala, como en funcionamiento al diseño real, este prototipo es sometido a algunas pruebas, con el fin de ratificar que las ideas generadas, con el propósito de llegar a justificar el concepto definitivo en cuanto a la viabilidad. Inicialmente es realizado un prototipo virtual en Solid Edge V19, con el cual son ajustadas las medidas y formas de la mecánica y dinámica del funcionamiento de la eslabonadora de alambre en el corte, en la entrega y en la manufactura de la malla. En la figura 20, se muestra el prototipo virtual. También es realizada una tabla, en la cual se muestra lo que clasifica los conceptos generados, relevando de importancia y claridad a los implementos a utilizar para cada subfunción critica del proyecto (Tabla. 13). 5.8. ESPECIFICACIONES FINALES Tabla 14. Especificaciones Finales del diseño.

Las especificaciones finales se basan en el concepto seleccionado y en las pruebas de factibilidad. Algunas especificaciones finales son de acuerdo a las premisas y restricciones del proyecto, otras son establecidas de acuerdo a las investigaciones realizadas, teniendo como base primordialmente, las necesidades del cliente.

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Figura 20. Diseño de la Combinación a Desarrollar (Prototipo Virtual).

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6. ARQUITECTURA DEL PRODUCTO La arquitectura del producto es un arreglo de elementos funcionales en conjuntos físicos (clusters), los cuales constituyen los elementos básicos del producto o de la familia de productos y el análisis de sus interacciones. 6.1. TIPO DE ARQUITECTURA ELIGIDA La selección de arquitectura se relaciona con la planificación (plataforma de decisiones), el desarrollo de conceptos del producto y los planes de la empresa, originando beneficios en el diseño del producto como Actualizaciones, Variedades del producto (rango de modelos que se pueden producir), Estandarización de componentes, Desempeño del producto (Qué tanto el producto cumple las funciones previstas: confiabilidad, eficienciencia, sensibilidad, precisión), y Manufactura (Capacidad de diseñar cada subsistema a bajo costo). Analizando y examinando todo el sistema en conjunto, fue elegida la arquitectura modular en base a las características que debe presentar la eslabonadora de alambre, es decir; éste dispositivo tiene diversas aplicaciones bajo una misma estructura básica, por lo tanto la arquitectura que mejor permite lograr esto, es la arquitectura modular, además, con este modelo de arquitectura, los clientes pueden dar a los dispositivos, diferentes aplicaciones con un mínimo cambio en el software y en la estructura física, esto se logra gracias a la disposición física de cada uno de los elementos que componen a la máquina. Los beneficios de optar por una arquitectura modular, es que mejora la reconfiguración de aparatos o dispositivos, Incrementa la variedad de aparatos y la velocidad de introducción de nuevos aparatos, mejora el mantenimiento y servicio de los aparatos, desacopla el desarrollo de tareas (y de manufactura con algunas excepciones) y estandariza los componentes (mismos componentes en múltiples productos). Por la modularidad que poseen sus partes, este dispositivo presenta características como fácil mantenimiento y ensamblaje, también reemplazar un elemento por otro para dar una apariencia y función diferente, lográndose con mucha sencillez.

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El tipo de modularidad que se tiene en el diseño de la eslabonadora de alambre, es de tipo bus ya que es una clasificación modulada en fusión, donde se aceptan combinación de diversos módulos funcionales estándar conectados al mismo bus con el mismo tipo de interfase. 6.2. ARREGLO DE ELEMENTOS FÍSICOS Y FUNCIONALES En esta primera etapa de la arquitectura de productos, es acomodada a la eslabonadora de alambre en un arreglo de elementos físicos y funcionales, los cuales constituyen los elementos resaltantes de la máquina. El sistema es dividido en doce elementos físicos. En la figura 21, se representa la función que tiene cada elemento físico dentro del dispositivo. 6.3. ESQUEMA DEL SISTEMA Y CREACIÓN DE LOS CLUSTERS CON INTERACCIONES FUNDAMENTALES Se realiza el esquema del sistema y luego se crearon los CLUSTERS partiendo de comportamientos similares, que constituyen los elementos básicos de la familia de productos, para así lograr una variedad de tipos de productos deseados, observar su comportamiento y establecer de ese modo, el tipo de arquitectura del producto a utilizar. Consideraciones para la elaboración de los conjuntos: • Integración geométrica y precisión.

• Cómo se comparten las funciones.

• Similitudes en el diseño o la tecnología de producción.

• Localización de los cambios.

• Adaptaciones de las variantes del producto.

• Posibilitar la estandarización.

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Es de esta forma que se agrupan los elementos y se forman las interacciones fundamentales, donde es planificada y debe ser bien entendida, pues es fundamental para el correcto funcionamiento del sistema, (Figura 22) para empezar a dar un mejor orden al sistema. Figura 21. Representación de los electos físicos con los funcionales.

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Figura 22. Esquema del sistema, agrupación de los clusters e interacciones fundamentales

Clusters

Flujo de Señales Flujo aire Flujo de Material Flujo de Fuerza Flujo de Energía

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El centro principal de las interacciones fundamentales como precisión, la presión de aire, alineación, repetibilidad, etc. Entre los conjuntos, ocurre a partir de la etapa de mando de control y del sistema de control, el cual es guiado para determinar la funcionalidad a partir de las órdenes del usuario y las señales entregadas por los sensores de posición y presencia de algún alambre. A partir de estas señales, toma la decisión de enviar señales hacia el conjunto de actuadores o hacia el conjunto neumático, donde los objetos como los pistones neumáticos y los motores eléctricos, hacen sus funciones en la máquina, dándole el movimiento a algunos objetos del sistema mecánico para que se forme la malla. Todos los conjuntos son determinados a partir de la relación que existe entre las funciones de cada una de las partes, de la relación física, es decir, requieren de estar ubicados cercanamente para el correcto funcionamiento. También es tenido en cuenta, el momento en que el cliente desea realizar alguna adaptación o cambios al sistema, para que cuando se realicen dichos cambios, no causen efectos en gran medida sobre los demás elementos cercanos (elementos que tienen funciones que no se desean modificar). 6.4. DISTRIBUCIÓN GEOMÉTRICA DE LOS COMPONENTES (LAYOUT) La distribución geométrica (Layout), permite determinar si es posible la distribución de los conjuntos en un espacio dado y si es posible mejorar la distribución o agrupar de forma diferente los mismos (Figura 23). Figura 23. Distribución geométrica de los componentes LAYOUT.

Motor principal

Moto-bomba

Tensor Tubería de lubricación

Sharp

Porta platina y cilindro caracol

Pistones de corte Pistón de embrague

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Rodillos que desplazan la malla y la sostienen

Rodillo recolector

Motor PAP del desplazamiento

del sharp

Estructura de la maquina

Uñas mecánicas (Araña)

Motor neumático

Mordaza

PAP de recolección con transmisión por

correa y poleas

Estructura que guía el alambre

Volante de ajuste de mordaza

Panel de control

Domo

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6.5. IDENTIFICACIÓN DE LAS INTERACCIONES INCIDENTALES Las interacciones incidentales, se derivan de la implementación física de elementos funcionales o por la distribución geométrica de los conjuntos (Figura 24). Figura 24. Interacciones Incidentales. La interacción que ocurre entre el sistema central de control y actuadores, con la estructura, es incidental, debido a la vibración y el ruido que es provocado por las partes mecánicas de la estructura y movimientos de los motores, esto puede incidir en un mal funcionamiento de transmisión de las señales de mando y control. Entre el control de mando y el sistema central de control, hay una interacción incidental, debido a la interferencia que hay entre ellos, por las características propias de los botones de mando, entre los cuales se pueden afectar por el continuo contacto y vibración por el usuario.

Estructura Sistema central de Control

Controles de mando

Actuadores

Sensores

Vibraciones Corriente Inversas

Deterioro

Interferencia

Fuente de

Poder Aire

comprimido

Sobre tensión

Interferencia

Interferencia

Sobre tensión

Vibraciones y ruidos

Vibraciones

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La interacción que ocurre entre el control y el sensado, es incidental, debido a las características propias (distancia máxima de sensado) de los sensores, entre los cuales se pueden ver afectados por la interferencia y vibración que provoca el sistema de control cuando la máquina este en movimiento. Entre los actuadores y el sistema central de control, hay interacción incidental, por las corrientes inversas. El deterioro es una interacción incidental, entre el aire comprimido hacia los actuadores neumáticos por desgaste de las mangueras provocando fugas de aire. La interferencia y sobre tensión que se genera debido al carga de la fuente de poder, puede incidir en un mal funcionamiento del sistema de control y de sensado en el momento de enviar o recibir señales de los elementos conectados a él, lo que hace que ésta interacción sea incidental.

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7. DISEÑO INDUSTRIAL En esta etapa del diseño, se busca el desarrollo de conceptos y especificaciones que optimicen la función, valor y apariencia del producto de manera segura, que permita una fácil interacción con los operadores y ofrezca un beneficio mutuo, tanto para los operadores, como para la empresa. Los objetivos que se persiguen en este tema, con el diseño industrial son: � Utilidad : La interfase con el usuario debe ser segura, fácil de usar, e intuitiva.

� Apariencia : Forma, línea, proporciones, y colores se usan para integrar el producto en algo agradable.

� Facilidades de mantenimiento : Debe comunicar de forma sencilla, el cómo debe ser el mantenimiento y la reparación.

� Bajo costo : La forma y las características del producto, influyen en el costo producción.

� Comunicación : El producto debe comunicar la filosofía corporativa y su misión, por medio de la apariencia visual. 7.1. VALORACIÓN DEL DISEÑO INDUSTRIAL Se identifican las necesidades ergonómicas y estéticas de la máquina, encontrando el nivel de importancia en el diseño industrial, donde las necesidades ergonómicas se relacionan con los aspectos de la interfaz de la máquina con los humanos, y las estéticas son relacionadas con el impacto visual del producto. Entre más peso tengan éstas, más relevante será el Diseño Industrial (DI) en el desarrollo exitoso de la máquina.

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7.2. EVALUACIÓN DE LAS NECESIDADES ERGONÓMICAS Y ESTÉTICAS (TENDENCIA DEL PROTOTIPO) Al realizar el presente análisis, se toma el diseño industrial de la planta eslabonadora sin realizar ningún tipo de progreso, de lo cual se resalta la importancia de suplementar las necesidades, y se identifican los dispositivos que se deben reemplazar o perfeccionar. 7.2.1. Análisis ergonómico. Para realizar este tipo de análisis, se recurre a implementar una valoración con una escala de términos bajo, medio, alto, y sus valores intermedios. ¿Qué tan importante es la facilidad de uso? La facilidad de uso tiene un término medio-bajo, debido a que hay ciertas complicaciones a la hora de poder desarrollar la fabricación de la malla, además se presentan obstáculos por la escasa seguridad. ¿En cuanto a la facilidad del mantenimiento? Es un término medio, ya que algunas de sus partes son complicadas para realizar un debido mantenimiento, además hay partes que están demasiado obsoletas, lo cual provoca un mayor problema a la hora del mantenimiento. ¿Cuántas interacciones requiere del usuario para que el producto funcione? Se requiere de varias interacciones con el usuario, debido a que es un sistema mecánico, donde el operario tiene que seguir una serie de pasos para llevar a cabo el trabajo con la máquina. ¿Cuánta novedad involucran esas interacciones? Algunas son novedosas, pero aun así se debe tener en cuenta una reestructuración de algunos sistemas.

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¿Cuáles son los aspectos de seguridad a considerar? Utilizar algún método para evitar cualquier daño al operario, ya que la máquina presenta un grado de inseguridad. 7.2.2. Análisis estéticos. ¿Se requiere diferenciación visual del producto? Si es requerida, ya que un producto con su diferenciación visual es más agradable a la vista y genera orgullo de posesión. ¿cuán importante es el orgullo de posesión la imagen y la moda? En el tema de la máquina, el orgullo es medio-alto, debido a que son sistemas empresariales que requieren de cierta fama, ya que ahí se puede apreciar que el producto es efectivo. ¿Podría la estética del producto motivar al equipo de trabajo? Definitivamente si, ya que un cambio visual y mejorar a la máquina, son factores que pueden generar un sistema más confiable. 7.2.3. Tendencias del prototipo a rediseñar. Se observa que debe tener más peso en el diseño a mejorar, en cuanto a las necesidades ergonómicas, la parte de facilidad de uso y la seguridad de la máquina, aclarando que no se deben omitir las demás necesidades. Para las necesidades estéticas, la diferenciación del producto se debe mejorar y se debe analizar la motivación del grupo y el orgullo de posesión e imagen o moda.

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7.2.4. Ubicación del Dispositivo. Productos dominados por la tecnología: Su beneficio principal está basado en la tecnología o habilidad de acometer una tarea técnica específica. Para el equipo de desarrollo, los requerimientos ingenieriles y técnicos, predominan sobre los otros. Productos dominados por el usuario: Su beneficio principal se deriva de la funcionalidad de su interfase y/o su apariencia estética. Para el equipo de desarrollo, los requerimientos ergonómicos y estéticos predominarán sobre los técnicos. El nuevo producto, debe ser dirigido tanto a la tecnología, como a los usuarios, ya que es el usuario el que debe manejar de forma fácil la máquina, gracias a la tecnología, es por eso que aunque sea automatizada la máquina con base en fuertes fundamentos de tecnología, se deriva de la funcionalidad de su interfase o apariencia estética.

Ergonomía Facilidad de uso

Facilidad de mtto.

Cantidad de interacciones

Novedad de las interacciones

Seguridad

Diferenciación del producto

Orgullo de posesión, imagen o moda

Motivación del grupo

Estética

Bajo Medio Alto

Dispositivo

DD.. TTeeccnnoollooggííaa DD.. UUssuuaarr iioo

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7.3. EVALUACIÓN Y VALORACIÓN DE LA CALIDAD DEL DISEÑO INDUSTRIAL � Calidad de las interfases del usuario. ¿Las características del producto comunican realmente su operación al usuario? • No lo hacen de manera directa, pero comunican al usuario lo que hace, en

pequeñas proporciones. ¿Es el uso del producto intuitivo? • No lo es, ya que éste producto es de manejo un poco complicado. ¿Son todas sus características seguras? • No, hay características que deben ser mejoradas para hacer un sistema más

confiable. ¿Se han identificado todos los usuarios y usos potenciales del producto? • Si, generalmente son empresas fabricantes de mallas. � Requerimientos emocionales. ¿Es el producto atractivo? ¿Es excitante? • Lo es, pero en poca medida. ¿El producto expresa calidad? • Lo hace, pero aun así, hay que mejorar algunas características. ¿Qué imagen viene a la mente cuando se le observa? • Es una máquina de trabajo pesado, que es grande y se requiere de cierto manejo especializado para hacerla funcionar. ¿Inspira orgullo de posesión? • Si inspira orgullo, ya que la máquina trabaja en una buena forma, es potente y esto genera un orgullo hacia ella. ¿Inspira orgullo en el grupo de desarrollo? Si lo hace, ya que la máquina es bastante completa.

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� Facilidades de mantenimiento y reparación. ¿Es el mantenimiento es fácil? • No, el mantenimiento debe hacerse por alguien capacitado. ¿Las características del producto informan efectivamente los procedimientos de ensamble y desensamble? • No, la máquina no es elemental, debido a la complejidad de algunas partes. � Uso Apropiado de los recursos. ¿Es el material seleccionado apropiado (en términos de costo y calidad)? • Si, el material escogido es bastante útil y confiable ante todo. ¿Está el producto sobre-diseñado o sub-diseñado (tiene características que son innecesarias o algunas han sido despreciadas)? • El producto está diseñado de manera correcta. ¿Se han considerado los aspectos ambientales/ecológicos? • Si, se han considerado ya que la máquina no presenta problemas como estos aspectos. � Diferenciación del producto. ¿Podrá un cliente que mire el producto en una tienda, distinguirlo por su apariencia? • No, aun hace falta más diseño para llegar a ese punto. ¿Podrá ser recordado por el cliente cuando lo vea en un comercial? • No, hace falta mas aprecio por parte de los diseñadores. ¿Será reconocido cuando lo vea en la calle? • Difícilmente ya que la máquina posee algunos dispositivos que dificultan su apreciación. ¿La identidad del producto es apropiada o es amplia la identidad de la corporación? • Lo hace en buena medida, ya que la empresa que la posee, es partidaria de mejorar para poder utilizar la máquina de manera más eficientemente.

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Bajo Medio Alto

Facilidades de Mtto. Y Reparación

Calidad de la Interfaz

Requerimientos Emocionales

Uso Apropiado de Recursos

Diferenciación de Producto

• Valoración de Calidad del diseño industrial del prototipo a rediseñar

• Objetivos a Relevar en la Calidad del Diseño de Restructuración de la Eslabonadora de Alambre • Calidad de las interfaces de usuario: La máquina es de fácil uso, debido a que su funcionamiento no posee un alto grado de complejidad, no requiere de capacitaciones y tutoriales para poder hacer uso de él, con una sola explicación del funcionamiento de la máquina es comprendido el manejo. • Facilidades de mantenimiento y reparación: El prototipo es diseñado, pensando en que el mantenimiento debe realizarse en forma minima, debido a que los componentes electrónicos y mecánicos que conforman a la eslabonadora, tienen larga duración y son de fácil ensamblaje. • Uso apropiado de recursos: Para la construcción del dispositivo, es realizado en acero inoxidable, debido a que por condiciones del proceso, se exige que se realice en este tipo de material debido a factores de peso de los elementos de la máquina, aunque tiene un costo elevado. El dispositivo muestra un diseño agradable, y no es contaminante de medio ambiente.

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8. DISEÑO PARA MANUFACTURA Es importante reconocer que la rentabilidad de una empresa se basada en las finanzas, en el manejo económico, estratégico y político, por lo tanto, a la hora del desarrollo de un producto Mecatrónico éstos factores son fundamentales para tener éxito en los negocios. De igual manera, con la elaboración del proyecto, pensado en la elaboración de una máquina eslabonadora de alambre, se ven involucradas las finanzas de la empresa para la que se realiza el diseño, en este caso la empresa Mallas del Cauca LTDA., la cual debe asumir los costos ante el deseo de implementar el diseño expuesto, es por esto que es presentado en este capitulo, un balance general de los costos fijos de cada componente de la máquina. 8.1. DISEÑO PARA ENSAMBLE Debido a los requerimientos de la máquina, específicamente las características de adaptabilidad, se hace necesario que ésta sea construida a partir de las relaciones simples de las piezas de la máquina, lo cual permite una fácil instalación y separación del sistema en caso de que tenga algún daño. 8.1.1. Maximización de la facilidad del ensamble. Este aspecto busca que los ensambles de las piezas que conforman la máquina, sean en lo posible, simples, por tal motivo, se utilizan herramientas comunes y fáciles de usar, para llevar a cabo el ensamble y mantenimiento, como lo son los destornilladores, los alicates, las pinzas y las llaves de boca fija; tratando de utilizar la menor cantidad de herramientas posibles. El diseño de la máquina consta de una estructura resistente y adaptable, en la cual se pueden instalar cada una de las piezas necesarias para el funcionamiento, facilitando el ensamble de cada una de las piezas de los subsistemas de operación. Los elementos de la máquina poseen dimensiones físicas moderadas, lo cual permite facilidad, comodidad y adaptación a la estructura.

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8.2. ESTIMACIÓN DE LOS COSTOS DE MANUFACTURA El análisis de los costos de manufactura son divididos en partes diferentes a estudiar, con el propósito de hacer mas explicita la comprensión, se define que el sistema consta de una parte mecánica, la cual es representada por la estructura de la máquina y soportes alternos necesarios para la tensión y trasmisión del material, y una parte de control, la cual incluye sensores, actuadores y el sistema central de control. Para la parte de la estructura mecánica, es requerido un sistema de inyección de plástico en un molde, con el fin de obtener la estructura para el sistema de control. De igual forma, la misma empresa solicitante del diseño de la Eslabonadora de alambre, asume los costos de ensamble de la estructura, siendo los responsables de la parte metal-mecánica, de esta forma los costos de manufactura correspondientes a la estructura de la máquina no hacen parte de la estimación para la inversión, ya que el trabajo realizado se llevado a cabo por los mismo operarios de la empresa. De esta manera, es presentado un promedio del material requerido para la construcción de dicha estructura. Se resalta que los costos de manufactura correspondientes a los demás elementos requeridos para la fabricación de la máquina, hacen parte del análisis de costos, optando por establecer una reducción de precios, teniendo en cuenta la importancia de mantener la calidad de cada uno de los productos. Actividad que requiere de un estudio minucioso para la identificación y selección de proveedores, los cuales deben ofrecer los materiales y componentes necesarios a precio favorable; posterior a esto, es necesario realizar una selección de componentes alternos que presenten características similares permitiendo adquirir buena calidad a costos moderados. 8.3. COSTO DE COMPONENTES Y MATERIALES Dentro de los componentes y materiales utilizados, son identificados dos tipos de partes, las partes estándar, que son constituidas por componentes presentes en el comercio local, lo cual hace de ellos un punto importante en el desarrollo del diseño de la máquina, ya que el hecho de utilizarlos agiliza tanto la construcción, como también la reparación ante cualquier posible daño, teniendo como característica que la fácil consecución, abarata los costos del dispositivo; por otro lado se encuentran las partes propias, estas son construidas a partir de materia prima y constituyen principalmente la estructura física de la máquina.

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� Partes Estándar: Se requiere la compran componentes electrónicos como Switches, resistencias, condensadores, integrados, cristales de reloj, motores, etc.; y la compra de componentes que forman parte del sistema neumático, como actuadores, electroválvulas, mangueras, y algunas partes mecánicas como tortillería en general, arandelas, remaches etc. � Partes Propias: Son fabricadas según los requerimientos del diseño a partir de materia prima, en esta parte son destacados materiales como lámina de hierro, lámina de acero inoxidable, teflón, acrílico, baquelita, cada uno de estos materiales son transformados en las diferentes partes que componen la estructura física de la máquina, actividad que es realizada mediante procesos de fresado, torno, doblado y soldadura. 8.4 COSTOS FIJOS Tabla 15. Costos del sistema neumático

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Tabla 16. Costos del sistema electrónico y diseño de ingeniería

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Finalmente para estimar los costos totales del sistema se realiza la suma de los costos obtenidos anteriormente, adicionalmente se involucran los costos de los materiales de la parte mecánica. Tabla 17. Costos totales.

8.5. ESTUDIO DE MERCADO Para el estudio de mercado, es realizada una encuesta a la empresa en donde se determina el nivel de importancia de la automatización del proceso, se establecen las condiciones actuales de la máquina y se indaga sobre las expectativas a tener con el nuevo diseño de la máquina (Anexo. B). � Necesidad a satisfacer. Modernizar la planta eslabonadora de alambre, en la empresa Mallas del Cauca Ltda., con el fin de agilizar el proceso de elaboración de la malla de alambre y dar cumplimiento a los contratos de la empresa. � Motivos de compra. Este proyecto, es llevado a cabo, por razones de reestructuración y modernización de las actuales plantas eslabonadoras de alambre en la empresa Mallas del Cauca con el fin de brindar cumplimiento a las obras y contratos establecidos por la empresa. � Factores determinantes en el mercado. La máquina con la que se cuenta actualmente, tiene capacidad de producción de 1 metro lineal de malla, por 3 metros de alto, en un tiempo de 2 minutos y 20 segundos; en cambio los resultados de producción de la nueva máquina se estima que deben ser de 1 metro lineal de malla, por 3 metros de alto, en tan solo 50 segundos, con un trabajo continuo, al mismo tiempo, al ser reprogramada, es capaz de realizar diferentes tipos de dimensiones de mallas sin detener la producción (Tabla 19). Esto implica ventajas para la empresa a la hora de realizar una entrega, dando rápidas reacciones ante pedidos de último momento (Tabla. 18).

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Con el diseño presentado, no se requiere de un operario permanente, solo es indispensable su presencia para la programación, esto implica un ahorro en dinero por concepto de mano de obra. Por otro lado, el diseño de la máquina permite un largo ciclo de vida, a causa de los respectivos mantenimientos, pues presenta un diseño modular que permite el cambio y mantenimiento de piezas y cambios tecnológicos a futuro. Tabla 18. Comparación Antes y Después de la Automatización.

Tabla 19. Datos Materia Prima.

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8.6. ALTERNATIVAS DE REDUCCIÓN DE COSTOS • Los precios conseguidos en el mercado electrónico se puede conseguir más barato de acuerdo a la cantidad requerida. • Se puede modificar el diseño estructural, funcional y electrónico de tal manera que sea modular y no integral. • Negociar los precios de outsourcing. • Encontrar materiales en la estructura y sus piezas que remplacen el material sin que cambie su calidad. 8.6.1. Reducción del costo de los componentes. A continuación se procede a analizar una propuesta para la reducción de costos de los componentes, teniendo en cuenta los beneficios que trae dicha reducción, para los ingresos y egresos financieros de la empresa, sin dejar a un lado la eficiencia en la producción, reducción de tiempo por los elementos utilizados en la máquina.

� Remplazo de elementos o piezas por otras, con características similares de menor costo y sin afectar la calidad.

� Modificaciones en cuanto lo

mecánico de la estructura (material y fabricación).

Reducción del costo de los componentes

Reducción de Elementos Externos Sustitución de Piezas

Presupuesto Eficiencia y Eficacia

� Corte integrado (no requiere de herramientas de corte)

� Sistema de medida de

fabricación de la malla (no requiere de elementos de medición manual)

� Supervisión del operario

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8.6.2. Reducción del costo de ensamble. Analizando en detalle el esquema del prototipo y considerando cada una de sus partes, se llega a la conclusión de que el tipo de sistema diseñado, posee una parte móvil (Sensor de proximidad), con respecto a las demás partes del sistema, teniendo en cuenta que el resto de las piezas ejercen un movimiento especifico desde la posición fija en la estructura, ubicadas entre espacios moderados permitiendo un fácil mantenimiento a la hora de retirar alguna pieza. Para la reducción del costo del ensamblaje se tiene en cuenta: Minimizar el número de partes.

� Eliminar los tornillos por soportes auto ajustable. � Eliminar un electro-válvula para el corte de los dos pistones, ya que por medio de un racor en T sirve para los dos cilindros. Valoración de Arquitectura modular. � Maneja módulos de los puntos críticos del sistema. Guías de ensamble. � Hacer guías para la ubicación de los sensores y la ubicación de las electroválvulas. Eliminar. � Reducción de cables y de mangueras de aire. � Reducir elementos de control Ajustes.

� Crear partes auto-ajustables (Flangs) entre los módulos y las electroválvulas para brindar que el dispositivo pueda ser insertado por arriba y no sea de enroscar una pieza con otra.

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8.6.3. Reducción del Costo de Aseguramiento a la Producción. Con estas nuevas exclusiones, es posible minimizar notablemente la complejidad sistemática del máquina, haciéndolo ligero el diseño, por la eliminación de algunos elementos de la máquina como cables, mangueras de aire, entre otros, obteniendo mucho mas espacio para el posicionamiento de las piezas y así disminuir el tiempo de ensamble, Con este análisis se tiene claro las modificaciones a la máquina, logrando así disminuir el costo de desarrollo y el tiempo de ensamble, asegurando una mayor calidad del producto, haciendo al producto más competitivo y con un mejor manejo de costos. 8.7. REPERCUSIÓN FINANCIERA PARA LA EMPRESA Con la realización del prototipo presentado de la máquina eslabonadora de alambre, la empresa MALLAS DEL CAUCA LTDA., puede obtener un incremento con la estrategia del control automático, de la cual puede lograr un ahorro satisfactorio en cuanto a tiempo de la producción obtenida a diario, además de un ahorro notable en materia prima y en la adquisición de material externo, tal como tijeras, obteniendo una reducción en cuanto a los egresos devengados por la compra del material requerido. El diseño presentado, incluye dentro de las características especiales, la eficiencia tanto del proceso, como de los elementos utilizados para desarrollar dicho proceso, de lo que se obtiene, la oportunidad de realizar procesos largos, sin riesgo al sobrecalentamiento de los elementos. Obteniéndose ganancias satisfactorias en el sector financiero de la empresa. Además del ahorro Económico, la empresa puede experimentar ventajas substanciales de la calidad y de la productividad de las mallas. Disminuye la carga laboral de sus operadores y aumenta la seguridad, tanto del proceso, como de los operarios.

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9. PROTOTIPADO Se realiza una aproximación al producto a través de una o más dimensiones de interés, tomando como base la información obtenida anteriormente, buscando desarrollar un prototipo físico que logre mostrar comportamientos no modelados, comunicar las características y funcionamiento del mismo, para lograr establecer aspectos como velocidad, fricción y precisión, que puedan repercutir en el sistema, que no eran permisibles en posteriores análisis, además este prototipo se presenta de forma parcial, ya que se busca responder a preguntas específicas del desarrollo del producto, no fácilmente observables, como se dijo precedentemente, indagando así, de esta manera detectar fenómenos imprevistos, reducir incertidumbre y validar conceptos. Propósito del prototipo. Hacer una Modelación en 3D prototipo virtual, ya que cuando se empiece el proyecto, se decide el uso de las herramientas de software para poder sospechar el resultado final del sistema, ya que el prototipo virtual permite así presentarlo. Objetivos del prototipo: • Mejorar el sistema, permitiendo un aprendizaje nuevo cada vez que se realicen pruebas sobre él. • Mostrar y demostrar las capacidades del sistema, de modo que se puedan hacer ajustes si el cliente desea algún cambio. • Integrar el sistema Mecatrónico y ver si este responde a las expectativas propias. 9.1. TÉCNICA DE MODELADO Para el prototipado virtual, es utilizado el software de diseño SOLID EDGE Versión 19, el cual permite conocer de ante mano, algunas características importantes a tener en cuenta en el diseño real, además facilita la tarea de rediseño que se realiza a través del transcurso del proyecto, para lograr que el dispositivo obtenga la adaptabilidad y la funcionalidad exigida.

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9.2. PLANEACIÓN DE PROTOTIPO Definir el propósito: • Máquina eslabonadora de alambre. Establecer el grado de aproximación: • Se trata de llegar a un prototipado de forma aproximada y detallada, esto se puede lograr ya que el grado de complejidad del dispositivo lo permite. Describir un plan experimental: • Identificar variables: dimensiones del dispositivo. • Mediciones a realizar: Distancia entre módulos, vibraciones, rozamiento. Se elabora un prototipo de la máquina en sus dimensiones reales y con su grado de complejidad, logrando exponer, de forma completa y poder analizar virtualmente el comportamiento de la piezas en conjunto, comprendiendo la interacción entre sí y observando puntos de interés; el corte del alambre, el mecanizado del trenzado del alambre, la transmisión de movimiento y la ubicación de todos los objetos que posee la eslabonadora de alambre, teniendo así un prototipo de modelación en 3D ya que permite ver el trabajo realizado y poder terminar de manera conjunta el prototipo haciéndolo más optimó y funcional. Además, se diseña el soporte del sistema de control y los circuitos de potencia, con el fin de protegerlos de los agentes externos que le puedan atacar a las tarjetas impresas del circuito de control. Teniendo en cuenta, por precaución que donde deben ser ajustados, el sistema de de control de la máquina y además de la pantalla (LCD) y el teclado matricial, debe estar sometido a agua, polvo y calor, por lo cual es necesario el diseño de una caja contenga el sistema de control y lo aísle de los agentes externos. Esta caja debe ser fabricada en resina, para contener todo el sistema de control.

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Figura 25. Diseño Virtual

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Panel De Control

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10. DISEÑO DETALLADO El diseño detallado, es una fase del proceso del diseño de un producto, en el cual se definen los métodos, formas y características definitivas, para éste caso el prototipo de la máquina eslabonadora de alambre, teniendo en cuenta las especificaciones y funcionalidad del mismo. Para el rediseño de la máquina eslabonadora de alambre, son tenidos en cuenta los siguientes sistemas: • Sistema Mecánico. • Sistema de Control. • Sistema Neumático. 10.1. SISTEMA MECÁNICO El sistema mecánico de este proyecto es bastante complejo, debido a la cantidad de consideraciones que se deben tener en cuenta, al momento de rediseñarlas; respecto a la forma como es realizado el proceso de eslabonamiento de alambre en la actualidad. Esta máquina produce una variedad de mallas con diferentes dimensiones (Figura. 26), lo que quiere decir que para cada abertura, alturas y calibres de fabricación de malla, es necesario realizar un cuadre o ajuste a los parámetros de producción de la máquina, tales como: el cambio de platina y del cilindro helicoidal, el ajuste de la abrazadera para el cilindro helicoidal y la ubicación del alambre en la máquina.

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Figura 26. Calibre del alambre para las mallas.

Las Cercas de la Empresa Mallas del Cauca, se fabrican bajo los más estrictos estándares de calidad que cubren las necesidades, para proteger todo tipo de construcción. Existen dos tipos de alambre para las cercas que se fabrican en mallas del cauca Ltda. (Figura. 27). Figura 27. Tipos de material de fabricación de las cercas.

Malla Ciclónica Galvanizada Capa de zinc uniforme Proceso de Galvanizado con tecnología

de punta.

Malla Ciclónica Plastificada PVC Doble duración contra la

corrosión Color firme Resiste el sol y la intemperie.

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El modelo o forma de diamante proporciona una buena construcción duradera y flexible. La construcción de la malla de tipo diamante brinda fuerza lineal y textura elástica a la cerca (Tabla. 20). Tabla 20. Especificaciones de las malla de la empresa.

El diseño mecánico de la máquina eslabonadora es adaptativo y posee un número de variantes mecánicas importantes a tener en consideración, para el correcto funcionamiento del sistema, evitando una mala manipulación de las mallas y por consiguiente provocando desperdicio en cuanto a tiempo y material en la producción. La malla tipo diamante, está compuesta por varios tipos de alambre, ya sea de acero de carbono, acero limpio o por una aleación de aluminio y son cubiertos por PVC o son galvanizados. En el rediseño del sistema mecánico, son tenidas en cuenta diferentes consideraciones para cada uno de los subsistemas que lo componen, dichas consideraciones están ligadas al aspecto funcional de la máquina y a la adaptabilidad: • Sistema de abastecimiento de materia prima (alambre). • Sistema de tensión y dirección del alambre. • Sistema de trenzado del alambre (forma que se le dan a las tiras de alambre).

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• Sistema de desplazamiento del sensor que determina la longitud de las tiras de alambre. • Sistema de recolección de la malla. • Sistema de soporte de las tiras de alambre trenzadas. • Sistema de corte de las tiras de alambre trenzadas. • Sistema de lubricación del cilindro helicoidal. • Sistema de transmisión de movimiento de la máquina. • Sistema de clutch del motor principal. � Sistema de abastecimiento de materia prima (alambre). Este sistema es conformado por un soporte en el cual son ubicados los rollos de alambre, con el fin de mantener en un punto fijo la materia prima (rollos de alambre), al mismo tiempo brindando seguridad, comodidad y evitando que el alambre se enrede a la hora de ser tensionado (Figura. 28). Este soporte se encuentra elaborado de hierro, con capacidad de soportar gran cantidad de peso; consta de una base estable y resistente, y un eje ubicado en el centro, permitiendo direccionar el alambre hasta el sistema de tensión y dirección. Para el rediseño, se utiliza el mismo soporte y en la base de éste es fijado un sensor, el cual detecta el abastecimiento del alambre, con el fin de determinar la presencia de alambre para la elaboración de la malla, remitiendo como información de detener el proceso de fabricación de la malla, por falta de alambre en el soporte.

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Figura 28. Muestra del soporte del alambre.

Con respecto el peso que debe soportar el sensor, se diseña un tipo de suspensión en la base del soporte, permitiendo la amortiguación del rollo de alambre cuando es abastecido con la materia prima, evitando daños físicos de éste sensor (Figura. 29). Figura 29. Muestra de suspensión del soporte de los rollos de alambre.

Alambre Almacenado.

Base del Soporte.

Eje del Soporte.

Soporte para los rollos.

Resorte de suspensión.

Lámina para el toque del

microswich.

Orificio donde entra el eje del

soporte.

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� Sistema de tensión y dirección del alambre. Este sistema corresponde a un juego de poleas, 2 ubicadas estratégicamente en el inicio de la estructura, las cuales dirigen el alambre desde el soporte hasta el cilindro helicoidal, pasando por tres poleas que tienen la función de tensionar y alinear el alambre, las cuales forman una pieza que va sujeta a la estructura (Figura. 30). Figura 30. Muestra del tensor. Las dos poleas que dirigen el alambre, se encuentran ubicadas en el inicio de la estructura, van desde el soporte del alambre, hasta el tensor. La primera polea que recibe el alambre, se encuentra ubicada en la parte superior sujetada a unos tubos que se desprenden de la misma estructura (Foto. 4). Luego se dirige el alambre a la segunda polea, que se encuentra ubicada mas abajo con relación a la primera y dirige el alambre hacia el tensor (Foto. 5).

Poleas de alineación y

tensión.

Orificio por donde pasa el

alambre.

Alambre tipo PVC tensionado y

alineado.

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Foto 4. Primera polea. Foto 5. Segunda polea.

En lo que respecta al nuevo diseño de la máquina eslabonadora de alambre y el sistema de tensión y dirección, este debe tener la misma función presentada en la actualidad, pero debe ser ajustada a las dimensiones y estética del nuevo diseño; por lo cual, no se altera el proceso desempeñado. � Sistema de trenzado del alambre (forma que se le dan a las tiras de alambre). El sistema de trenzado del alambre, es el encargado de dar forma a cada una de las tiras eslabonadas; dicho alambre llega desde el tensor, al cilindro helicoidal, el cual contiene una platina que gira en su interior, dando forma de diamante al alambre, al que después se le realiza un corte según la altura de la malla deseada (Figura. 31). Este sistema consta de una pieza denominada “porta platina”, a la cual se le es transmitido el movimiento desde el motor por medio de poleas y correa; dicha pieza tiene como función sujetar y al mismo tiempo transmitir el movimiento a la “platina”, parte componente del sistema que gira dentro del caracol, guiando al alambre para que adopte la forma del molde que brinda dicho caracol, siendo éste la forma del diamante de las mallas; el “cilindro helicoidal” o caracol, es una pieza de acero que tiene como objetivo moldear el alambre, para que tome la forma de diamante, por medio de los giros realizados por la platina dentro de él. Este

Direccionamiento del alambre desde el soporte hasta la segunda polea.

Tubos soldados a la estructura.

Direccionamiento del alambre desde la

estructura de la primera polea, hasta el tensor.

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cilindro helicoidal es sujetado por una “mordaza” que consta de dos piezas que tienen la función de prensar el caracol, impidiendo que se mueva y funcione el sistema de forma adecuada. La mordaza, tiene una pieza adicional denominada “volante” o tornillo de rosca en doble sentido, el cual permite ajustar las abrazaderas (mordaza) según las dimensiones del caracol; la mordaza se desplaza por medio de varillas las cuales se encuentran soldadas a la estructura, brindando guía y soporte, de igual forma, la estructura posee un espacio para el deslizamiento de la mordaza al realizar el ajuste. Porta Platina: Pieza que consta de un eje que le transmite el movimiento a la platina, en un extremo tiene una cabeza con una incisión donde es fijada la platina por medio de un tornillo. Pieza elaborada en acero inoxidable, la cual es de gran importancia para el eslabonamiento del alambre.

Platina: Es una pieza, la cual varia de dimensiones según el tipo de diamante a fabricar; es elaborada en acero inoxidable. En cuanto a la forma, los extremos son de perfil curvo, con el fin de moldear al alambre sin crear fisuras; en uno de los extremos posee un orificio para el ajuste con la porta platina.

Eje transmisor de

movimiento.

Cabeza sujetadora.

Incisión.

Orificio para el ajuste de la

platina.

Orificio de ajuste con la porta

platina.

Forma curva para moldear el

alambre.

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Cilindro Helicoidal: También llamado caracol, es la pieza molde de la malla, mantiene en un punto fijo y el alambre pasa por su interior adoptando la forma de éste; los caracoles o cilindros helicoidales, varían de magnitud, según el tipo de diamante escogido para el trenzado de la malla. Igualmente, es una pieza elaborada en acero inoxidable con el fin de tener un largo periodo de duración. En los lados externos, posee unas protuberancias que permiten el deslizamiento por los canales de la mordaza, con el fin de determinar un agarre y ajuste estable.

Especificaciones de un cilindro helicoidal de diamante de 2 ½”.

Protuberancia para ajuste con la mordaza.

Ranuras moldeadoras.

x= a cosφ x=6,403 cos 51,3°

x=4cm

y= a sen φ y=6,403 sen 51,3°

y=5cm

Tang φ =x

y

φ = 1−Tangx

y

φ = 1−Tang 1,25

φ =51,3°

2a = 2x + 2y

a = ( )22 54 +

a =6,403cm

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Mordaza: Es la pieza que sirve de soporte del cilindro helicoidal, la cual tiene como función especifica, ejercer presión para evitar el deslizamiento y daños al proceso de eslabonamiento. La mordaza consta de dos piezas ubicadas una frente a la otra, sirviendo de prensa, las cuales se ajustan según el tamaño requerido por las magnitudes del cilindro helicoidal. Cada pieza posee un canal por el cual se realiza el ajuste y agarre del cilindro helicoidal.

Volante con tornillo de rosca doble sentido: Esta es una pieza que permite realizar el ajuste y desajuste de la mordaza, según lo demandan las magnitudes del cilindro helicoidal. Pieza que consta de un volante o dirección, que sirve de mediador entre la mordaza y el operario para realizar los ajustes pertinentes; pieza que es complementada por un eje de rosca doble sentido, la cual facilita realizar los giros para el ajuste y el desajuste de dicha mordaza.

Canales de agarre. Cavidad para el

tornillo de rosca doble sentido.

Orificios de deslizamiento con

la estructura.

Volante o dirección del tornillo.

Eje roscado en dos direcciones.

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Las piezas ensambladas tienen la función de realizar el proceso de trenzado del alambre; diseño que posee la misma función de la máquina actual de la empresa, solo son realizadas unas reestructuraciones a algunas de sus piezas, principalmente a la mordaza. Este sistema es el más importante del proceso, ya que es el encargado de dar la forma a la malla. Figura 31. Muestra del sistema de trenzado del alambre.

� Sistema de desplazamiento del sensor que determina la altura de las tiras de alambre. Éste sistema tiene como función desplazar el sensor de proximidad a la altura donde se quiere la fabricación de la malla, para detectar el alambre cuando sale del sistema de trenzado (forma de las tiras) y luego cortarlo en la altura precisa. El sistema consta de un motor paso a paso, con transmisión de banda dentada de poliuretano, de paso T20, la banda esta sujeta y fija a un soporte especialmente diseñado para contener y sujetar el sensor sharp, y contiene una guía especial por donde se desplaza a lo largo de la estructura para dar con la altura de fabricación de la malla.

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El sistema esta ubicado en la parte posterior al sistema de soporte de las tiras trenzadas, de manera especial y continua al proceso de la maquina, por medio de una torre que es diseñada para el agarre del sistema y dar soporte y traslación a la malla (Figura. 32). Figura 32. Muestra de la ubicación del sistema de desplazamiento del sensor de proximidad.

Torre para el ajuste del diseño de

desplazamiento. Barras de desplazamiento

del sensor.

Vigas de soporte.

Rodillo móvil.

Lámina de acrílico.

Soporte estructural del sensor.

Orificios donde se

transmite el movimiento y ajuste del

sensor.

Sensor sharp.

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Este diseño es implementado en la máquina, para detectar y saber donde cortar el alambre (altura de fabricación de la malla) que va formando la malla. El sensor se desliza por las barras de desplazamiento diseñadas con una estructura firme, permitiendo ubicarse en la altura seleccionada por el operario para la fabricación de la malla. � Sistema de recolección de la malla. El sistema de recolección de las mallas de alambre, tiene como función, almacenar la malla eslabonada para la entrega al cliente según la cantidad (longitud de la malla) que necesita, además cuando la malla se está trenzando, el sistema de recolección permite tensión a la malla para un mejor funcionamiento de la máquina. Este sistema esta conformado de un rodillo recolector, completamente diseñado para envolver la malla, con un sistema de agarre de las tiras de alambre cundo se es manufacturada la malla, contiene guayas, las cuales se recogen a medida que se trenza la malla (igual al funcionamiento de un metro con un resorte tipo flejes), enrollándose por medio de un motor paso a paso (Figura. 33). El sistema esta ubicado en la parte posterior de la máquina, permitiendo que cuando se elabore la malla se recoja hacia atrás, dando una mejor organización en el espacio que posee la máquina. Figura 33. Muestra del rodillo recolector.

Eje para transmitirle el movimiento.

Rodillo recolector de la malla.

Orificios por donde sale las guayas para el agarre del la

malla.

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� Sistema de soporte de las tiras de alambre trenzadas. Permite darle soporte y tensión a la hora de ser trenzado las tiras de alambre, contiene un mecanismo de “Uñas Mecánicas” diseñadas en la estructura de la máquina, siendo movidas a un giro de 90° por un motor neumát ico, transmitiendo el movimiento por medio de una correa dentada y dos poleas. Su diseño es completamente pensado en la hora de agarrar y tensar las tiras que salen del sistema anterior, donde se le da la forma del alambre para que se trence con la siguiente tira (Figura. 34). Está ubicada horizontalmente al sistema que le da la forma al alambre, posee una estructura resistente y soldada a la máquina Figura 34. Muestra del soporte de las tiras de alambre.

Soporte estructural para las tiras de

alambre.

Alambre ubicado en el soporte o uñas

mecánicas. Diseño para el agarre a la estructura.

Ubicación de la polea para el movimiento del

motor neumático.

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� Sistema de corte de las tiras de alambre trenzadas. El sistema de corte del alambre trenzado, es diseñado con el fin de brindar precisión y generar eficiencia en el proceso de elaboración de la malla, ya que en la actualidad este proceso es llevado a cabo de forma manual, por lo cual se procede a la implementación de un sistema de corte por medio de pistones y cuchillas de acero de alta tensión. Estos elementos son ubicados de forma horizontal en la estructura de la máquina, seguidos al sistema de trenzado, con el propósito de realizar el corte, al momento de determinar la altura deseada de la malla según la longitud de alambre trenzado; para realizar dicha tarea, se requiere del sensor que determina la altura de la malla, el cual determina el momento de ejercer el corte; dos pistones, ubicados uno frente al otro de forma horizontal, sujetados a la estructura por una abrazadera metálica, accionados por una electro-válvula; por ultimo, se requiere de dos cuchillas de acero de alta tensión sujetadas en los extremos de cada pistón. (Figura. 35) El mecanismo de este sistema, consiste en el calculo realizado según la posición del sensor, el cual determina la altura de la malla, para cuando una vez llegado el alambre hasta la longitud deseada, se proceda a realizar el corte, el cual es producido por la salida del vástago que sujeta la cuchilla. Figura 35. Muestra del sistema de corte del alambre.

Alambre doblado con la forma de

diamante Punto de corte.

Cuchillas de corte. Pistones de corte. Electroválvula.

Abrazadera.

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El diseño de este sistema, contribuye a la disminución de perdida de tiempo, además, evita la intervención del operario para realizar el corte de forma manual por medio de tijeras; de esta forma se hace más seguro el proceso de eslabonamiento de la malla y genera eficiencia en el diseño de la máquina. � Sistema de lubricación del cilindro helicoidal. En cuanto a la lubricación de la máquina, ésta posee un sistema de bombeo cíclico, para mantener lubricado y en buen estado de funcionamiento el cilindro helicoidal. Sistema que se encuentra conformado por un contenedor recolector fijo en la estructura (recipiente), una moto-bomba, un sensor de nivel, y una tubería galvanizada por donde se suministra el lubricante al cilindro. Este sistema se encuentra ubicado en la parte inferior de la estructura de la máquina, situada bajo el sistema de trenzado. A este sistema se le realizaron ciertos ajustes al presentado por el modelo de máquina actual, en donde se hace una mejor distribución y ubicación de las tuberías conductoras de lubricante; se es agregado un sensor de nivel, que tiene como objetivo mantener un control del proceso de lubricación e informar sobre la cantidad con que dispone la máquina durante el proceso de eslabonamiento, sensor que es ubicado dentro del contenedor; en cuanto a la ubicación de la moto-bomba, es fijado un espacio en la estructura, para contribuir a un mejor funcionamiento y estética de la máquina (Figura. 36); por ultimo, se presenta una restructuración del recipiente contenedor fijo, adaptando un desagüe en la base, con el fin de desechar el lubricante sucio, pasando a un recipiente removible para facilitar su retiro del sistema. El lubricante utilizado en este proceso consta de un galón de agua, un cuarto de jabón azul y medio litro de ACPM, elementos que son mezclados generando un líquido lubricante ya utilizado por la empresa.

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Figura 36. Muestra de la función del sistema de lubricación.

� Sistema de transmisión de movimiento de la máquina. En la eslabonadora de alambre hay varios sistemas de trasmisión de movimiento, el primero es el del motor principal que transmite el movimiento a la porta platina, para que funcione el sistema de trenzado; el segundo es el de el sensor de proximidad del metal, que se desplaza a la altura que el operario le indica según la malla a fabricar; el tercero es el del motor neumático que maneja las uñas mecánicas, para el soporte y tensión de las tiras de alambre manufacturadas, y el ultimo es el del rodillo recolector que almacena la malla para la entrega al cliente (Figura. 37). El modelo actual de la máquina posee una transmisión de movimiento por ejes y poleas, pero no es el adecuado para la máquina, por problemas de deslizamiento, por lo tanto, se rediseñan los sistemas de transmisión por poleas más aptas, y correas de alta eficiencia a la hora de transmitir movimiento.

Motobomba.

Contenedor de líquido lubricante.

Entrada de lubricante que

viene del recipiente.

Lubricación al cilindro

helicoidal.

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Figura 37. Muestra de los sistemas de transmisión de la máquina.

Poleas para transmitir el

movimiento al rodillo recolector.

Motor paso a paso.

Rodillo recolector.

Motor neumático.

Polea de la porta platina.

Poleas dentadas para la

transmisión de movimiento.

Polea del motor clutch.

SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE LAS UÑAS MECÁNICAS.

SISTEMA DE TRANSMISIÓN DEL RODILLO RECOLECTOR.

SISTEMA DE TRANSMISIÓN DEL MOTOR PRINCIPAL

CLUTCH.

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� Sistema de clutch del motor principal. Este sistema se refiere a la acción de embrague y desembrague del motor, permitiendo ser pausado sin ser apagado, para proceder al corte y recolección de la malla. Sistema compuesto por un motor AC con características especificas para el embrague, de igual forma posee un pistón de simple efecto que realiza dos funciones, enganchar el motor para generar el movimiento a la porta platina, y generar una pausa para ser cortado el alambre a la altura elegida y detectada por el sensor de proximidad. El motor principal y el pistón de embrague, son ubicados en la parte inferior de la estructura. A éste sistema se le diseña una estructura de protección y de agarre de los elementos, provocando una mejor restructuración de la máquina en cuanto al orden físico (Figura. 38). El pistón neumático es accionado por una electroválvula que es controlada en el momento de ser requerido el arranque y la pausa del motor principal, generando movimiento para el funcionamiento de la máquina. Figura 38. Muestra del Sistema de Clutch del Motor principal.

Motor principal.

Pistón para el embrague.

Palanca de embrague.

Estructura.

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10.2. SISTEMA DE CONTROL (DOCUMENTACIÓN ELECTRÓNICA Y DEL SOFTWARE) El subsistema de control componente del proyecto, contiene tres partes que al trabajar dinámicamente posibilitan el correcto funcionamiento del sistema. Estas partes son los sensores, los actuadores y la etapa de procesamiento o de control. � Sensores. Se pueden definir como el puente de comunicación entre lo físico y lo digital, para este caso, son los encargados de establecer el estado actual de todas las variables que influyen en el control de la máquina eslabonadora. Para el diseño de la máquina eslabonadora de alambre, se requiere la utilización de seis sensores en tres características diferentes, según la actividad a realizar, microswitch, reflectivo y capacitivo (Figura. 39). Figura 39. Distribución de sensores.

Sensor de detección de material.

Sensor del domo.

Sensor de nivel para lubricante.

Sensor de continuidad.

Sensor de fin de carrera del motor PAP.

Sensor de proximidad del alambre (desplazamiento a lo

largo de la máquina ubicando la altura a fabricar de malla).

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Sensores de contacto (microswitch). Este tipo de detección brindada por este tipo de sensores, es de utilidad en el diseño para tres objetivos en el funcionamiento de la eslabonadora de alambre, para detectar si hay alambre (materia prima) en el elemento que lo porta, para el domo de la parte de mecanizado de la máquina, y para un fin de carrera a la transmisión de movimiento en el motor paso a paso de proximidad del alambre; con el fin de que cuando la máquina sea encendida, el motor paso a paso arranque en su posición inicial. Éste tipo de sensor, es un conmutador de 2 posiciones con muelle de retorno a la posición de reposo y con una palanca de accionamiento, donde su longitud varia según el modelo elegido. Es usado para la detección de obstáculos por contacto directo entre el mismo obstáculo y la palanca del sensor. El funcionamiento se efectúa al presionar la lámina, el borne común C pasa a conectarse con el borne activado A. Si la lámina no está presionada, el borne C está unido con R (reposo). Foto 6. Muestra del sensor microswitch.

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Foto 7. Conexión del sensor microswitch.

Foto 8. Circuito práctico de conexión del microswitch.

Todos los pulsadores utilizados en la máquina, son microswitch NA (normalmente abierto) donde una de sus terminales es conectada a tierra por medio de una resistencia de 47 ohmios y llevada al mismo tiempo, a una entrada del microcontrolador, el terminal del pulsador es conectado a 5 V.

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Tabla 21. Especificaciones y características de los sensores microswitch.

• Microswitch para el Domo. El microswitch al ser accionado, suministra información al microcontrolador para saber si el domo de la máquina está en estado activo y seguido a esto, dar la señal de seguridad positiva, para generar continuidad al proceso, este sensor debe ser ubicado en la parte superior del perfil de la estructura (Figura. 39). • Microswitch en el soporte del alambre. El microswitch, ubicado en la base del soporte de alambre, requiere de una suspensión que evite daños causados por peso del alambre, teniendo como función especifica, detectar si hay abastecimiento de materia prima, indicándole al microcontrolador la interrupción del proceso hasta que se realice un suministro de alambre, para seguir el proceso. El accionamiento del sensor, es una de las condiciones iniciales para llevar a cabo la fabricación de la malla (Figura. 39).

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• Microswitch de fin de carrera. Aquí es utilizado el microswitch, con el fin de determinar el punto de partida del sensor de proximidad del alambre, hasta la posición deseada (altura de la malla), teniendo en cuenta que cuando la máquina es accionada, el sensor de proximidad debe ser ubicado al estado inicial, para dar información al microcontrolador que el sensor ya esta en disposición para iniciar (Figura. 39).

Sensor de Nivel. Es seleccionado un sensor capacitivo, para el nivel de lubricación de la malla, el cual es ubicado en el recipiente fijo de la estructura, bajo el sistema de mecanizado de la malla (cilindro helicoidal). Un sensor capacitivo es, básicamente, un condensador en el que puede variar cualquiera de los parámetros que definen su capacidad, ya sea área efectiva, distancia entre placas y permisividad del dieléctrico. (Figura. 39). Cuando el líquido de lubricación está en el nivel bajo, penetra en el campo eléctrico que hay entre las placas del sensor, variando el dieléctrico y consecuentemente el valor de capacitancia, emitiendo una señal al microcontrolador para que la máquina se apague y muestre en el LCD que el nivel del lubricante esta bajo, por lo tanto indicara que hay que agregar lubricante al recipiente, el sensor capacitivo que se eligió fue el CJ4-12GM. El sensor tiene como característica la construcción robusta y sencilla, el montaje es enroscado y el trabajo a una temperatura ambiente de 25 - 70ºC (Anexo. C).

139

Tabla 22. Especificaciones de sensor de nivel.

Sensores Reflectivos. Los sensores de objetos por reflexión, están basados en el empleo de una fuente de señal luminosa y una célula receptora del reflejo de esta señal. Hay de diversas sensibilidades, desde los que detectan un objeto cuando está a 5mm de distancia hasta los que, usando haces de infrarrojo modulados, pueden hacerlo a más de un metro de distancia.

140

Para detección a corta distancia se suele utilizar el sensor de reflexión CNY70, de Telefunken, que está especificado en su hoja de datos para detección a 0,3mm, se usa para detectar objetos a 10 ó 20mm. Consta de un diodo emisor de infrarrojos y un fototransistor como elemento sensible. Tiene la ventaja de ser pequeño, compacto y de precio muy accesible. Para distancias mayores existe una serie de detectores de Sharp GP2D12, uno de los más conocidos, capaz de detectar objetos a 80cm de distancia. Tiene interesantes prestaciones integradas. En la máquina eslabonadora de alambre se es utilizado en el diseño, estos dos sensores para las funciones de detectar la proximidad del metal y la continuidad en el tensor. • Sensor de proximidad del alambre (Altura). La selección se hace teniendo en cuenta las características físicas del sistema, en el que este sensor, es transportado por medio de una banda, la cual es movida por el motor paso a paso para detectar la presencia del alambre cuando llega a su altura seleccionada por el fabricante (operario), por lo tanto es seleccionado el Sensor Sharp-GP2D12. Foto 9. Sensor Sharp-GP2D12.

El Sharp GP2D12, es un sensor medidor de distancias por infrarrojos, indica mediante una salida analógica la distancia medida. La tensión de salida varía de forma no lineal cuando se detecta un objeto en una distancia entre 10 y 80cm. La salida esta disponible de forma contínua y su valor es actualizado cada 32ms.

141

Normalmente se conecta esta salida a la entrada de un convertidor analógico digital un Schmitt Trigger (CMOS 40106) y así obtener la salida digital, el cual convierte la distancia en un número que es usado por el microprocesador. Hay que tener en cuenta que la salida no es lineal. El sensor utiliza solo una línea de salida para comunicarse con el procesador principal. El sensor se entrega con un conector de 3 pines. Tensión de funcionamiento 5V, Temperatura funcionamiento: -10 a 60ºC, Consumo Medio: 35mA. Margen de medida 10cm a 80cm (Anexo. D). Foto 10. Bloque de diagrama del sensor GP2D12.

Foto 11. Interpretación de la Emisión de la Señal del sensor Sharp.

142

Tabla 23. Distancia Medida Vs. Distancia Real del Objeto sensor Sharp.

• Sensor de continuidad del alambre. Sensor CNY 70 es utilizado en la parte de detección de continuidad del alambre, ubicado en el tensor (Figura. 39) el cual contiene las tres poleas para alinear, tensionar el alambre y guiarlo al cilindro helicoidal, con el fin de detectar si el alambre esta en continuidad (si no se ha reventado) e informar al microprocesador que detenga la máquina y muestre en el LCD una alarma de falla respecto a la continuidad del alambre. El CNY70 tiene una construcción compacta, dónde el emisor de luz y el receptor, se colocan en la misma dirección para detectar la presencia de un objeto utilizando la reflexión del infrarrojo sobre el objeto. El CNY70 es un dispositivo relativamente pequeño, con forma de cubo y cuatro pines que aloja en su interior un diodo emisor de infrarrojos que trabaja a una longitud de onda de 950nm y un fototransistor (receptor), estando ambos dispuestos en paralelo y apuntando ambos en la misma dirección, la distancia entre emisor y receptor es de 2.8mm y están separados del frontal del encapsulado por 1mm (Anexo. E).

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Foto 12. Sensor CNY70. Características • No necesita ningún ambiente especial. • Señal de salida alta. • El coeficiente de temperatura bajo. • Detector provisto de filtro óptico. • Tamb = 25ºC, si no se especifica otra. • Rango de operación: 2 - 20mm. El fototransistor debe conducir, cuando el emisor capte por su base, la salida de éste dispositivo es analógica y viene determinada por la cantidad de luz reflejada, para tener una salida digital se pone un disparador Schmitt Trigger (CMOS 40106) y obtener la salida digital. Foto 13. Funcionamiento del Sensor CNY70.

Fototransistor.

Diodo emisor de infrarrojo.

144

Foto 14. Circuito práctico del Sensor CNY70.

Tabla 24. Valores Máximos y Absolutos Sensor CNY70.

145

Características Eléctricas (T amb = 25ºC)

• Disparador Schmitt Trigger CD40106BCN. El disparador Schmitt Trigger CD40106BCN es una compuerta inversora conformadora de nivel, es seleccionada, ya que permite obtener una señal de los sensores y su salida al microcontrolador, corrigiendo ruido presentado por las interrupciones (antirrebote) y también para obtener una señal digital. Especificaciones • Wide supply voltage range: 3V to 15V • High noise immunity: 0.7 VDD (typ.) • Low power TTL compatibility: Fan out of 2 driving 74L or 1 driving 74LS • Hysteresis: 0.4 VDD (typ), 0.2 VDD guaranteed • Equivalent to MM74C14 • Equivalent to MC14584B

146

Foto 15. Schmitt Trigger CD40106BCN.

Tabla 25. Características eléctricas del Schmitt Trigger.

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� Actuadores eléctricos. Cumplen la función de ejecutar las órdenes suministradas por el microcontrolador, inicialmente se había planteado el uso de un solo actuador, a medida que se fue enfrentando el proyecto, fueron apareciendo nuevas ideas para el mejoramiento del diseño presentado, por lo cual se hizo necesario el uso de dos actuadores adicionales (Figura. 40). • Actuador principal (motor clutch). • Motor paso a paso para ubicar el sensor de proximidad del alambre. • Motor paso a paso para recolectar la malla. • Motobomba. Figura 40. Ubicación de los motores eléctricos.

Actuador principal (Motor Clutch). El motor principal de la eslabonadora de alambre, se trata de un motor Clutch, la función del sistema de “Clutch” es para mantener el motor prendido o neutro, mientras la máquina se encuentra efectuando los demás procesos, ya que se necesita estar pausado el motor muchas veces y no se pude estar apagando y prendiendo, porque consume mucha energía y este problema se puede evitar con la utilización de este motor. El motor Clutch seleccionado, tiene como características técnicas la alimentación de 110v, 1HP/750W, 2850 RPM; Con cables y tecla de encendido originales de fábrica (Anexo. F).

Motor principal clutch.

Motor PAP para el desplazamiento del

sensor de proximidad

Motor paso a paso del

rodillo recolector.

Motobomba.

148

Foto 16. Motor clutch.

La función del motor Clutch, es de generar movimiento cuando el sensor de proximidad llegue a la atura indicada para la fabricación de la malla, por lo tanto el motor es embragado haciendo que se mueva la porta platina, doblando el alambre en la forma del diamante de la malla a fabricar. Para escoger el motor han sido tenidas en cuenta las necesidades requeridas del sistema y las características particulares del proceso. De donde se escoge un motor que cumpla con todos éstos requerimientos, por lo tanto se hacen cálculos para identificar la elección del motor adecuado. Cálculos para la Elección del Motor Clutch Una de las necesidades de la máquina, es poder eslabonar tiras de alambre en corto tiempo, por lo tanto se tiene el rango de poder obtener una de 3 metros de alto aproximadamente en un segundo, por lo cual, al hacer los cálculos para la fabricación de una malla de diamante de 2 ½” y de 3 x 3 metros de alto y largo, se obtiene que el motor tiene una capacidad de: Tomando como guía una muestra de tira eslabonada de 32cm de largo de la empresa, se tiene que para obtener esta longitud el motor debe realizar cuatro revoluciones por segundo, de ahí que:

x

voluciones

cm

cm Re4

300

32 =

x

volucionesRe4106,0 =

300cm = atura a fabricar. 32cm = referencia.

149

106,0

Re4 volucionesx =

volucionesx Re5,37=

Llegando a la conclusión, que el motor debe dar aproximadamente 38 Revoluciones por segundo, para eslabonar una tira de 3 metros Ahora, para saber cuantas revoluciones debe efectuar el motor por minuto:

sgvRPM 60Re38 ×= 2280=RPM Obteniendo que son necesarias 2280 RPM del motor, para poder suplir la necesidad requerida por el diseño de la máquina eslabonadora de alambre, de lo cual, el motor escogido no presenta alteraciones en la capacidad de revoluciones, ya que el motor seleccionado ofrece 2850 RPM, siendo un valor superior a requerido. Por otra parte, teniendo como referencia la misma muestra, se obtiene que 20 tiras trenzadas equivalen a un metro de largo de malla, por lo tanto, para la fabricación de un largo de 3 metros de malla con diamante 2 ½” son necesarias 60 tiras, concluyendo que, 60 tiras requieren de 2250 Revoluciones por segundo, es decir un total de 135000 RPM que debe realizar el motor. Otra necesidad requerida, es la fuerza que debe tener el motor para mover un determinado peso, obteniendo que el peso que debe mover sea: Tomando como guía el peso de una barra maciza de acero de 44cm de largo, 2,5cm de diámetro y peso de 2Lb, simulando el eje de la porta platina, con el fin de obtener un valor aproximado al peso que debe mover el motor, sumado la cabeza del eje y la platina, de ahí que:

x

Lb

cm

cm 23844 =

x

Lb21578,1 =

Medidas de la porta platina de la máquina.

38cm

12cm

Diámetro 8cm

Diámetro 4cm

150

1578,12Lb

x = lbx 73,1=

Para simular el peso de la muestra con un diámetro de 4cm, se tiene lo siguiente:

x

Lb

cm

cm 73,145,2 =

x

Lb73,1625,0 =

625,0

73,1 Lbx =

Lbx 768,2=

Concluyendo que el peso aproximado del eje de la porta platina es de 2,768Lb. Ahora, para saber cual es el peso de la cabeza de la porta platina, se hace lo siguiente:

x

Lb

cm

cm 2

12

44 =

x

Lb266,3 =

66,3

2Lbx =

Lbx 545,0=

Para calcular el peso real de la cabeza porta platina con el diámetro de 8cm, se obtiene que es de:

4cm = Diámetro del eje. 2,5cm = Diámetro de muestra.

44cm = Largo de muestra. 12cm = Largo de la cabeza.

2Lb = peso de muestra.

151

x

Lb

cm

cm 545,0

8

5,2 =

x

Lb545,03125,0 =

Lbx 744,1=

Por lo anterior, se puede ultimar que el peso de la cabeza de la porta platina es de 1,744Lb. Ahora, estimando que el peso de la platina varia según el diamante a fabricar, no superando los 0,5Lb. Se puede concluir que el peso total, que debe ser movido por el motor es aproximadamente de 3kg, siendo un rango de valor medio para seleccionar el motor. Es necesario identificar el torque y la fuerza que debe transmitir el motor, para afirmar que el motor elegido, es el adecuado. Teniendo en cuenta que el motor posee 1HP/750W, se puede decir que el torque del motor elegido es de:

=N

PT 63000 ( )inLb.

=2850

163000T ( )inLb.

inLbT .105,22=

La transmisión de movimiento por el motor, es realizada por poleas, por lo tanto se tiene que:

2,5cm = Diámetro de muestra.

8cm = Diámetro de cabeza.

0,545Lb = peso de la cabeza con diámetro de muestra.

P = Potencia del motor. N = RPM de motor.

B

Sentido de Rotación

A

F1>F2

F1

F2

FB=F1+F2

Sentido de Rotación

F1

F2

152

A=Polea del motor. B=Polea del eje porta platina. FB=Fuerza de reflexión para el eje. C=Constante para relacionar las dos fuerzas. Para las poleas en V, seleccionadas en este caso, para la transmisión del movimiento, por el uso en el sector industrial y el ajuste con la correa el cual brinda un agarre adecuado para el movimiento circular: 52/1 =FF

FNCFB ×=

=2/D

TFN

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

251 FF =

5,124

26

125

225

21

21 ==−+=

−+=

F

F

FF

FF

FF

FFC

5,1=C

FNFB ×= 5,1

=2/

5,1D

TFB

D=diámetro de la polea a trasmitir el movimiento, 7cm = 2,75in T=torque del motor.

Lbin

inLbFB 11,24

2/75,2

.105,225,1 =

=

LbFB 11,24=

Con base a los cálculos efectuados, se llega a la conclusión que las características presentadas por el motor seleccionado, están por encima de las especificaciones requeridas para la función a desempeñar el motor.

D

Polea

153

Las características presentadas por el motor escogido, sirven para enfrentar los requerimientos específicos del diseño de la máquina, para la ejecución del proceso de eslabonamiento de mallas; de igual forma, son características que superan los requerimientos pensados hacia futuras mejoras, en cuanto a capacidades del proceso a desarrollar, peso que debe soportar el motor, fuerza que debe ejercer y revoluciones por minuto que debe realizar. Foto 17. Muestra de la conexión del motor y la polea de transmisión.

Motor paso a paso para ubicar el sensor de proximidad del alambre. En el diseño se ha decidido implementar un motor paso a paso para generar el movimiento de la banda que traslada el sensor sharp, para determinar la proximidad del alambre. La distancia a recorrer esta dada por la altura máxima de la malla a fabricar, que es 3 metros máximo, por lo tanto la correa tiene una longitud de vuelta completa de 607cm y de ancho 2,5cm para transportar el sensor que pesa aproximadamente entre 80g y 120g junto con el diseño del soporte, teniendo en cuenta que éste valor no puede ser elevado, ya que se descuelga la correa en la trayectoria de la transmisión del sensor. El motor paso a paso es implementado para transmita movimiento por medio de la correa, permitiendo transportar el sensor sharp, que detecta la proximidad del alambre a la altura que se desea fabricar, con el fin de no sobrepasar la medida indicada y estar realizando el sondeo de la señal al microprocesador cada vez que sea eslabonada una tira. El tiempo al que se transporta la correa debe ser entre 14s mínimo y 16s máximo, por 3 metro a recorrer (cálculo promediado y cronometrado por simulación de movimiento, mediante juicio propio), por lo tanto la velocidad oscila entre 0,1875 m/s. Se espera que el arranque sea suave y constante. La transmisión de

154

movimiento del motor a la correa, se hace por medio de poleas, haciendo uso de rodamientos, abrazaderas y tornillos. El tipo de motor a utilizar, es un paso a paso con conexión unipolar y una desviación angular de 1.8°, permitiendo mover el so porte y sensor, concluyendo que el torque que debe tener el motor, sea mayor al peso que se desea mover, por consiguiente el motor con referencia PK 243-03BA posee un torque de 0,16Nm permitiendo suplir las características y necesidades requeridas para éste proceso (Anexo. G). En la tabla 26 se muestran las especificaciones del motor paso a paso elegido. Tabla 26. Especificaciones del motor para el desplazamiento del sensor de proximidad.

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Definiendo el por qué de la sección del motor paso a paso con referencia PK 243-03BA, se llega a la conclusión que esta referencia cumple en primer lugar con el torque requerido en el sistema y el voltaje disponible para el diseño de éste motor; de igual forma se tiene en cuenta que el peso que mueve no es superior a la fuerza que el transmite para poder moverlo.

Motor paso a paso para recolectar la malla. Para el diseño de recolectar la malla de alambre para la entrega al cliente, se ha decidido implementar un motor paso a paso para generar el movimiento del rodillo recolector que envuelve la malla que se va eslabonando. Para lo cual, se recurre la utilización de un eje que transmite el movimiento generado por el motor el cual va suspendido de manera móvil a la estructura, junto con un cilindro grueso de cartón, con el objetivo para

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facilitar la recolección de la malla, automatizando la parte correspondiente a la recolección de la entrega de la malla del proceso actual. El cilindro de cartón posee 2 aberturas por donde salen las guayas que se contraen y recogen la malla de manera secuencial según el numero de tiras trenzadas; guayas que se encuentran sujetas al eje que transmite el movimiento al cilindro, estas guayas sujetan a la malla con un gancho que le permiten un ajuste y arrastre seguro hacia el cilindro. Se opta por un motor paso a paso, ya que se requiere que la realización de éste proceso, sea proporcional a la cantidad de malla eslabonada. El peso máximo que debe ser movido por este motor es de 94,8936Kg, valor que corresponde al peso de un rollo de malla de 3m de alto por 30mt de largo, capacidad máxima de elaboración de la malla. Este valor es obtenido a partir del cálculo: Para un alambre de calibre 12 = 0,2mm El peso de 32cm de tira eslabonada equivale a 16,87gr. 20 tiras es un metro de largo con diamante 2 ½”.

x

gr

cm

cm 87,16

300

32 =

grx 156,158= Esto equivale al valor de una tira de 3 metros de alambre eslabonado. El cálculo que se requiere, es hallar el peso total de una malla de 3 metros de alto por 1 metro de largo.

20156,158 ×= grx grx 125,3163= El peso total de una malla de 3 metros de alto por un metro de largo es de 3163,125gr.

157

Ahora, si 20 tiras equivalen a un metro, entonces 600 tiras son 30 metros de largo (capacidad máxima de la fabricación de malla por la máquina) y su peso equivale a:

600156,158 ×= grx kggrx 8936,946,94893 == A este peso, debe ser sumado el peso del eje y del cilindro en el que se va envolver la malla, para definir el torque que debe poseer el motor a escoger, aproximadamente oscila entre 4 a 8 kilogramos, por lo tanto el valor total del peso que debe mover el motor aproximadamente es de 102,8936kg. El tipo de motor a utilizar, es un paso a paso con conexión unipolar y una desviación angular de 1.8°, permitiendo recolectar la malla que se manufactura en la eslabonadora de alambre, concluyendo que el torque que debe tener el motor, sea mayor al peso que se debe recolectar, por consiguiente los motores de la marca Dimexar poseen altos torques permitiendo suplir las características y necesidades requeridas para éste proceso. A continuación se muestran las especificaciones del los motores. Los motores paso a paso de dimexar vienen con nema 08 hasta nema 43, torques disponibles desde 180g-cm hasta 24Nm voltajes desde 5vcc hasta 320vcc, con disponibilidad de 4 cables, 6 cables y 8 cables. Seleccionando un motor paso a paso con características como: 1,8° de paso, un torque de 21Nm, con dimensiones de (110 x 110 x 150) milímetros, unipolar. Llegando a la conclusión que éste motor cumple en primer lugar con el torque requerido en el sistema, teniendo en cuenta que el peso que mueve no es superior a la fuerza que el transmite para poder moverlo. Foto 18. Muestra del los motores Paso a Paso.

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• Descripción de la conexión de los motores paso a paso. Un motor Paso a Paso se diferencia de un motor convencional porque puede posicionar su eje en estados fijos o pasos. Esto es debido a la construcción del motor en si, teniendo por un lado el rotor constituido por un imán permanente y por el otro el estator construido por bobinas. Algunos motores paso a paso, tienen los bobinados de tal manera que en función de puentes pueden convertirse en unipolares o bipolares. Lo más importante de un motor, es saber el tipo, la potencia, el número de pasos, el par de fuerza, la tensión de alimentación. En los motores unipolares, el punto medio de ambos bobinados es alimentado eléctricamente por uno de los polos y el otro polo de alimentación se aplica a los diferentes terminales de los bobinados, siguiendo un determinado ritmo que hace que el motor funcione en determinada dirección y velocidad. Foto 19. Muestra del la conexión de los motores Paso a Paso unipolares.

Para controlar los motores paso a paso se usa transistores montados en configuración Darlington o un circuito integrado que ya los lleva en su interior aunque la corriente que aguanta este integrado es baja y para controlar un motor mas potente se debe montar el circuito de control a base de transistores de potencia. Para el funcionamiento del un motor unipolar, uno de los sistemas mas sencillos y económicos es hacerlo funcionar a través de un circuito integrado denominado ULN2003.

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Foto 20. Esquema de uso del ULN2003 para un motor unipolar.

Las entradas son TTL y se activan a nivel alto, también disponen de resistencias de polarización internas con lo que no deberemos de preocuparnos de esto y podremos dejar "al aire" las entradas no utilizadas. Las salidas son en colector abierto. El ULN2003A, es un circuito integrado compuesto por una serie de componentes tipo Darligton con las siguientes características básicas: • Tensión máxima de entrada 30 Vlts • Tensión máxima de salida 50 Vlts • Intensidad máxima de salida 500 mA • Potencia máxima disipable 1 W Si se trabaja con un ULN2003, hay que tener en cuenta que este circuito integrado trabaja con lógica negativa, por lo que la señal binaria enviada por el microcontrolador es invertida por el ULN2003 Otro tema importante a tener en cuenta, es la rutina de tiempo entre diversas instrucciones, esta rutina debe de ser de aproximadamente 350 milisegundos para que el giro del motor tenga un régimen continuo y sin saltos.

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Foto 21. Diagrama del integrado ULN2003 y Esquemático del driver de potencia tipo.

Tabla 27. Características del ULN2003.

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Motobomba. La motobomba de serie PKM 60, elegida para la lubricación del mecanizado de la malla, es la misma que tiene la máquina actual, por sus características y fácil adaptación. Es una electro-bomba con impulsor de tipo periférico, es denominada así porque en la periferia del impulsor se encuentran muchos alabes radiales que aumentan la energía del fluido bombeado. El perfilado de los alabes suministra al fluido en aspiración, un movimiento rápido de recirculación radial entre los alabes del impulsor y el cuerpo de bomba. Ésta particularidad le permite al fluido aumentar progresivamente la presión durante el recorrido de la conexión de aspiración, a la conexión de descarga, con el fin de

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obtener un flujo regular y no a pulsación, y altas presiones con curvas particularmente inclinadas (Anexo. H). La motobomba debe estar bombeando continuamente al proceso de mecanizado, lubricando el alambre cuando es doblado a la forma del diamante para la fabricación de la malla a realiza. Tabla 28. Especificaciones de la motobomba. Para poder controlar la motobomba con el microcontrolador, se propone un diseño de interfaz de fuerza basadas en dispositivos capaces de accionar potencia a partir de señales débiles, a esto debe agregarse sistemas de protección y aislamiento que permitan separar físicamente la parte lógica de la parte de potencia. El Triac es un dispositivo semiconductor que pertenece a la familia de los dispositivos de control por tiristores, es en esencia la conexión de dos tiristores en paralelo, pero conectados en sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta.

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Foto 22. Triac BTB08-600B.

El triac, sólo se utiliza en corriente alterna y al igual que el tiristor se dispara por la compuerta. Como el Triac funciona en corriente alterna, habrá una parte de la onda que será positiva y otra negativa, para ello se utiliza el BTB08-600B con características aptas para el circuito de potencia. Tabla 29. Características del Triac.

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El Optoacoplador es un dispositivo que se compone de un diodo LED y un fototransistor, de manera de que cuando el diodo LED emite luz, ilumine el fototransistor y conduzca. Estos dos elementos están acoplados de la forma más eficiente posible. Foto 23. Optoacoplador MOC3012.

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La corriente de salida IC (corriente de colector del fototransistor) es proporcional a la corriente de entrada IF (corriente en el diodo LED); La relación entre estas dos corrientes, se llama razón de transferencia de corriente (CTR) y depende de la temperatura ambiente, la corriente de colector en el fototransistor, es mayor para la misma corriente IF (la corriente por el diodo LED). El optoacoplador es un dispositivo sensible a la frecuencia, este elemento puede sustituir a dispositivos electromecánicos como relés o conmutadores. De esta manera se eliminan los golpes, se mejora la velocidad de conmutación y hay poca necesidad de mantenimiento. Para el circuito de potencia de la motobomba se utiliza el optoacoplador MOC3012 con las siguientes características. Tabla 30. Características del optoacoplador.

En la figura 41 se muestra el circuito de potencia para la conectar la motobomba con el PIC, donde la señal digital proveniente del puerto del PIC, es limitada en corriente y aplicada al cátodo del LED interno del optoacoplador. El ánodo de ese diodo es cableado a MASA digital (pin del puerto del PIC). El brillo producido por el LED acciona el Triac del opto, que, a su vez, acciona el triac de potencia, la red RC conectada en paralelo con el triac de potencia limita la velocidad de evolución de la tensión ante cargas inductivas. El optoacoplador, incluye en su interior un circuito de detección de cruce por cero (denominado ZCC), este sistema hace que la conmutación sea posible sólo cuando el semiciclo de la corriente alterna se encuentra en 0V. El optoacoplador es un MOC3012 y el triac un BTB08-600B, es indispensable montar el Triac en un buen disipador térmico.

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Figura 41. Circuito de potencia para la motobomba.

� Teclado Matricial. Es seleccionado un teclado matricial, para la comunicación del operario con la máquina y dar el control del sistema, siendo un dispositivo de entrada de datos, la cual consta de 16 teclas o pulsadores, dispuestos e interconectados en filas y columnas. Dispone de un conector SIL (Single In Line) macho de 8 pines que corresponden con las cuatro filas y las cuatro columnas de las que dispone. En la figura 42, se observa el esquema de conexión interno del teclado matricial y sus correspondientes pines de salida. Cuando se presiona un pulsador, se conecta a una fila con una columna, se debe tener en cuenta, que éste hecho es fácil averiguar que tecla fue pulsada. También se puede ver la conexión con el puerto B del microcontrolador. Las resistencias de 2k son necesarias para poder compartir el puerto del microcontrolador independientemente del teclado, para poder que no se cortocircuiten accidentalmente las salidas de los puertos, provocando su destrucción, si se pulsa alguna tecla, es en ese momento con lo que al poner estas resistencias se evita este hecho y así si se produjera el cortocircuito tan solo circularía una pequeña corriente y el puerto del microcontrolador no correría ningún riesgo de daño.

110v

Motobomba

MOCC3012

BTB08-600B

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Figura 42. Teclado matricial 4x4.

� Modulo LCD. Los módulos LCD o pantallas de cristal líquido, tienen la capacidad de mostrar cualquier carácter alfa numérico. Estos dispositivos ya vienen con su pantalla y toda la lógica de control pre-programada en la fábrica y el consumo de corriente es mínimo y no se tiene que organizar tablas especiales. Las aplicaciones de los módulos LCD son infinitas, ya que pueden ser aplicados a la informática, comunicaciones, telefonía, instrumentación, robótica, equipos industriales, etc. Por lo tanto es seleccionado un módulo LCD para la eslabonadora de alambre, en el sistema de comunicación al operario para el debido control de la maquina. Foto 24. Modulo LCD.

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El módulo LCD es capaz de representar 2 líneas de 16 caracteres cada una. A través de 8 líneas de datos se le envía el carácter ASCII que se desea visualizar, así como ciertos códigos de control que permiten realizar diferentes efectos de visualización; Igualmente mediante estas líneas de datos el módulo devuelve información de su estado interno, con otras tres señales adicionales se controla el flujo de información entre el módulo LCD y el equipo informática que lo gestiona. En la figura 43, se observan las especificaciones del LCD y las conexiones del puerto D del microcontrolador. Figura 43. Especificaciones del LCD. � Selección de unidad de procesamiento (Microcontrolador). Los microcontroladores de Microchip, tienen dispositivos de 8 y 16 bit y DSPS (Procesadores digitales de señal); entre los de 8 bit distingue 3 gamas (baja, media y alta). Un microcontrolador brinda las siguientes posibilidades: • Economía. • Mayor flexibilidad en la configuración de Entradas y Salidas. • Desarrollo de tecnología a nivel nacional. • Existe una amplia disponibilidad en el mercado. • Permite implementación de comunicación. • La programación se puede realizar en lenguaje C. • Es diseñado para aplicaciones industriales. • Se tiene experiencia en el manejo para su implementación. • Es una herramienta fiable y flexible. • Alta velocidad de funcionamiento.

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Foto 25. Diagrama del PIC 16F877. Por todas las ventajas anteriores es definido que el desarrollo del programa de control, se ejecuta con un PIC, específicamente el PIC16F877 (Anexo. I), como unidad de procesamiento, debido a que sus características permiten suplir las necesidades del sistema sin incurrir en el diseño. Para el diseño del circuito de control, se procura en lo posible tomar el mayor número de seguridades, con el fin de obtener un sistema confiable; para ello son realizados montajes de simulaciones por software (proteus). Para el PIC16F877 se hizo la distribución de entradas y salidas utilizando todos los puertos (Tabla. 31). Tabla 31. Asignación de puertos del PIC 16F877.

PUERTO PIC16F877 ENTRADA SALIDA DESCRIPCIÓN

RA0 X Motor paso a paso del rodillo 1 RA1 X Motor paso a paso del rodillo 2 RA2 X Motor paso a paso del rodillo 3 RA3 X Motor paso a paso del rodillo 4

RA4 X Sensor de proximidad del alambre (Metal)

RA5 X Electroválvula de Pistón de embrague RB0 X Teclado RB1 X Teclado RB2 X Teclado RB3 X Teclado RB4 X Teclado RB5 X Teclado RB6 X Teclado RB7 X Teclado RC0 X Sensor del soporte del alambre

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RC1 X Sensor de continuidad RC2 X Sensor de nivel

RC3 X Final de carrera para el motor PAP de ubicación del sensor de proximidad

RC4 X Sensor del domo RC5 X Motor PAP de ubicación del sensor 1 RC6 X Motor PAP de ubicación del sensor 2 RC7 X Motor PAP de ubicación del sensor 3 RD0 X LCD RD1 X LCD RD2 X LCD RD3 X LCD RD4 X Motor PAP de ubicación del sensor 4 RD5 X LCD RD6 X LCD RD7 X LCD RE0 X Electroválvula de los pistones de corte RE1 X Electroválvula del actuador rotativo RE2 X Motobomba

• Salidas del sistema. Las salidas del sistema son realizadas por medio de circuitos de potencia, los cuales brindan una confiabilidad y seguridad a la tarjeta en cuanto al asilamiento óptico, corrientes parásitas y acople de voltajes que influyan en el comportamiento correcto de la máquina. • Entradas del sistema. Las entradas para el sistema, son los sensores mencionados con anterioridad y los pulsadores del teclado matricial, los pulsadores debido a que son accionamientos mecánicos, se les es realizado un circuito antirrobote para evitar señales erróneas que impidan el correcto funcionamiento del sistema. • Selección del cristal u oscilador de frecuencia. Todo microprocesador o microcontrolador, requiere de un circuito que le indique a que velocidad que debe trabajar. Este circuito es conocido como un oscilador de frecuencia; este oscilador es como el motor del microcontrolador, por lo tanto, éste circuito no debe faltar. En el caso del microcontrolador PIC16F877 el pin 13 y el pin 14 son utilizados para introducir la frecuencia del reloj (Figura. 44).

171

El microcontrolador PIC16F877, requiere de un circuito externo de oscilación o generador de pulsos de reloj. La frecuencia de reloj máxima es de 20 Mhz. El tipo de oscilador, depende de la precisión, velocidad y potencia que se requiere, por lo tanto, para el proyecto es necesario un oscilador de tipo "HS" (High Speed), porque la frecuencia es alta y hay mayor velocidad, por lo tanto a mayor velocidad, mejor y más rápida es la verificación de el estado de los sensores y del sistema de la máquina eslabonadora de alambre. Figura 44. Diagrama de conexión del cristal a PIC 16F877.

� Fuente de poder. La fuente de alimentación o de poder, es un montaje eléctrico/electrónico capaz de transformar la corriente de la red eléctrica, en una corriente que el microprocesador pueda soportar (Figura. 45). Es utilizada para la alimentación de la máquina eslabonadora de alambre, una fuente de poder Switching power supply, donde tiene como característica de entregar distintas líneas de voltaje que necesitan los elementos de la máquina (5v y 12v), la fuente es delgada, ligera y versátil. También brinda ayuda en la protección de los elementos, aislando las altas tensiones de corriente con sus circuitos de potencia que tiene internamente.

Circuito del oscilador del PIC

172

Figura 45. Fuente de alimentación Switching power supply. Conexión de dispositivos. La conexión de los elementos de la máquina, están totalmente pensados en su adaptación a eslabonadora de alambre; para instalar la fuente de alimentación, se necesita un destornillador de punta de estrella. Primero se ubica la fuente en su sitio diseñado en la máquina, asegurando que los agujeros de los tornillos, coinciden exactamente con los de la caja. Una vez hecho esto, se atornilla la fuente, luego se conecta la alimentación a la cada uno de los elementos por medio de los cables de la fuente. Un punto a comentar, es que solo hay una manera posible para realizar la conexión de alimentación a los dispositivos, Nunca se debe forzar un dispositivo. Tras realizar todas las conexiones, se revisan y se enciende la máquina. La fuente es manejada con una entrada de 100/120VAC a 4A y de salida 5VDC / 18A y 12VCD / 4.2A. Foto 26 . Cables de conexión de la fuente.

173

Foto 27. Conexión de la fuente.

Indicaciones especificaciones para tener en cuenta, para garantizar una correcta conexión de la fuente de poder que genere un buen funcionamiento de la máquina eslabonadora de alambre. � Desarrollo y software de control de la eslabonadora de alambre. Para programar el Software de Control, es utilizado MPLAB IDE V7.51 de la Microchip y el compilador de lenguaje PIC-C, herramientas fundamentales para el desarrollo del control. El algoritmo utilizado, se basa en una estructura secuencial, y unos parámetros de funcionamiento regulares de la máquina eslabonadora de alambre, utilizando prioridades que permitan al sistema actuar correctamente frente a situaciones especificas y/o criticas. Para explicar con mayor claridad se elabora una matriz de requerimientos del software, diagrama de casos de uso y el diagrama de flujo del proceso, los cuales explican de manera clara la filosofía de funcionamiento y dinámica del algoritmo utilizado.

Cables de conexión a los elementos de

la máquina.

Conexión macho para los 110v de

entrada.

ON/OFF de la fuente.

Ventilación de la fuente.

Conexión hembra para los 110v de

salida (motobomba y

motor principal).

174

Tabla 32. Matriz de Requerimientos del software.

Importancia de los requerimientos: A = Alta. B = Baja. M = Media. Diagrama de caso: uso de la eslabonadora de mallas

Sistema de creación Mallas.

Teclado Para Ingreso de comandos.

Extensión.

OPERARIO

Display de sistema.

Inclusión.

175

USE CASE: Sistema de control. ACTORES: Operario. DESCRIPCION: Curso normal de eventos del sistema. Curso Típico De Eventos

ACTORES SISTEMAS

1. Puesta de alambre en el sistema.

6. El operario presiona el

botón para iniciar.

8. Se ingresan los valores respectivos de cada condición de la malla.

13. Se presiona el botón para

obtener la primera tira.

19. Se acomoda el sistema y se presiona el boto de iniciar el sistema automático.

30. Se presiona un botón para

liberar el sistema.

2. Se cierran los sensores que detectan el

alambre en el sistema. (Sensor de rollo de alambre. Sensor de Presencia de alambre en el Tensor, sensor de protección de la máquina “Domo”).

3. Se verifica el Nivel de líquido

Refrigerante. 4. Se aprueba el cumplimiento de las

condiciones iníciales. 5. Se muestra Mensaje de inicialización. 7. Se piden las opciones de las malla.

(Altura de la malla, tipo de diamante. Y largo de la malla; estos parámetros tienen restricciones).

9. El sistema identifica el valor del diamante

y realiza los ajustes. 10. Se inicializa el motor paso a paso y se

realiza la interpretación de los grados con respecto a la altura seleccionada, posiciona el sensor a la altura seleccionada.

11. Se interpreta el largo de la maya en

grados para el motor paso a paso y se realizan las correcciones del caso.

12. Se muestra la opción para obtener la

primera tira de la malla.

176

14. Se embraga el motor (salida al pistón de embrague).

15. Se detecta la llegada de alambre al

sensor de Altura. 16. Se suelta el embrague de el motor (se

suelta el embrague de el motor principal).

17. Se activan los pistones de corte del motor por un tiempo para que ejecuten el corte.

18. El sistema queda en pausa esperando la inicialización del sistema automático.

20. Se verifican El sensor de Altura. (que no

haya presencia de material).

21. Se embraga el motor (activación del pistón del motor).

22. Se detecta la llegada de materia al

sensor de Altura.

23. Se Desembraga el motor. 24. Se activa el sistema de corte del

alambre. 25. Se abre las uñas mecánicas (Activa el

motor neumático de la araña). 26. Se recoge unos grados el motor del

Ancho. 27. Se Cierra la Araña. (Desactiva. pistón de

la araña) 28. Se repite desde el paso 20 hasta que el

registro total del ancho así lo indique.

29. El Registro del Ancho detiene todo el sistema para indicar que acabo de fabricar la malla.

177

USE CAUSE: Sistema de Control. ACTORES: Operario. DESCRIPCIÓN: Fallo de Condiciones típicas de funcionamiento. Curso Alterno De Eventos

ACTOR SISTEMA

4. Se selecciona la opción

6. Se Presiona el botón de

inicio,

1. Algún sensor de las condiciones

iníciales se abre (hay falta de material) o no hay liquido refrigerante.

2. Se detiene todas las operaciones.

3. El sistema muestra las opciones del

paso en que se desea continuar.

5. El sistema muestra la opción de reiniciar el sistema.

7. Se empiezan las operaciones.

USE CAUSE: Sistema de Control. ACTORES: Operario. DESCRIPCIÓN: Valores no validos. Curso Alterno De Eventos

ACTOR SISTEMA

8. Se ingresan los valores respectivos de cada condición de la malla.

13. Se ingresan los datos corregidos.

7 Se piden las opciones de las malla.

(Altura de la malla, tipo de diamante. Y largo de la maya; estos parámetros tienen restricciones.) Además se pide la opción de deseo de continuar en algún paso específico.

9. El sistema identifica el valor del

diamante y realiza los ajustes.

178

10. Se identifican los valores dados como valores erróneos.

11. Se indica al operario del error. 12. se da la opción de ingresar los

datos nuevamente. 14. Se analizan los datos nuevamente.

USE CAUSE: Sistema de Control. ACTORES: Operario. DESCRIPCIÓN: Se reinicia el sistema. Curso Alterno de Eventos

ACTOR SISTEMA

1. Se espera que el sistema este

habilitado.

2. El sistema inicia operaciones y

queda en el estado seleccionado por el usuario ejecutado el curso típico de eventos principal.

USE CAUSE: Sistema de Control. ACTORES: Operario. DESCRIPCIÓN: Parada de emergencia. Curso Alterno de Eventos

ACTOR SISTEMA 1. Se da el botón de parada de

emergencia.

4. Se escoge cuando reiniciar el sistema.

2. Desactiva todo los sistemas que se

encuentran operando.

3. Se muestra la opción de continuar.

4. El sistema retoma las actividades en las que se encontraba.

179

Diagrama de Flujo del Proceso

180

El Funcionamiento del Software • Al encender el sistema, se muestra en pantalla la bienvenida a la fabricación de mallas e indica encender el sistema, presionando ON. • Ahora el sistema le muestra nuevamente en pantalla que configure los parámetros de inicio de la máquina y le de nuevamente ON. • El sistema le pide que digite la medida del diamante de la malla a fabricar (este paso del proceso del software de la máquina, se ha realizado pensando en la futura mejora).

181

• El sistema muestra en pantalla que digite las características de la malla a fabricar y le de continuar. • La máquina verifica condiciones iniciales para hacer el proceso. • Luego de verificar condiciones iniciales, el motor paso a paso ajusta el sensor de proximidad de la altura de la malla. • Al ubicarse el sensor de proximidad en la altura de la malla a fabricar, indica que se embrague el motor principal. • El sensor de proximidad, al detectar alambre en su ubicación, emite señal para que se desembrague el motor principal. • Luego de haber parado el motor principal, el sistema hace el proceso de corte y muestra en pantalla “sistema en espera” (este sistema de espera, es donde el operario ubica la primer tira de alambre doblada en las uñas mecánicas “araña”, para que se trence con la siguiente tira, esto sucede durante tres tiras eslabonadas para que la malla adopte la forma estable para su proceso de fabricación automático). • Entra luego en su proceso nominal; son tensadas las tres tiras de alambre eslabonadas al prender el motor paso a paso del rodillo recolector. • Luego, éste indica que se embrague el motor principal para que salga otra tira de alambre doblada en la forma de la malla. • Detecta el sensor de proximidad la existencia de metal en su ubicación. • Posteriormente se desembraga el motor, para realizarse el sistema de corte. • Luego se genera secuencialmente la activación del motor neumático, moviendo las “uñas mecánicas” para que se recoja por medio del motor paso a paso del rodillo, haciendo que la malla se tensione y se enrolle para la entrega. • Las vueltas del motor paso a paso del rodillo, indica al sistema el paro del proceso de fabricación de la malla, mostrando en pantalla “Proceso terminado”, con sus características indicadas por el operario. • Si se desea detener la máquina, se da la señal de paro del proceso; al pulsar éste botón, el sistema pasa a un ciclo alterno en el cual se encarga de esperar la señal proporcionada para el arranque en el proceso que quedo.

182

• Si se presenta una señal por parte de los sensores de protección el sistema, muestra en pantalla “emergencia” dando la orden al sistema de detener todos los procesos. Programación del PIC El software ha sido diseñado en lenguaje “C” y trabajado en “MPLAB IDE V7.51”, programa útil, ya que posee las herramientas necesarias para aplicar el diagrama de flujo de la máquina eslabonadora de alambre y poseer compatibilidad con “Proteus 7 Profesional”, donde en el simulador se pueden exportan los archivos creados por “MPLAB”, es utilizado con el fin de dar un mejor entendimiento al Software realizado para la máquina eslabonadora de alambre. La figura 46, muestra la forma como fueron utilizados los pines del PIC 16f877. • Pin 1 para el reset de la máquina eslabonadora de alambre. • Los pines 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 (RB0/IN, RB1, RB2, RB3/PGM, RB4, RB5, RB6/PGC, RB7/PGD) son manejados como salidas para el teclado. • Los pines 15, 16, 17, 18, 19 (RC0, RC1, RC2, RC3, RC4) son utilizados como señales de entrada para los sensores de la eslabonadora de alambre. • Los pines 22, 24, 25, 26 (RD3, RC5, RC6, RC7) son salidas que actúan sobre el motor paso a paso que desplaza el sensor de proximidad del metal. • El puerto D es activado como salida para mostrar datos en el LCD, pines del 19 al 30 menos el pin 22. • Pines 13,14 son osciladores para la conexión del cristal. • Los pines 2, 3, 4, 5 (RA0, RA1, RA2, RA3) son programados como salidas para activar el motor paso a paso del recolector de la malla. • El pin 6 es utilizado como entrada para sensar la proximidad el metal. • El pin 7, 8, 9 (RA5, RE0, RE1) son salidas para las electroválvulas de los actuadores neumáticos. • El pin 10 es la salida de la motobomba.

183

Figura 46. Organización de los pines del PIC en la simulación.

En el diseño de la máquina eslabonadora de alambre, se opta por sensores reflectivos, capacitivos y microswitch, para lograr una simulación mas concreta, son escogidos switch, debido a que las librerías de Proteus no contiene sensores de este tipo (Figura. 47). Para los pines programados como salidas, con las cuales son activadas las electroválvulas y motores, se debe tener en cuenta, que la potencia suministrada por el PIC no es suficiente para lograr una activación de los elementos mencionados, por lo tanto en la simulación son diseñados los circuitos de potencia para las tres electroválvulas a manejar, simuladas con un motor en el “Proteus 7 profesional” (Figura. 48), para la motobomba (Figura. 49) y los motores paso a paso (Figura. 50).

184

Figura 47. Simulación de los sensores en Proteus 7 profesional.

Figura 48. Circuito de potencia para las electroválvulas en la simulación.

185

Figura 49. Circuito de potencia para la motobomba en la simulación.

Figura 50. Circuito en la simulación para los motores paso a paso.

Cuando el programa es ejecutado en la pantalla se muestra la función llamada “BIENVENIDO MALLA CREATOR, PRESIONE ON PARA CONTINUAR”, iniciando los pines del teclado, T1 activo y los demás en inactivos (T2, T3, T4), en espera que se presione ON/C por el operario, para activar TD del teclado matricial y luego mostrar en pantalla “CONFIGURE LOS PARAMETROS DE LA MALLA, PRESIONE ON PARA CONTINUAR”, para continuar con la captura de datos (Figura. 51 y 52).

186

Figura 51. Control central al inicio del software.

Figura 52. Control central al segundo paso del software.

La muestra en pantalla, la hace en dos tiempos primero imprime la bienvenida y luego

presione ON para continuar

La muestra en pantalla, la hace en dos tiempos primero imprime que

configure los parámetros y luego presione ON para

continuar

187

Luego, se muestra en pantalla que se seleccione el tipo de medida del diamante de la malla a fabricar, dato que debe ser registrado con los números del teclado, la representación de la medidas del diamante son en pulgadas, (en la simulación, solo es acto seleccionar la medida del diamante de 3 pulgadas, con el fin de demostrar la parte de programación para la futura mejora del proyecto). Inmediatamente, muestra el LCD los parámetros de inicio para la máquina, como digitar el largo que se va a fabricar (el programa está diseñado solo para elaborar mallas de largo de 30metros, por lo tanto en la simulación se debe digitar valores hasta de 3000cm, puesto que el programa ha sido diseñado con datos en centímetros) y la altura de la malla (valores solamente hasta 300cm, porque la máquina solo elabora mallas hasta 3metros, igualmente los valores en el programa están en centímetros) (Figura. 53). Luego de seleccionar la medida del tipo de diamante, el programa arranca y activa la motobomba, junto con el motor paso a paso que desplaza el sensor de proximidad del alambre, hasta tocar el microswitch de final de carrera (en la simulación es el switch de final de carrera que se muestra en la figura 47), para dar el punto de inicio de la medida de la altura de la malla a fabricar y consecutivamente el motor gira en sentido contrario ya que fue indicado el inicio, para luego ubicarlo en la medida (altura) indicada por el operario (Figura. 54). Figura 53. Muestra de la simulación de la toma de los parámetros de la fabricación de la malla.

Operario digitando el largo de la malla a fabricar.

188

Figura 54. Muestra de la simulación del ajuste del sensor de proximidad.

Cuando el sensor es ubicado en la altura seleccionada, se embraga inmediatamente el motor principal por medio del pistón (Figura. 55), esperando que el sensor de proximidad del metal detecte la salida de una tira y por lo tanto se desembrague el motor principal, desactivándose la electroválvula que maneja el pistón (en la simulación se utiliza el switch del metal para detectar que la tira ya salio como se ve en la figura 47).

Salida de la motobomba activa.

LCD muestra que está ajustando el sensor de

proximidad al inicio de partida.

Motor PAP que desplaza al sensor de proximidad o detección de metal.

189

Figura 55. Muestra de la simulación del embrague del motor principal.

Cuando el sensor de proximidad detecta la presencia del alambre, inmediatamente se desembraga el motor y se activa la electroválvula que maneja los dos pistones de corte (Figura. 56). Luego del corte realizado por los pistones, se muestra en pantalla que el sistema esta esperando que el operario ubique la tira de alambre que salió, en el soporte de trenzado de la máquina y darle ON al teclado, para que consecutivamente se haga éste paso 2 veces más y tener las tres tiras que salieron, brindando una estructura firme y con forma para guiar la malla. Después de salir la tercera tira de alambre, se agarran las tiras con una guaya que sale del rodillo recolector y las tensiona para que el proceso se haga de ahí en adelante sin la presencia del operario, cuando el operario le oprime en el teclado ON, el motor paso a paso del rodillo recolector, se activa tensionando lo que es agarrado de él, en este caso las tres tiras de alambre trenzadas (Figura. 57), por lo tanto cuando termine de recoger y tensionar las tres tiras de alambre trenzadas, la electroválvula del pistón del embrague del motor principal, se activa nuevamente, hasta que detecte el sensor de proximidad alambre en la distancia ubicada, activando el proceso de corte.

Salida de la motobomba activa.

LCD, muestra que esta siendo embragado el motor principal.

Electroválvula activada por lo tanto el pistón esta embragando el motor principal.

Salida de la electroválvula activa.

190

Figura 56. Muestra de la simulación del proceso de corte.

Luego de ser activado el proceso de corte, se acciona el motor neumático que maneja las uñas mecánicas (araña), permitiendo que éste gire 90° y deje que el motor recolector de la malla tensione la tira alambre que salió, con la malla en general que se está trenzando, permitiendo que la máquina eslabone la malla secuencialmente, en la figura 58 se muestra éste proceso secuencialmente.

Salida de la motobomba activa.

LCD, muestra que esta en proceso de corte.

Electroválvula desactivada.

Salida de la electroválvula desactivada.

Electroválvula de los pistones de corte activada.

Salida activa de la electroválvula.

191

Figura 57. Muestra de la simulación del proceso del motor recolector de la malla.

El motor paso a paso del recolector de la malla, es el que indica el paro del proceso, por lo tanto en el programa es realizado el cálculo de cuando parar la máquina, con las medidas indicadas al comienzo de la fabricación de la malla, dando como mensaje en el LCD que el proceso a terminado y parando el funcionamiento de la máquina.

Salida de la motobomba activa.

LCD, muestra que esta en proceso de tensado por parte

del motor PAP del rodillo.

Electroválvula del embrague

desactivada.

Salida de las electroválvulas desactivadas.

Motor PAP de rodillo recolector

activo.

192

Figura 58. Muestra de la simulación del proceso del motor neumático (araña).

Si en el proceso de la fabricación de la malla surge algún problema, tal como la detección de la materia prima (rollo de alambre), la continuidad del alambre, el nivel de lubricante o la tapa de protección de la máquina (domo), el programa por medida de seguridad detiene la máquina e indica mostrando en el LCD la falla que está ocurriendo, en la figura 59 se muestra en la simulación un ejemplo con el sensor de nivel del lubricante.

Salida de la moto-bomba activa.

LCD, muestra que el proceso de la araña se esta realizando (giro 90°).

Electroválvula activa del motor

neumático.

Salida de las electroválvulas desactivadas.

Motor PAP de rodillo

recolector. Salida de la electroválvula del motor neumático activa.

193

Figura 59. Muestra de la simulación de la falta de lubricante en el proceso.

10.3. SISTEMA NEUMÁTICO La neumática es una fuente de energía de fácil obtención y tratamiento para el control de máquinas. La generación, almacenamiento y utilización del aire comprimido resultan relativamente a bajo costo y además ofrece un índice de peligro bajo. La neumática es ampliamente usada en el diseño de la eslabonadora de alambre, utilizando un motor rotativo y cilindros neumáticos para los sistemas de la máquina, ubicados estratégicamente para la eficiencia y eficaz funcionalidad del proceso (Figura. 60), utilizando una fuente de aire de trabajo a presión de 60Psi.

Las salidas del microprocesador son desactivadas, por lo tanto los elementos

de la máquina están apagados.

Simulación del sensor de nivel con un switch, esta

detectando nivel bajo.

LCD muestra el problema.

194

Figura 60. Ubicación de los actuadores neumáticos.

� Actuador Neumático Rotativo. Los actuadores neumáticos rotativos realizan la función de transformar la energía neumática en energía mecánica de rotación. El proceso se desarrolla de forma inversa a la de la compresión. Sus principales características es que son ligeros y compactos, el arranque y la pausa son rápidas, pueden trabajar con velocidad y par variables sin necesidad de un control complejo. Los motores neumáticos rotativos son empleados para voltear piezas en ángulos, doblar tubos metálicos, regular acondicionadores de aire, accionar válvulas de cierre, válvulas de tapa, etc. Los Rotativos de Paletas, son elementos motrices destinados a proporcionar un giro limitado en un eje de salida. La presión del aire actúa directamente sobre una o dos palas imprimiendo un movimiento de giro. Estos no superan los 270° y los de paleta doble no superan los 90°.

Cilindro simple efecto para el

embrague del motor.

Motor rotativo de 90° neumático para las uñas mecánicas.

Cilindros neumáticos de simple efecto para el corte de las tiras de alambre.

195

Foto 28. Clases de motores neumáticos rotativos.

Por lo tanto, en el diseño de la eslabonadora de alambre se implementa un motor neumático rotativo Airtac de tipo paleta para mover la pieza de agarre y templado de las tiras trenzadas (uñas mecánicas “araña”) (Figura. 61). Figura 61. Muestra del actuador rotativo.

Éste actuador rotativo, es ubicado en la estructura de la máquina, paralelo al diseño de las uñas mecánicas en la parte inferior, transmitiendo el movimiento por medio de una correa y dos poleas dentadas; tiene la función especifica de mover la pieza que le da el agarre y tensión de la malla que se esta manufacturando, a un ángulo de 90°, permitiendo que la malla quede li bre y de paso a la operación del sistema de recolección (Anexo. J).

Rotativo de una paleta Rotativo de dos paletas

196

Los principales criterios tenidos en cuenta para escoger éste actuador son: • Torque. • Rotación a 90°. • Presión de trabajo. • Facilidad de control con los sensores eléctricos. • No requerimiento de lubricación. • Resistencia a la intemperie. • Gran fiabilidad. • Seguro contra sobrecarga. • Ausencia de peligro de explosión. • Reducido mantenimiento. • Sentido de rotación fácilmente reversible La pieza que debe mover el actuador neumático rotativo, está elaborada de barras de acero resistente y con un diseño aerodinámico que adopta una forma de ajuste y soporte en la máquina, formando una estructura denominada uñas mecánicas, las cuales sostienen y tensionan el alambre cuando es eslabonado fabricando la malla. El actuador neumático rotativo debe activarse cada vez que el controlador de la máquina lo indique, dando movimiento a las uñas mecánicas a un giro que no excede los 90° soportando su peso, permitiendo que el proceso se elabore con eficiencia y rendimiento; concluyendo que se debe tener como referencia, el actuador con características técnicas de un torque de 40Nm, a una presión de trabajo de 4 bares, ya que se tiene pensado, que para la fabricación de esta pieza se debe utilizar material que no exceda un peso de 50kg, teniendo en cuenta que la función realizada por las uñas mecánicas no requiere de mayor peso, solamente lo apropiado para su funcionalidad. En la tabla 33, se especifica las características particulares del motor seleccionado, tanto las dimensiones, como la presión de trabajo, el torque y la referencia del motor, entre otros.

197

Tabla 33. Especificaciones y características del actuador neumático rotativo.

El actuador neumático rotativo, se debe conectar a una válvula tipo Namur (Figura. 62), la cual permite transmitir la señal al control de la máquina. Ésta válvula está especialmente diseñada para ser instalada directamente sobre el actuador rotativo, evitando el uso de racores y mangueras. Figura 62. Especificaciones de la válvula tipo Namur.

198

Una de las principales características para seleccionar el motor, es el torque que permite identificar la capacidad que posee para dar movimiento a un peso específico, el cual es un peso que no excede la capacidad del motor neumático rotativo; también, son tenidas en cuenta las dimensiones del motor para la adecuación en la estructura de la máquina eslabonadora de alambre. � Cilindros Neumáticos. Los cilindros neumáticos son elementos que transforman la energía neumática en trabajo mecánico de movimiento rectilíneo, que consta de carrera de avance y carrera de retroceso. Generalmente, el cilindro neumático está constituido por un tubo circular cerrado en los extremos mediante dos tapas, entre las cuales desliza un émbolo que separa dos cámaras. Al émbolo va unido a un vástago que sale a través de ambas tapas, permite utilizar la fuerza desarrollada por el cilindro en virtud de la presión del fluido, al actuar sobre las superficies del émbolo. Existen diferentes tipos de cilindros neumáticos. Según la forma en la que se realiza el retroceso del vástago, los cilindros se dividen en dos grupos; cilindros de simple efecto y cilindros de doble efecto. Cilindros de simple efecto, tienen una sola conexión de aire comprimido. Solo pueden realizar trabajos en un sentido. Se necesita aire sólo para un movimiento de traslación, el vástago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa. En los cilindros de simple efecto con muelle incorporado, la longitud se limita la carrera. Por esa razón, estos cilindros no sobrepasan una carrera de 100mm. Se utilizan principalmente para sujetar, expulsar, apretar, levantar, alimentar, etc. Foto 29. Partes de un cilindro de simple efecto.

199

Cilindros de doble efecto, la fuerza ejercida por el aire comprimido estimula al émbolo en cilindros de doble efecto, a realizar un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida como en el retorno. Los cilindros de doble efecto, se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar otra misión al retornar a su posición inicial. En el diseño de la eslabonadora de alambre, se requiere la utilización de cilindros de simple efecto, ya que solo se necesitan en el proceso funciones que requieren movimientos rectilíneos para sostener el embrague del motor principal y hacer un corte de cizallamiento del alambre en la altura requerida por el operario, cuando son trenzadas las tiras.

Cilindro de simple efecto para el corte de las tiras trenzadas de alambre. El pistón seleccionado para la eslabonadora de alambre, es de accionamiento de simple efecto de marca Airtac (Figura. 63), ya que el vástago de un cilindro de simple efecto avanza al accionarse y vuelve automáticamente a la posición normal cuando éste se desactive, dando como característica un cizallamiento a la hora del corte (Anexo. K). Figura 63. Muestra del cilindro neumático de corte Airtac.

Se acciona el cilindro mediante una válvula 3/2 vías (Figura. 64). La válvula cambia de posición normal, a posición conmutada al recibir la señal. La válvula de 3/2 vías consta de conexión de aire a presión de la tubería de trabajo (mangueras de poliuretano y racores) y, además, de la conexión de evacuación de aire.

• Airtac MSA 16 X 50. • Longitud de carrera 50mm. • Diámetro del émbolo de 16mm. • Presión 14 - 100Psi.

200

Figura 64. Accionamiento del cilindro de simple efecto.

Éste cilindro neumático de simple efecto, con tipo de recorrido de salida, tiene como función, accionarse cada vez que el alambre sea detectado por el sensor de proximidad en la altura adecuada para la fabricación de la malla, en donde es llevado a cabo la acción de corte, para lo cual se utilizan dos pistones ubicados de frente en forma paralela a la estructura, donde cada uno posee una cuchilla de alta densidad. Cálculo del corte de material (alambre calibre 12) Teóricamente, asumiendo que el tipo de material a cortar, es acero 1020 (fundido con aleaciones de aceros), alambre con que se fabrican las mallas, se concluye que 2/40 mmkgciz =τ (Valor sacado de las tablas de esfuerzos de los aceros). Entonces:

Flujo de aire de salida.

Flujo de aire de entrada.

Electroválvulas 3/2 vías.

Cilindro de simple efecto.

0,2cm

Diámetro del alambre de calibre 12

201

A

Fciz =τ ; Donde A es el área del alambre y F es la fuerza que se necesita para

cortar el alambre.

222 )2(/40 mmmmKgAF ciz ××=×= πτ

KgNKgF /81,965,502 ×=

NF 045,4931=

KNF 931,4= Además, es realizado el corte del alambre de manera experimental en una máquina de cizallamiento, obteniendo el valor de la fuerza necesaria para ser cortado, lo que indica que la fuerza que se debe aplicar para cortar el alambre, es de un valor KNF 8,4= , dato que se aproxima al valor teórico, lo cual indica que para cortar un alambre de calibre doce, se debe tener una fuerza aproximadamente de KN5 , dato, que sirve como referencia para el corte y los valores obtenidos, sirviendo de rango para los demás calibres con los que se fabrican mallas. La cuchilla para el corte del alambre debe ser de acero de alta tensión, en el experimento fue utilizada una cuchilla con los siguientes datos:

Fuerza teórica que se necesita para cortar un alambre de acero 1020 de calibre 12.

3,5cm

2cm 1,8cm

1,5cm

Punzón de corte.

Filo del punzón de corte.

Superficie de agarre.

202

Cálculos del perfil de corte Por lo tanto el diseño de las cuchillas de corte de la eslabonadora de alambre es de la siguiente forma:

Teniendo como referencia éstos datos, se realizan los cálculos para seleccionar el cilindro de simple efecto a utilizar para cortar el alambre trenzado.

Diseño de corte en cizallamiento

φ

α

B

H A

cmA

cmB

5,3

1

==

cmH 64,3)5,31( 22 =+=

°=

=

945,15

5,3

1arctan

φ

φcm

cm

°= 89,31α

203

• Fuerza del émbolo. La fuerza ejercida por un elemento de trabajo depende de la presión del aire y del diámetro del cilindro del rozamiento de las juntas. La fuerza teórica del émbolo se calcula con la siguiente fórmula:

Donde: FR FFF +=0

=RF Fuerza de rozamiento (3 - 20%) [ ]N =FF Fuerza del muelle de recuperación [ ]N

En el desarrollo de selección del pistón de corte de la eslabonadora de alambre, es necesario conocer la fuerza real. Para determinarla, hay que tener en cuenta los rozamientos. En condiciones normales de servicio (presiones de 400 a 800kPa/ 4 a 8bar) se puede suponer que las fuerzas de rozamiento representan de un 3 a un 20% de la fuerza calculada. Por lo tanto, en la tabla 34, se observa el catalogo de datos de los cilindros de la marca Airtac, donde se indican los valores de las áreas y presiones a trabajar, dando como resultado la fuerza que posee cada cilindro. Para el caso del corte, se necesita una fuerza de KN5 , seleccionando el cilindro de simple efecto de diámetro de mm16 con un área de 296,200 mm ; como la presión de trabajo a utilizar en el sistema es de PSI60 , lo cual indica en la tabla que su operación de trabajo es de MPa78,54 indicando que su fuerza de trabajo es igual a:

204

0FAPF −×=

FR FFF +=0

XKFF ×= Donde; =K Rigidez del muelle de recuperación, =X Carrera del cilindro. Entonces:

mX

mmX

mNK

05,0

50

/1280

===

KNF

mmNF

XKF

F

F

F

064,0

05,0/1280

=×=

×=

RF es la fuerza de rozamiento, donde es tomado porcentaje de la fuerza resultante entre la multiplicación del área y la presión de aire de operación del cilindro neumático, por lo cual se toma un porcentaje medio para hallar el RF .

)_%(10 mediovalorFR = , por consiguiente la fuerza teórica suministrada por el actuador sin 0F es:

KNF

NF

mmMPaF

008,11

5888,11008

96,20078,54 2

==

×=

El 10% de este valor es el RF del cilindro neumático KNFR 1008,1= Entonces:

KNF

KNKNF

1648,1

1008,1064,0

0

0

=+=

205

La fuerza total teórica de la selección del actuador neumático es:

KNKNF

NF

mmMPaF

1648,1008,11

5888,11008

)96,20078,54( 2

−==

×=

KNF 8432,9=

Por lo tanto el cilindro neumático de simple efecto seleccionado, supera la fuerza que se necesita para cortar el alambre de la fabricación de las mallas. Manteniendo un rango de error, para posibles sobre cargas en la fuerza requerida para la realización del corte. • Longitud de carrera. La longitud de carrera para el cilindro neumático de corte del alambre, se selecciona teniendo como objetivo no exceder los 50mm, además se tiene en cuenta la ubicación de los cilindros en la estructura para que adopten una posición de corte, sin efectuar daños en los elementos y el material de fabricación de la malla. La velocidad máxima a la cual debe responder el pistón neumático, debe ser de 100mm/s (50 de avance y 50 de retroceso) lo cual garantiza producir un corte por segundo, no obstante, las prestaciones de presión permiten alcanzar más velocidad, sin embargo la dinámica de la máquina a la cual fue adaptado el sistema, no permite alcanzar más velocidad.

Fuerza teórica que ofrece el cilindro neumático de simple efecto para cortar un

alambre de acero 1020 de calibre 12.

206

Tabla 34. Catálogo de datos de los cilindros neumáticos Airtac.

207

• Consumo de aire. Para disponer de aire y conocer el gasto de energía, es importante identificar el consumo de la instalación. Para la presión de trabajo, un diámetro y una carrera de émbolo determinado, el consumo de aire se calcula de la siguiente forma:

Primero, se haya el consumo de aire matemáticamente y luego se corrobora con ayuda de la tabla de la figura 65, ya que se pueden establecer los datos del consumo de aire de una manera más sencilla y rápida. Los valores están expresados por cm de carrera para los diámetros más corrientes de cilindros y para presiones de 200 a 1.500kPa (2 - 15 bar). El consumo se expresa en los cálculos en litros (aire aspirado) por minuto. La fórmula para calcular el consumo de aire matemáticamente para un Cilindro de simple efecto es:

××××=4

2 πν dns Relación de compresión (L/min)

Donde:

=ν Cantidad de aire (L/min). =s Longitud de la carrera (cm). =n Ciclos por minuto (1/min).

Por lo tanto, para el cilindro de corte el consumo de aire es: Datos del cilindro: 50mm de longitud de carrera. 16mm de diámetro. El cilindro trabaja con 10 ciclos por minuto. La presión de trabajo es de 400KPa (4bar).

208

9,43,101

3,501

3,101

4003,101

3,101

3,101 ==+=+kPa

kPa

kPa

kPakPapresion

min/60,492

9,40106,2min105

9,44

)6,1(min105

3

2

2

cm

cmcm

cmcm

=

×××=

××××=

νν

πν

( )min/4926,0 l=ν Ahora, la fórmula para calcular el consumo de aire conforme al diagrama de la figura 65 es la siguiente:

qns ××=ν Donde:

=ν Cantidad de aire (L/min). =s Longitud de la carrera (cm). =n Ciclos por minuto (1/min). =n Consumo de aire por centímetros de carrera (l/cm).

01,0min105 ××= cmν ( )min/5,0 l=ν

En los cálculos del consumo de aire hay que tener en cuenta el llenado de las cámaras secundarias, que se rellenan en cada carrera. Los valores al respecto están reunidos para cilindros Airtac en la tabla de la figura 66.

Consumo de aire del cilindro para el corte

del alambre.

209

Figura 65. Tabla de consumo de aire para los cilindros neumáticos.

Ubicación del cilindro neumático de corte para la medida de consumo de aire.

210

Figura 66. Tabla cámara muerta de los cilindros neumáticos Airtac.

Finalmente, se llega a la conclusión que los cilindros escogidos para realizar el corte, poseen el perfil requerido para realizar la acción, ya que superan la fuerza que se necesita para el corte de un alambre, material con el que son fabricadas las mallas. Teniendo como principales características, el fácil acceso para ser controlados y el bajo consumo tanto de energía como de aire, optimizando de este modo el proceso y cumpliendo con las necesidades propuestas. Son implementados dos pistones con las mismas características para el desarrollo de esta función, ya que hacen del sistema de corte, un proceso preciso y eficaz manteniendo los índices de calidad del diseño y de la presentación de la malla, disminuyendo las intervenciones de operarios; de igual forma, se hace por exigencias propias en cuento a la calidad y periodo de vida de los elementos utilizados.

Cilindro de simple efecto para el embrague del motor principal. Para el embrague del motor principal se utiliza un cilindro neumático de simple efecto con las siguientes características técnicas: • Airtac MSA 8 X 50. • Longitud de carrera 50mm. • Diámetro del émbolo de 8mm. • Presión 14 - 100Psi. Este actuador es manejado por una electroválvula 3/2 vías a 12Vdc y es un cilindro de simple efecto con recorrido de entrada, esto quiere decir que el cilindro

211

arranca con el vástago afuera, ya que para el diseño de la máquina se es necesario por la ubicación en la estructura. La función de este actuador, es de embragar el motor cada vez que una tira sea cortada y de desembragar para eslabonar una nueva tira de alambre. La finalidad de que el pistón mantenga en un continuo funcionamiento, embragando y desembragando el motor, es de dar paso al funcionamiento de otros sistemas para la correcta y completa fabricación de la malla, ya que el sistema se efectúa de manera secuencial. En lo que respecta a la ubicación de éste actuador en la estructura final de la máquina, se tiene como principal objetivo, mantener la estética de la misma, por tal razón, es adecuado un espacio en la parte inferior del motor, adjunto a la palanca que lo acciona, permitiendo que se realice el Clutch. Actuador neumático embragando el motor

Para la selección del actuador neumático, se tienen en cuenta ciertos criterios que proporcionaron las especificaciones del mismo, como son: • Fuerza del embolo. Para el embrague del motor principal, se necesita una fuerza de aproximadamente de N45 , seleccionando el cilindro de simple efecto de diámetro de mm8 con un área de 268,37 mm , como lo indica la tabla 34, la presión de trabajo a utilizar en el sistema es de PSI60 , lo cual se expresa en la tabla que su operación de trabajo es de MPa57,8 identificando que la fuerza de trabajo es igual a:

Diseño de estructura para el pistón.

Motor clutch.

Palanca de embrague.

Vástago en posición de inicio.

Pistón.

Polea de transmisión.

212

Se toman como referencia los cálculos realizados a los pistones empleados para el corte, ya que son pistones de simple efecto, los cuales poseen características similares.

0FAPF −×=

FR FFF +=0

KNFF 064,0= , asumiendo las características del cilindro estándar en el mercado. Por consiguiente la fuerza suministrada por el actuador sin 0F es:

268,3757,8 mmMPaF ×=

NF 9176,322=

KNF 3229,0= Entonces: El 10% de este valor es el RF del cilindro neumático KNFR 03229,0=

KNKNF 03229,0064,00 +=

KNF 1,00 = La fuerza total teórica de la selección del actuador neumático es:

KNKNF

NF

mmMPaF

1,03229,0

9176,322

68,3757,8 2

−==

×=

NF 223=

Fuerza teórica que ofrece el cilindro neumático de simple efecto para

embragar el motor principal.

213

Por lo tanto, el cilindro neumático de simple efecto seleccionado, supera la fuerza que se necesita para embragar el motor principal. El cual brinda un accionamiento del motor de forma constante y eficiente para el total funcionamiento de la máquina. • Longitud de carrera. La selección de longitud de carrera del cilindro neumático utilizado para la función del Clutch del motor principal, se realiza teniendo en cuenta que la función a ejercer es un retroceso para embragar el motor, de lo cual se escoge una longitud de 50mm, tomando como referencia la distancia en la que es ubicado el motor principal en la estructura y la posición de la palanca de embrague, siendo ésta la distancia total que debe recorrer el vástago del pistón para que se embrague el motor totalmente. • Consumo de aire. En lo que respecta al consumo de aire, se nombran los datos del cilindro neumático para el embrague y la identificación del consumo: 50mm de longitud de carrera. 8mm de diámetro. El cilindro trabaja con 10 ciclos por minuto. La presión de trabajo es de 400KPa (4bar).

9,43,101

3,501

3,101

4003,101

3,101

3,101 ==+=+kPa

kPa

kPa

kPakPapresion

min/15,123

9,45026,0min105

9,44

)8,0(min105

3

2

2

cm

cmcm

cmcm

=

×××=

××××=

νν

πν

( )min/123,0 l=ν

Se llega a la conclusión, que el pistón elegido para la función de embragar el motor principal, es el adecuado, ya que posee características apropiadas para ejercer lo requerido por el sistema, cumpliendo con las especificaciones y

Consumo de aire del cilindro para el

embrague del motor.

214

adaptaciones según la posición y distribución del actuador en el diseño de la estructura de la máquina. � Compresor de aire TD2006 Bauker. Un compresor de aire es un mecanismo que recibe energía mecánica rotacional en su eje y transforma esa energía en energía de aire comprimido; en la máquina eslabonadora de alambre se utiliza un compresor Bauker modelo TD 2006 que posee la empresa Mallas del Cauca, con un suministro de presión de trabajo de 115Psi, 1.5HP, aceite lubricado, capacidad de 1,5 gl, teniendo como ventaja su economía, eficiencia, manejo, y seguridad (Figura. 67). Figura 67. Muestra del compresor Bauker y diseño de protección.

Este compresor es elegido para el proceso, ya que es propiedad de la empresa, obteniéndose ventajas en cuanto a la economía tanto para el proyecto, como para la empresa, y es adaptado al diseño de la máquina ya que posee características requeridas para la función a desempeñar. La función que representa éste compresor en la máquina eslabonadora de alambre, es suministrar aire comprimido a los sistemas neumáticos (actuadores) del proceso, suprimiendo las necesidades presentadas por cada sistema para su funcionamiento.

Caja protectora para el compresor.

Cavidad para el compresor.

Compresor.

215

La ubicación del compresor en la máquina, no posee un lugar fijo en la estructura, éste es ubicado en el piso en un espacio acondicionado para no interrumpir el proceso, de manera estratégica al lado de los demás componentes (motor principal, moto-bomba, rodillo recolector entre otros) (Figura. 69). El compresor que tiene la empresa, trae los accesorios requeridos para el funcionamiento, como la manguera de caucho para aire, con la cubierta exterior resistente a la abrasión, corrosión y se pueden cortar de acuerdo a las necesidades. La conexión de la manguera, se fija con bandas, abrazaderas o uniones rápidas.

Foto 30. Manguera de Aire para el compresor.

En conclusión, se puede decir que el empleo del compresor en el diseño de la máquina para el eslabonamiento de alambre, tiene como función característica, suministrar y abastecer de aire comprimido los actuadores que lo requieren, para dar movimiento a los sistemas que los poseen. Además, se tiene en cuenta que existe una disminución de los costos, ya que es un elemento que hace parte de la empresa. � Conexión de aire y ubicación neumática en la máquina. La conexión de aire, inicia desde el compresor, el cual lo suministra por medio de una manguera que va conectada a un acople (3), de donde sale una manguera apta para los elementos particulares de los sistemas, manguera que va conectada a un acople en T (4) para distribuirlo a tres sistemas diferentes (sistema neumático del embrague del motor principal, sistema neumático de corte y el sistema neumático de las Uñas mecánicas). Para el sistema del embrague del motor principal, el aire le llega a través de una manguera de poliuretano, que sale de uno de los orificios del acople en T (4), la cual entra en un racor instantáneo en codo, para conectarlo con la electroválvula, que se encarga de dar paso al aire después de la señal indicada por el sensor de proximidad, pasando el aire a otro codo instantáneo, conectado con otra manguera, para finalmente llegar a un racor instantáneo recto y dar movimiento al

216

cilindro neumático de embrague. Del otro orificio del acople en T (4), se une otro acople del mismo tipo (10) para dar el suministro de aire, tanto al sistema de corte, como al sistema de las uñas mecánicas, ya que solo se tiene una guía de aire para suministrar dos sistemas. En el sistema neumático de corte, es llegado el aire a la electroválvula por un racor instantáneo de tipo codo, donde la electroválvula da el paso de aire, cuando se le es indicado, mediante un racor instantáneo en T (15) para distribuirlo a los dos cilindros que efectúan el corte. Por ultimo, en el sistema neumático de las uñas mecánicas, el aire comprimido llega a través del acople en T (10) a la válvula tipo Namur conectada de forma directa al actuador neumático rotativo. Para mayor ilustración revisar figura 68. Es importante tener en cuenta que las dimensiones correctas de los elementos que conforman el sistema de transmisión del aire, son tan primordiales como la correcta elección de las piezas neumáticas, así como la resistencia a la presión del aire, la configuración del sistema y los trabajos de mantenimiento. Para posibles instalaciones nuevas, es tenido en cuenta una posible ampliación posterior del sistema de aire comprimido, específicamente, la manguera tiene dimensiones mayores a las que se necesitan para el sistema actual, con el objetivo de mantener un rango de prevención para una posterior ampliación. Para la implementación de este sistema y el diseño de la conexión, se ha tenido en cuenta la disminución de presión por la distancia que se recorre hasta que se efectúa el suministro de los elementos, ya que cuando las mangueras instaladas en las estructuras adoptan quiebres, se producen posibles disminuciones de aire. Para lo cual, la instalación óptima de las conexiones, la elección de los materiales adecuados y el montaje correcto de las conexiones pueden contribuir a que la reducción sea mínima, principio que ha sido tomado como punto de partida para el diseño de la conexión y ubicación del sistema neumático. Para realizar la conexión para el aire comprimido en la estructura, han sido tenidas en cuenta las siguientes características: • Bajo nivel de pérdida de presión. • Estanqueidad. • Resistencia a la corrosión. • Posibilidad de ampliación. La conexión se ha diseñado con mangueras plásticas, teniendo en cuenta los precios y los bajos costos de instalación. Dadas las oscilaciones de la presión en las mangueras, es indispensable que sean conectadas de manera compacta o de lo contrario es posible que se produzcan fugas en las conexiones, produciendo disminución de presión y mal funcionamiento de los elementos neumáticos.

217

Figura 68. Distribución de aire a los sistemas neumáticos.

1. Compresor de aire TD2006 Bauker.

2. Manguera del compresor.

3. Acople.

4. Acople en T.

5. Racor instantáneo en codo rosca M5,

manguera 6mm.

6. Electroválvula 3/2 vías rosca M5.

7. Racor instantáneo en codo rosca M5,

manguera 6mm.

8. Racor instantáneo recto 6mm.

9. cilindro neumático de embrague.

10. Unión rápida en T.

11. Válvula Namur.

12. Actuador neumático rotativo.

13. Racor instantáneo en codo rosca

M5, manguera 6mm.

14. Electroválvula 3/2 vías rosca M5.

15. Racor instantáneo en T rosca M5,

Manguera 6mm.

16. Racor instantáneo recto 6mm.

17. cilindro neumático de corte.

18. Racor instantáneo recto 6mm.

19. cilindro neumático de corte.

218

Figura 69. Muestra de la conexión del sistema neumático en la máquina.

La anterior figura muestra la conexión respectiva que se debe realizar para poner en funcionamiento los sistemas neumáticos de la máquina, la ubicación de las mangueras debe realizarse en forma adherida a la estructura para lograr una mejor presentación estética.

219

� Conexión de control electrónica de los sistemas neumáticos. Para el funcionamiento de los pistones neumáticos de corte y el pistón de embrague, es utilizada una electroválvula de 3/2 vías, permitiendo activar o desactivar señales y dar paso a la operación ejercida por cada uno de los pistones. Las válvulas de 3/2 vías tienen tres conexiones y dos posiciones (Anexo. L). Foto 31. Electroválvula 3/2 vías.

Para la conexión de aire de los sistemas de corte y embrague, se utilizan dos electroválvulas del mismo tipo y con iguales especificaciones técnicas (Tabla. 35). Tabla 35. Especificaciones técnicas de la electroválvula 3/2.

Fuente: Catalogo de instrumentos y equipos para aplicaciones industriales, Airtac. En la tabla 36 se muestra las características de la electroválvula elegida, con referencia 3V1-M5 y un voltaje de DC12V.

220

Tabla 36. Características de la electroválvula elegidas.

Para conectar los sistemas neumáticos con el control de la máquina, se diseña un circuito de potencia que permita manejar sin ningún problema el voltaje y corriente del sistema, en la figura 70, se observa el circuito de potencia para las electroválvulas de los sistemas neumáticos, con un mosfet IRF540 y un diodo 1N4004, elementos adecuados para la señal brindando adaptación y protección. Figura 70. Muestra del circuito electrónico para la conexión de las electroválvulas.

221

11. MANTENIMIENTO Y SEGURIDAD INDUSTRIAL El mantenimiento y la seguridad industrial no son funciones “miscelánea”, producen un bien real, el cual puede resumirse en: capacidad de producir con calidad, seguridad y rentabilidad. Para nadie es un secreto la exigencia que plantea una economía globalizada, mercados altamente competitivos y un entorno variable donde la velocidad de cambio sobrepasa en mucho nuestra capacidad de respuesta. En este panorama estamos inmersos y vale la pena considerar algunas posibilidades que siempre han estado, pero ahora cobran mayor relevancia. Particularmente, la imperativa necesidad de redimensionar la empresa, implica para el mantenimiento y seguridad, retos y oportunidades que merecen ser valorados. Debido a que el ingreso siempre proviene de la venta del producto o servicio, esta visión primaria lleva la empresa a centrar sus esfuerzos de mejora, y con ello, los recursos en la función de producción. El mantenimiento y la seguridad ha sido “un problema” que surgió por querer producir continuamente, de ahí fue visto como un mal necesario, una función subordinada a la producción, cuya finalidad era reparar desperfectos en forma rápida y barata. Al tener en cuenta la seguridad industrial y el mantenimiento en la empresa se gana en: • Costos de producción, calidad del producto y servicio. • Capacidad operacional (el cumplimiento de plazos de entrega). • Capacidad de respuesta de la empresa como un ente organizado e integrado, por ejemplo, al generar e implantar soluciones innovadoras y manejar oportuna y eficazmente situaciones de cambio. • Seguridad e higiene industrial. • Imagen y seguridad ambiental de la compañía.

222

• Objetivos del mantenimiento y seguridad industrial. El diseño e implementación de cualquier sistema organizativo y su posterior informatización, debe siempre tener presente que está al servicio de unos determinados objetivos. • Evitar reducir y reparar las fallas. • Disminuir la gravedad de las fallas que no se lleguen a evitar. • Evitar detenciones inútiles o para la máquina. • Evitar accidentes. • Evitar incidentes y aumentar la seguridad para las personas. • Conservar los bienes productivos en condiciones seguras y preestablecidas de operación. • Balancear el costo de mantenimiento con el correspondiente lucro cesante. • Alcanzar o prolongar la vida útil de los bienes. Cualquier sofisticación del sistema, debe ser contemplada con gran prudencia en evitar, precisamente, de que se enmascaren dichos objetivos o se dificulte su consecución. En el caso del mantenimiento y la seguridad industrial, la empresa debe estar encaminada a la permanente consecución de los siguientes objetivos: • Optimización de la disponibilidad del equipo productivo. • Disminución de los costos de mantenimiento. • Optimización de los recursos humanos. • Maximización de la vida de la máquina.

223

Criterios de la Gestión del Mantenimiento • Información Técnica de Mantenimiento para Usuario. En este tipo de mantenimiento, se hace responsable del primer nivel de mantenimiento, a los propios operarios de máquinas. Es trabajo del departamento de mantenimiento y seguridad industrial, delimitar hasta donde se debe formar y orientar al personal, para que las intervenciones efectuadas por ellos sean eficaces. • Mantenimiento correctivo. Es aquel que se ocupa de la reparación una vez se ha producido el fallo y el paro súbito de la máquina o instalación. • Mantenimiento Preventivo. Pretende reducir la reparación mediante una rutina de inspecciones periodicas y la renovación de los elementos dañados.

Sistema Integral de Gestión de Mantenimiento

Información técnica de

mantenimiento

Información sistema

mantenimiento correctivo.

Información sistema

preventivo.

Información sistema de

parada programada

Información seguimiento y control gestión mantenimiento

Otras aplicaciones informáticas

224

Propuesta de Organigrama del Departamento de Mantenimiento. • Aspectos de seguridad de la eslabonadora de alambre. La máquina cuenta con una arquitectura específica en su parte de hardware y una serie de decisiones ante ciertas eventualidades en su parte de software, aspectos que la hacen sólida en cuanto a seguridad se refiere, permitiendo que el sistema no represente riesgos a los operarios, al proceso y a sí mismo. • Seguridad en hardware. La eslabonadora en cuanto al hardware se refiere, cuenta con protecciones de corriente y acoples de voltajes para manejar la alimentación y proteger al microprocesador de cualquier sobre tensión. Entradas y salidas: Las entradas de las señales de los sensores al microprocesador, son protegidas mediante resistencias, las cuales impiden que se produzca una alteración en el voltaje o cortocircuito, donde solo circularía una corriente baja y el puerto del µC PIC no corre riesgos. Los pulsadores mediante circuitos antirrebote, deben garantizar que solamente lleguen al microprocesador señales digitales para ser interpretadas y tomar las decisiones necesarias para dar

Electricidad y electrónica

Jefe de Departamento Mantenimiento

Supervisor Electromecánico

Supervisor de Estructura

Sección Refrigeración

Mecánica Pintura

Laminación

Soldadura

225

una respuesta; de igual forma la salida hacia los dispositivos que proporcionan la potencia necesaria a las luces y control de encendido, se encuentran aisladas del microprocesador, mediante circuitos de potencia, los cuales garantizan un perfecto aislamiento de las corrientes altas y las señales digitales del microprocesador. Fuente de alimentación: La alimentación de todo el sistema se hace a través de un regulador de voltaje (Switching power supply) a 5 y 12 voltios, la cual se encarga de proteger el circuito contra altos voltajes o algún corto, además de suministrar el voltaje necesario para los elementos. Los sensores son alimentados de la fuente, evitando no transmitir corrientes parasitas las cuales obstruyan el funcionamiento del sistema de control, que se encuentra en el microcontrolador. • Seguridad en software. El programa del microprocesador, cuenta con una serie de sentencias que le permiten al software un transcurso normal de funcionamiento del sistema, su registro de de eventos permite que se almacene y no se pierda por fallos en la energía del sistema. • Seguridad para los operarios. El sistema como tal, ha constituido un mejoramiento en la seguridad industrial de la empresa Mallas del Cauca, verificando el funcionamiento y mantenimiento de los equipos, como de la máquina y el personal, al haber un mejor seguimiento en el rendimiento de cada operario, se debe tener mas cuidado en la manipulación de los equipos y a la vez se mejora el tiempo de inspección del equipo y su mantenimiento. • Pozo a tierra para seguridad en descargas. Se recomienda la construcción de un pozo a tierra para la seguridad industrial de la empresa, teniendo como objetivo la conducción y absorción de corrientes anormales, evitar que aparezcan tensiones peligrosas para la vida humana, permitir que la protección del circuito eléctrico y evite la falla inmediatamente. Algunas Consideraciones para la Construcción de un Pozo a Tierra: • La tierra por su alto contenido de óxido de silicio y óxido de aluminio es altamente resistente y esto hay que anularlo para la buena duración y confiabilidad de un pozo a tierra.

226

• La estratificación del terreno y naturaleza de los suelos hay que saberla identificar, ya que esto significa el grado de ser buen o no conductor en la influencia del comportamiento del suelo. • La humedad, temperatura, grado de sales disueltas, compactación del terreno, tiene mucho que ver y saber regular y aprovechar la situación para concluir con un buen trabajo. • Tratamientos del terreno para mejorar la puesta a tierra. • En la construcción de pozo a tierra se debe instalar una varilla de cobre puro, electrolítico de 2.40 mts de profundidad por 1/2” de diámetro, con anillo de cobre desnudo de 25 mm2, con longitud de 13 mts (Enrollado alrededor de la varilla de extremo a extremo) para darle mayor capacidad, que es con configuración helicoidal con la finalidad de soportar hasta de 100 KA, se hace un pozo de 3 mts de profundidad, y por lados 1 mt., se prepara el terreno, retirando todas las piedras y reemplazando por tierra pura de cultivo tamizada, de tal manera que sea un verdadero conductor de descarga ante altas corrientes existentes en todos los dispositivos. • Se debe colocar tapa de registro con base de concreto pre-armado, fijándolo alrededor con cemento/arena, para poder efectuar mantenimientos futuros y medir el potencial existente, como también un tubo de PVC de 1” para llevar el cable desde el pozo hasta el panel de conexión. • Propuesta de una Estructura Matricial de la Seguridad Industrial para la Empresa Mallas del Cauca. En la figura 71, se ve en el eje horizontal los orígenes del riesgo, que en dicho cuadro no presenta una clasificación exhaustiva de materias, aunque sí se señalan las más significativas. A menudo las causas están ligadas entre sí, como ocurre por ejemplo los iniciados por soldaduras de soplete, lo cual origina un alto número de accidentes laborales con fuertes repercusiones económicas y sociales. En este caso, un punto térmico de alta intensidad generado a partir del soplete en una zona inadecuada, provoca la ignición de un material combustible no debidamente protegido de la acción del soplete. No en pocos casos dicho material puede corresponder a suciedad o

227

residuos de materiales inflamables, o a productos que teóricamente no deberían haber estado emplazados o almacenados en aquel lugar. En el eje vertical izquierdo, se disponen tres niveles diferentes que señalan distintos grupos humanos sobre los que actúan los efectos de la inseguridad. En el nivel inferior, más próximo al origen del riesgo, encontramos a los profesionales del ramo. Sobre estos, encontramos usuarios no profesionales, entendiendo por éstos personas que han adquirido productos o son usuarios de servicios industriales a cuyos riesgos están expuestos. Por último podemos contabilizar el público en general, que puede sufrir los efectos de la inseguridad como consecuencia de emanaciones de sustancias tóxicas o de energía fuera de los ámbitos donde nominalmente han de estar confinados. Adicionalmente hay que considerar los efectos socio-económicos de la inseguridad industrial, reflejados en el eje derecho. Los efectos económicos no siempre guardan relación con los daños biológicos causados, pues pueden quedar limitados a la propia instalación, que sufra un gran deterioro o quede indisponible. Concluyendo que toda empresa de producción debe tener una buena seguridad industrial para poder optar con una calidad de imagen y de su producto en el mercado.

228

Figura 71. Propuesta de una estructura matricial de la seguridad industrial.

229

• Aspectos importantes del diseño industrial. Para el diseño de la Máquina Eslabonadora de Alambre, se han tenido en cuenta aspectos importantes, con el fin de lograr hacer de éste, un diseño que se adapte fácilmente al funcionamiento de la máquina, contando con materiales y tecnología presente en el mercado local, logrando que el producto sea fácil de manejar, reparar y cuente con un buen nivel de seguridad industrial, con el fin de que no represente riesgos para las personas que lo manipulan. • Aspectos mecánicos. Materiales: La estructura del dispositivo, ha sido diseñada para cumplir con los requisitos de espacio necesario para contener el sistema electrónico y los sistemas de la máquina, para la parte de control ha sido propuesto un molde en resinas resistentes al calor, para inyectar el plástico y obtener la pieza completa, igualmente, para la tapa de la estructura del dispositivo, constituida principalmente por plásticos resistentes al calor hasta de 80º centígrados, con 3mm de espesor. Para la estructura se propone ser fabricada en material robusto y resistente complementando la estética del rediseño de la máquina. Recubrimientos y pintura: Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la corrosión y estética a la máquina. • Aspectos electrónicos. Sistema de control: El sistema de control del la máquina, se diseña con tecnología presente en el mercado local, con el fin de facilitar la consecución de los componentes que la constituyen, al momento de realizar cualquier reparación técnica, y disminuir costos. Algunos de sus componentes más importantes son: • Microprocesador PIC 16f877A • Fuente de voltaje • Actuadores neumáticos y eléctricos • Resistencias, condensadores y cristales de reloj • Sensores Sensores: Conseguidos y adquiridos en el mercado, haciendo esto un aspecto importante en el diseño, principalmente debido a la producción de mallas de la eslabonadora de alambre. Los Actuadores: Son de gran facilidad y eficiencia a la hora de ser utilizados, son adquiridos en el mercado con características primordiales a la máquina. Interfase humana: La interfase humana del producto es segura, fácil de utilizar e intuitiva. El espaciamiento y la posición de los botones en el teclado permiten accionar las teclas de forma rápida y precisa.

230

12. MANUAL DE FUNCIONAMIENTO Figura 72. Muestra del control central.

Para lograr un correcto funcionamiento del sistema y una mejor administración contra riesgos, se debe tener en cuenta los siguientes pasos: • Verificar el estado del sistema, para estar seguro de que la máquina se encuentra en perfecto estado. • Prender la máquina para iniciar la fabricación de la malla y dar ON en el teclado para continuar con el menú del sistema. • Ajustar los parámetros iniciales de la malla (acomodar los rollos de alambre en el soporte y colocar en estado de inicio el alambre, pasándolo por el tensor y dirigiéndolo al caracol, de igual forma realizar el cuadre mecánico respectivo dependiendo del diamante de la fabricación de la malla). • Continuar el proceso presionando ON, confirmando así que los parámetros iniciales están en perfecto estado.

Led’s que muestran que esta encendido el elemento en

proceso.

Teclado matricial, interfaz entre el operario y máquina, para

tomar datos de la malla a fabricar

LCD, muestra el menú de inicio y lo que va pasando en el proceso.

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• Confirmar el tipo de diamante que se va a fabricar (es realizado con el fin de una futura mejora para omitir los cambios de los caracoles en la máquina). • Dar los parámetros de la fabricación de la malla (altura y longitud de la malla que se desea fabricar). • Una vez hecho estos pasos, el sistema activa el motor paso a paso, el cual desplaza el sensor de proximidad de alambre, permitiendo que adapte las posiciones iniciales para fabricar la malla indicada. • Luego de salir la primera tira con la forma de la malla, el sistema da espera, a que sea ubicada la tira en el soporte de trenzado e indicarle que puede arrancar nuevamente. Este paso se realiza dos veces mas, con el fin de que la malla adopte una forma resistente para iniciar el proceso automáticamente, agregando la conexión de las guayas recolectoras de la malla (estas van agarradas de la primer tira que salio para poder tensarla y sostenerla). • Luego de haber dado continuidad al proceso oprimiendo ON en el teclado, la máquina realiza el eslabonamiento de la malla hasta que llegue a los datos suministrados por el operario y muestra su fin en el LCD parando el proceso. • Si en la operación de la máquina eslabonadora de alambre, surgiera un problema con la detección de materia prima (rollos de alambre), la continuidad del alambre, el nivel de lubricante o la tapa de protección de la máquina (domo), la máquina se detiene y en el LCD se muestra lo que ocurrido, avisando el problema; lo cual continua hasta que el operario corrija la falla ya sea por falta de alambre, lubricante, etc. • Cuando se desee fabricar otra malla después de la primera, solamente es resetear el control del sistema por un pulsador. • Todas las secuencias del proceso son indicadas por el LCD y además por led’s que indican lo que está haciendo la máquina en ese momento.

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13. MANUAL TÉCNICO DE REPARACIÓN En el momento que se presente una falla en la máquina eslabonadora de alambre, se recomienda contar con un personal capacitado y seguir los siguientes pasos, con el fin de encontrar el error, dar un diagnostico y tomar la medida correctiva necesaria y oportuna. Las herramientas básicas necesarias para realizar el diagnóstico son el multímetro digital y destornillador de pala y estrella. Lo básico de este sistema, es revisar que los voltajes necesarios para el funcionamiento del dispositivo sean los adecuados, las señales de los sensores sean las correctas y el programa y el microcontrolador estén funcionamiento sincrónicamente. • Revisión de voltajes. En primer lugar, se debe revisar que la fuente se encuentre conectada a la red eléctrica (120 Vac), y que a la salida de la fuente hallan 12Vdc y 5Vdc, en caso de no haberlos, debe revisarse el fusible de la fuente, si éste se ha fundido, se procede entonces a cambiarlo y posteriormente si el daño no se soluciona, indica que la fuente necesita reparación técnica. En primer lugar, se deben revisaran los voltajes en la tarjeta de control que deben ser de 12 Vdc a la entrada, 5 Vdc a la salida del regulador, igualmente revisar que a los circuitos y al microcontrolador lleguen 5Vdc. En los reguladores A es la entrada, 0 es tierra y I es la salida. Foto 32. Revisión de Voltaje.

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En caso de que alguno de los voltajes no sea correcto, se debe conseguir el repuesto del regulador y cambiarlo adecuadamente. • Revisión en entradas. Si los voltajes son correctos, se debe proceder a revisar las señales provenientes de los sensores, teniendo en cuenta que cada uno de los sensores y pulsadores, corresponden a las entradas en el microcontrolador de acuerdo como se indica en la Tabla 21; al activar cada uno de los sensores, se debe revisar que en la respectiva entrada del microcontrolador, se produzca un cambio, es decir, una transición de 0 a 5 Vdc o viceversa,(para ver el PIC de la entrada respectiva, debe consultar el Anexo I del microcontrolador), si alguno de ellos falla, se debe verificar la ruta de la señal proveniente del respectivo sensor, teclado o LCD, siguiendo la ruta de acuerdo al conexión del sistema y proceder a cambiar el dispositivo en el cual la señal se interrumpa. • Revisión del microcontrolador. Como primera medida, se debe extraer el microcontrolador cuidadosamente de la tarjeta de control e insertarlo en la tarjeta programadora. Posteriormente, se procede a conectar el cable de comunicación entre la tarjeta y el puerto paralelo del computador y conecte el adaptador a un toma corriente y asegúrese con el multímetro que el voltaje entregado se encuentre entre 12.5 y 14 Vdc antes de conectarlo a la tarjeta. Diríjase al software respectivo del sistema y ejecute el programa identificado con el icono EPICWIN

Icono de EPICWIN De esta forma se despliega el siguiente cuadro de programa:

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En el menú desplegable, seleccione la referencia del microcontrolador que este usando, ya sea PIC16F877 o PIC16F877A y a continuación cargue el programa de control del sistema por File, Open, y seleccione la ruta del archivo HEX. Identificar el PIC con el icono y verificar dando click en el siguiente icono, si la verificación es incorrecta, cargue de nuevo el programa y programe con el icono, verifique y monte el microcontrolador en la tarjeta. Si no es posible programar el microcontrolador y se siguieron correctamente los pasos anteriores, el microcontrolador debe ser reemplazado, para lo cual, debe ser programado como se ha explicado anteriormente. Ahora proceda a insertar de nuevo el PIC en la tarjeta de control, asegurándose que éste esté ubicado en el sentido correcto y proceda a encender el sistema y arrancarlo como es debido. En caso de haber seguido paso a paso el manual de reparación y no haber encontrado solución al problema, se debe realizar un minucioso análisis para la reparación del sistema a cargo de personal especializado. � Revisión de los Actuadores Eléctricos. El componente eléctrico por excelencia, son los actuadores. Un motor eléctrico es un sistema que convierte la energía eléctrica en mecánica. Si no se menciona ningún otro adjetivo, se suele suponer que el motor ofrece un movimiento giratorio, por eso, cuando se escucha su nombre, automáticamente es imaginado un eje con un volante, polea o engrane, girando. Si se daña un motor que posee la máquina, se deben tomar en cuenta los siguientes factores para realizar el cambio y garantizar una buena instalación: � Velocidad de la máquina movida, RPM. � Clase de sistema en el que se encuentra el motor en la máquina. � Potencia efectiva que debe desarrollar, HP. � Clase de transmisión (Acoplamientos entre las poleas y las correas). � Tensión entre fase de la red. � Frecuencia de la red y velocidad del motor. � Forma constructiva. � Protección mecánica. � Temperatura ambiente. � Verificar en donde esta instalado el motor.

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En caso de no presentarse daños que requieran cambio de motor, este debe ser realizado por personal especializado. Si el motor funciona en forma irregular es por: � Avería en los rodamientos. � La caja del motor está sometida a tensiones mecánicas. � Acoplamiento mal equilibrado. Si no arranca: � Tensión baja. � Contacto del arrollamiento con la masa. � Rodamiento totalmente dañado. � Defecto en los dispositivos de arranques. � Si arranca a golpes es por que las espiras están en contacto. Cuando arranca con dificultad y disminución de velocidad al ser cargado posiblemente es por: � Tensión demasiado baja. � Caída de tensión en la línea de alimentación. � Está mal conectado. � Contacto entre espiras del estator. � Interrupción en el inducido. El motor se calienta excesivamente pero en proceso lento debido posiblemente por: � Exceso de carga. � Frecuencia de conexión y desconexión muy rápida. � Tensión demasiado elevada. � Tensión demasiado baja. � Falla una fase. � Conexión equivocada. � Contacto entre espiras. � Cortocircuito entre fases. � Cuerpos extraños en el entrehierro.

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� Revisión de la parte Neumática. Para considerar la revisión de la parte neumática se deben tener en cuenta, en primer lugar, el suministro de aire por parte de la máquina que es transferido a los elementos neumáticos, corregir posibles filtraciones de aire por las mangueras, es decir cuando se presentan fugas o escapes de aire, lo cual genera debilidad en la presión requerida para el funcionamiento de los elementos neumáticos. Debe estar en continua revisión, los ajustes de los elementos neumáticos a la máquina eslabonadora de alambre, por cuestiones de funcionamiento y seguridad � Revisión de la parte Mecánica. Para el mantenimiento de la parte mecánica es necesario revisar periódicamente cada una de las partes componentes, de los sistemas mecánicos de la eslabonadora de alambre, manteniendo un engrasado y ajuste de las piezas mecánicas, de igual forma revisar si hay averías en la estructura o signos de oxido y mal estado del material; de igual forma al presentarse un daño por mínimo que sea, no se debe esforzar la máquina porque es generada un daño mas grande, ya sea por que se altera la parte física de la máquina.

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14. GESTIÓN AMBIENTAL El medio ambiente, se encuentra constituido por todo aquello que nos rodea, el aire, el cielo, el agua y todo un conjunto de elementos que conforman la biosfera, hogar de los seres vivos; razón por la cual se debe proteger el suelo, la calidad de las aguas, el aire y las zonas que cuentan con abundante vegetación. De igual forma, las empresas y grandes industrias, las cuales son más vulnerables a la contaminación del medio ambiente, deben desarrollar sus actividades con altos niveles de excelencia, por lo tanto, todo nuevo proyecto debe incorporar las consideraciones ambientales, garantizando la contribución a un ambiente sano y puro, realizando operaciones que eviten riesgos para las personas y la naturaleza en general. 14.1. EL MEDIO AMBIENTE Y EL PROYECTO La relación de este proyecto con el medio ambiente, se presenta de manera sólida, ya que no existe daño alguno que pueda ejercer la máquina eslabonadora de alambre, con el proceso que brinda para la elaboración de la malla. El diseño y el proceso presentados, no son contaminadores directos del medio ambiente, ya que este prototipo de máquina, no expulsa gases tóxicos; pues el diseño es llevado a cabo con la integración de varios factores de importancia, dentro de los cuales es tenido en cuenta la relación y reacción con el medio ambiente. En lo que respecta al sistema de lubricación de esta máquina, los componentes utilizados, corresponden a un galón de agua, un cuarto de jabón azul y medio litro de ACPM, componentes que son mezclados y utilizados para el proceso de lubricación del cilindro helicoidal, durante el eslabonamiento del alambre. De igual forma, las sustancias tóxicas son productos químicos cuya fabricación, procesado, distribución, uso y eliminación representan un riesgo para la salud humana y del medio ambiente. Si éstas se filtran al suelo o al agua, pueden contaminar el suministro de agua, el aire, cosechas y animales domésticos. El ACPM utilizado en este proceso, corresponde a una sustancia química que es utilizada en pequeñas cantidades y combinada con otros elementos, mezcla que es utilizada durante un periodo largo del eslabonamiento, pues, dicha mezcla es líquida y rendidora, por lo tanto este lubricante, no es de gran incidencia negativa para el medio ambiente.

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15. CONCLUSIONES Por medio de la realización del presente trabajo, se logró alcanzar el objetivo trazado, pues se diseñó un sistema para la automatización del proceso de manufactura de mallas de alambre, para la empresa MALLAS DEL CAUCA LTDA. , el cual brinda seguridad al operario y eficiencia en el proceso. El dispositivo diseñado para el sistema, es presentado de forma segura y precisa, evitando riesgos y alteraciones al proceso de eslabonamiento, pues cuenta con un conjunto de elementos y controladores que supervisan el debido funcionamiento y permiten que el proceso sea efectuado sin cambios o daños en la presentación de la malla. El diseño de la eslabonadora de alambre es eficiente, ya que cumple con los requerimientos planteados, utilizando el menor presupuesto posible. El diseño obtenido de la nueva máquina eslabonadora de alambre que posee un sistema de control, subyace del rediseño implementado a la actual máquina con la que cuenta la empresa para llevar a cabo la fabricación de la malla, en donde es propuesta la implementación de un sistema de control automático para el proceso, y son efectuados una serie de cambios y modificaciones a la estructura de la máquina y a los mecanismos que la conforman, haciendo del diseño, un prototipo mas estético y resistente. El presente diseño, requiere de la utilización de materiales y dispositivos estándares, los cuales son de fácil adquisición en el mercado; por otra parte, los elementos propuestos para el desarrollo del diseño permiten un fácil mantenimiento y reparación. La utilización de herramientas virtuales para las pruebas de ensayo-error, son de gran utilidad para el desarrollo del diseño de la máquina eslabonadoras de alambre, pues promueve seguridad para la elaboración del programa, garantizando un funcionamiento adecuado del proceso de fabricación de mallas.

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El diseño de la máquina presentado, y las modificaciones e implementaciones realizadas, optimizan un funcionamiento adecuado, brindando un proceso de manufactura con calidad, buena presentación y sin desperdicio de material. Llegando a la conclusión, que el diseño pensado y presentado, cuenta con los principales requerimiento de calidad, confianza y economía. La automatización de una máquina, hace que se obtengan mejores resultados en la producción, de igual forma, tomar como punto de partida, un diseño para ser modificado, sirve de apoyo para reconstruir, modificar y presentar un nuevo diseño que presente altos estándares de calidad, mejore las condiciones del proceso y brinde seguridad a los operarios y al proceso en general. La utilización de dos pistones ubicados de forma horizontal, para realizar el corte del alambre, brinda un mayor rendimiento y eficiencia de la máquina, ya que el corte se realiza de forma inmediata y precisa, evitando la intervención de operarios y pérdida de tiempo para realizar dicha función. El empleo de un sensor de proximidad, hace que el proceso de elaboración de la malla sea realizado en un menor tiempo, ya que se evitan las mediciones realizadas por operarios para la determinación de la altura de la malla a fabricar; el sensor se posiciona en la distancia determinada previamente para la selección de la altura, en donde al llegar el alambre a la distancia indicada, inmediatamente se acciona el sistema de corte. La utilización de microswich en la eslabonadora de alambre, hacen que el proceso se realice de forma segura, ya que éstos ayudan a determinar si el proceso posee las condiciones iniciales requeridas para un correcto funcionamiento, sirviendo de sistemas de seguridad. El empleo de un sistema de recolección de la malla es de gran utilidad, ya que brinda rendimiento, facilidad y buena presentación a la hora de la entrega. Implementar éste sistema, en el diseño de la máquina eslabonadora, hace que el proceso se realice de forma automatizada, con poca intervención de operarios y con altos índices de calidad y eficiencia. Por medio de la proyección hacia un diseño óptimo, se llega a la conclusión que la implementación de un sistema de soporte y tensión de la malla, denominado “uñas mecánicas”, permite obtener mejores resultados a la hora de la fabricación y la realización del proceso desempeñado por la máquina, ya que permite direccionar

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las tiras de alambre trenzadas hacia el sistema de recolección, haciendo del diseño, un prototipo mas eficiente y automatizado. El diseño de la eslabonadora de alambre posee un sistema eficiente en cuanto a la determinación de las dimensiones de la malla a fabricar, ya que el operario puede digitar las medidas solicitadas por el cliente para ser manufacturación de la malla. En el transcurso del diseño de la eslabonadora de alambre se llego a la conclusión que ésta debe contar con un elemento en forma de cúpula, con el fin de brindar protección al sistema de trenzado del alambre de la máquina, de igual forma es implementado pensando en mantener en buen estado la máquina y el principal sistema del proceso. La implementación de un motor Clutch como principal actuador distribuidor de movimiento, mantiene el proceso desarrollado por la máquina en optimas condiciones, disminuye las posibilidades de deterioro de la máquina y mantiene una disminución de costos, ya que se necesita estar pausando el movimiento del motor, para dar paso a la función de los demás sistemas que conforman la máquina; de igual forma, son implementados dos motores paso a paso, ya que son de gran ayuda por su característica de brindar movimiento en grados, facilitando el control del proceso. El diseño del software de la máquina eslabonadora de alambre permite informar en caso de haber un fallo en el proceso, activando una alarma y dando espera a solucionar el problema, para luego proceder en el paso que haya quedado el proceso. Las condiciones presentadas por la caja del sistema de control, proporcionan aislamiento eléctrico, de humedad, y condiciones industriales, lo cual brinda garantía de un buen funcionamiento del dispositivo. El diseño obtenido y la variedad de implementaciones efectuadas, pueden presentar imprevistos al momento de pasar del diseño teórico a la aplicación real. Para lo cual, es necesario analizar los cambios que puedan surgir y dar soluciones apropiadas para sacar adelante el diseño pensado.

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El mantenimiento que debe ser realizado a la máquina eslabonadora de alambre, representa duración del diseño y al mismo tiempo, evita posibles accidentes, lo que representa seguridad a los operarios; por lo cual se llega a la conclusión que aunque los elementos implementados requieren de mantenimiento, la ubicación de la máquina debe contar con corrientes de aire e iluminación y no estar expuesta a humedades y otras circunstancias que promuevan el deterioro de la máquina. En proyectos de automatización, es fundamental tener en cuenta la opinión del personal que a diario se encuentra involucrado en el proceso, ya que dichos conceptos son claves en el diseño y desarrollo funcional de la máquina.

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16. RECOMENDACIONES � Realizar adaptaciones pertinentes para agregar un cilindro porta caracoles, con el fin de no efectuar un cambio de caracol cada vez que se deba realizar un tejido diferente; con la incorporación de un cilindro porta caracoles que tenga como función girar y ubicar el caracol deseado para el tejido de la malla. Esta nueva adaptación genera incremento de tiempo en la producción y agilidad en el proceso. La adaptación propuesta, no ha sido tenido en cuenta para el presente diseño por motivo de incremento en el presupuesto por parte de la empresa, pero en el diseño del software se ha dejado planteado la futura mejora. � Realizar un cambio de lubricante, con el fin de desechar el uso del ACPM, y contribuir a la preservación del medio ambiente, teniendo en cuenta las características y necesidades del lubricante en el mantenimiento de la máquina. � Ampliar el tipo de tejido de malla; crear un sistema que permita que la misma máquina pueda eslabonar alambre en diferentes tipos de tejido, conservando las mismas magnitudes de las mallas. � Crear una interfaz gráfica, que permita al operario establecer el estado de la producción. � Ampliar las dimensiones de la fabricación de la malla, en cuanto al largo. � Es recomendable instalar cierres y válvulas de bloqueo adicionales para el suministro de aire del sistema neumático. � Colocar alarmas sonoras, para una mayor seguridad del equipo y de las personas que pueden estar alrededor, generando un buen uso por parte del operario de la máquina. � Mejorar la forma de recolección de la malla, en cuanto a la forma de desenganchar las guayas automáticamente y la forma de hacerle el nudo en las esquinas de las tiras eslabonadas.

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BIBLIOGRAFÍA BOYLESTAD, Nashelsky. Electrónica teoría de circuitos. Naucalpan de Juárez: Prentice Hall, 1987. 197 p. Empresa dedicada a la fabricación de mallas de alambre [en línea]. México: Mallas Corsa, 2007. [Consulta 20 de Agosto de 2007]. Disponible en Internet: http://www.mallascorsa.mx ENTREVISTA con Germán González Guzmán, Gerente General empresa Mallas del Cauca Ltda. Miranda, Cauca, 8 de Agosto de 2007. PALLAS ARENY, Ramón; VALDEZ Z, Fernando E. Microcontroladores. Fundamentos y Aplicaciones con PIC. Barcelona: Marcombo S.A, 1990. 86 p. ______. Sensores y acondicionadores de señal. 4 ed. Barcelona: Marcombo S.A., 2001. 120 p. PERAGALLO TORREIRA, Raúl. Manual básico de motores eléctricos. 3 ed. Madrid: Paraninfo, 1990. 210 p. PETER AITKEN, Bradley Jones. Aprendiendo C en 21 días. México: Edición Bestseller internacional, 1994. 106 p.

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ANEXOS

Anexo A. Formato de la encuesta de la eslabonadora de alambre para la prueba de conceptos

Descripción del producto. Sistema automático que permita la fabricación de diferentes mallas de alambre, a una buena velocidad sin dañar el material y dejarlo en forma estética de fuerte calidad y con una alta eficiencia de trabajo. Por medio de un motor AC, bandas, poleas, bomba hidráulica, tensor, sensores a láser microswitch entre otros, controlado por un micro, cortado el alambre por una guillotina y entregada la malla por un rodillo.

Preguntas

• ¿Según su nivel de producción esta interesado en un sistema automático en el área de eslabonamiento de alambre?

O Si O No • ¿Considera importante la automatización del proceso de manufactura de las

mallas de alambre en su empresa? O Si O No

• ¿El producto cumple con sus expectativas?

O Si O No

• Le gustaría que el dispositivo fuera: O Totalmente autónomo. O Controlado por computador.

O Los dos sistemas anteriores. • ¿Que calificación le daría a este producto? O Bueno O Regular O Malo

Intenciones de Compra. O Si lo compraría O Pudiera o no comprarlo O No lo compraría

• Sugerencias

______________________________________________________________________________________________________________________________

¿Cuánto dinero estaría dispuesto a pagar por un equipo como este?

O O 30.000.000 O 35.000.000 O 40.000.000

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Anexo B. Encuesta estudio de mercadeo empresarial

1. ¿Cual es su producción actual?

_ 350 metros lineales mensuales_

2. ¿Desea mejorar su capacidad de producción?

Si No

3. su producción es:

Automatizada semi-automatizada no automatizada.

4. ¿Cuantos operarios están involucrados con este proceso?

a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) mas de 4

5. ¿cuanto gasta mensualmente en nomina para esta parte del proceso?

$ 2,800.000_

6. ¿tiene limitaciones al suplir la demanda?

Si No

7. ¿necesita aumentar su capacidad de producción?

Si No

8. ¿Cuantos productos diferentes tiene?

a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) mas de 4

9. ¿en caso de querer automatizar esta la planta eslabonadora estaría dispuesto a invertir?

Si No

10. ¿En caso de querer automatizar por que lo haría?

a).ahorrar. b).aumentar la productividad. c).expandir su mercado. d).aumentar el nivel de competitividad. e).mejorar las condiciones de higiene. f) todas las anteriores

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Anexo C. Sensor de nivel

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Anexo D. Sensor SHARP hoja de especificaciones

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Anexo E. Sensor CNY70

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Anexo F. Especificaciones del motor principal clutch

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Anexo G. Especificaciones de la moto-bomba

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256

Anexo H. Especificaciones del PIC 16F877

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258

259

Anexo I. Dimensiones del actuador neumático rotativo

Anexo K. Especificaciones del los cilindros neumáticos

260

Anexo J. Especificaciones de los cilindros neumáticos.

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262

263

264

Anexo K. Electroválvula 3/2 vías Airtac

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267

Anexo L Correas de transmisión de movimiento del sistema

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Anexo M Perfiles de la estructura

Hierro Angulo

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Anexo N Rodamientos SKF (Catálogo Interactivo de Ingeniería) SKF, fabrica una amplia gama de rodamientos de alta precisión y de productos asociados, principalmente diseñados para las máquinas, para la eslabonadora de alambre se opta elegir rodamientos de la marca SKF.

Rodamiento oscilante de rodillo

Autoalineables y muy robustos. Las dos hileras de rodillos hacen que los rodamientos puedan absorber cargas elevadas. La actual gama de rodamientos de rodillos a rótula, inventada por SKF y refinada a lo largo de los años, incluye una amplia gama de tamaños de diversas Series de Dimensiones ISO así como diseños especiales. Los rodamientos de rodillos a rótula de dos

piezas se basan normalmente en rodamientos estándar, pero se pueden personalizar según se requiera. Rodamiento de precisión

Los rodamientos se fabrican en diversas Series de Dimensiones y en una amplia gama de tamaños, y entre ellos figuran los rodamientos híbridos (con elementos rodantes de cerámica) así como los rodamientos tradicionales hechos totalmente de acero.

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Anexo Ñ Vistas del diseño virtual de la máquina

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Anexo O Vistas del diseño virtual del panel de control