Embed Size (px)
Citation preview
1
DISEÑO DE UN BANCO DE TRABAJO PARA EL CORTE Y PRENSADO DE LATAS DE GUADUA PARA LA FABRICACIÓN INDUSTRIAL DE PRODUCTOS
ARTESANALES.
OSCAR HOYOS RENGIFO JORGE IVÁN MONTALVO NAVARRETE
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
SANTIAGO DE CALI 2010
2
DISEÑO DE UN BANCO DE TRABAJO PARA EL CORTE Y PRENSADO DE LATAS DE GUADUA PARA LA FABRICACIÓN INDUSTRIAL DE PRODUCTOS
ARTESANALES.
OSCAR HOYOS RENGIFO JORGE IVÁN MONTALVO NAVARRETE
TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO MECATRÓNICO
DIRECTOR FARUK FONTHAL RICO
INGENIERO ELECTRÓNICO
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
SANTIAGO DE CALI 2010
3
PAGINA DE ACEPTACIÓN
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 ___________________________________ JURADO ___________________________________ JURADO
SANTIAGO DE CALI, FEBERO DE 2010
4
CONTENIDO
LISTA DE TABLAS 6
LISTA DE FIGURAS 7
LISTA DE ANEXOS 8
GLOSARIO 9
RESUMEN 10
INTRODUCCION 11
1. OBJETIVOS 14
OBJETIVOS GENERALES 14
OBJETIVO ESPECIFICO 14
2. PLANEACION DEL PROYECTO 15
2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAS 15
2.2 IDENTIFICACION DE NECESIDADES 15
2.3 REQUERIMIENTOS 17
2.4 METRICAS 17
2.5 ESPECIFICACIONES PRELIMINARES 18
2.6 ANTECEDENTES 19
3. GENRACION DE CONCEPTOS BANCO DE CORTE 21
3.1 DIAGRAMA DE CAJA NEGRA 21
3.2 DESCOMPOSICION FUNCIONAL 21
3.3 EXPLORACION SISTEMATICA PARA EL BANCO DE CORTE 22
3.4 ANALISIS DE VIABILIDAD DE CONCEPTOS PARA CADA FUNCION 24
3.5 COMBIANCION DE CONCEPTOS 29
4. SELECCIÓN DE CONCEPTOS BANCO DE TRABAJO 31
4.1MATRIZ DE TAMIZAJE 32
4.2 MATRIZ DE SELECCIÓN 33
5. GENERACION DE CONCEPTOS TORNO 34
5.1 DESCOMPOSICION FUNCIONAL TORNO 34
5.2 EXPLORACION SISTEMATICA PARA EL TORNO 34
5.3 COMBINACION DE CONCEPTOS PARA EL TORNO 35
5.4 MATRIZES DE SELECCIÓN 36
6. ESPECIFICACIONES FINALES 47
7. ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 48
8 DISEÑO INDUSTRIAL 49
8.1 NECESIDADES ERGONOMICAS Y ESTETICAS 49
8.2 IMPACTO DISEÑO INDUSTRIAL 50
5
8.3 CLASIFICACION DEL PRODUCTO 50
8.4 PROTOTIPADO 51
9. DISEÑO DETALLADO 52
10. CONSIDERACIONES ERGONOMICAS 59
11. CONCLUSIONES 65
12. BIBLIOGRAFIA 66
13. ANEXOS 68
6
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Requerimientos del cliente. ...................................................................... 17
Tabla 2. Especificaciones Preliminares. ................................................................ 18
Tabla 3. Tabla de combinación de conceptos. ....................................................... 31
Tabla 4. Equivalencias para tabla de selección de conceptos. .............................. 31
Tabla 5. Matriz de tamizaje para el banco de trabajo. ........................................... 32
Tabla 6. Matriz de selección banco de trabajo. ...................................................... 33
Tabla 7. Matriz de tamizaje estructura general. ..................................................... 36
Tabla 8. Matriz de tamizaje carro móvil. ................................................................ 37
Tabla 9. Matriz de tamizaje carro fijo. .................................................................... 38
Tabla 10. Matriz de tamizaje elemento de sujeción guadua. ................................. 39
Tabla 11. Matriz de tamizaje pulidor de guadua con referencia actual. ................. 40
Tabla 12. Matriz de tamizaje pulidor de guadua con referencia concepto „a‟. ........ 41
Tabla 13. Matriz de tamizaje cabezal pulidor. ........................................................ 42
Tabla 14. Matriz de tamizaje herramienta montaje guadua. .................................. 43
Tabla 15 . Matriz de tamizaje Prensa guadua. ....................................................... 46
Tabla 16. Especificaciones Finales. ....................................................................... 47
Tabla 17. Tabla velocidad/torque poleas escalonadas .......................................... 56
Tabla 18. Cuadro de cargas eléctricas. ................................................................. 58
7
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Diagrama de flujo construcción casas en guadua. ................................. 13
Figura 2.Bancos de trabajo comerciales para madera ........................................... 20
Figura 3. Diagrama de caja negra banco de trabajo .............................................. 21
Figura 4. Descomposición funcional banco de corte. ............................................. 22
Figura 5. Diagrama de combinación de conceptos para el banco de trabajo. ....... 30
Figura 6. Descomposición funcional torno. ............................................................ 34
Figura 7. Diagrama de combinación de conceptos para el torno. .......................... 35
Figura 8. Variantes de conceptos estructura general. ............................................ 36
Figura 9. Variantes de conceptos carro móvil. ....................................................... 37
Figura 10. Variantes de conceptos carro fijo. ......................................................... 38
Figura 11. Variantes de conceptos elemento sujeción guadua. ............................. 39
Figura 12. Variantes de conceptos para pulidor de guadua. .................................. 40
Figura 13. Variantes de conceptos cabezal pulidor. .............................................. 42
Figura 14. Variantes de conceptos herramienta de montaje guadua. .................... 43
Figura 15. Concepto Seleccionado Torno. ............................................................. 44
Figura 16. Sierra ascendente. ................................................................................ 45
Figura 17. Variantes de concepto prensa. ............................................................. 46
Figura 18. Arquitectura del producto ...................................................................... 48
Figura 19. Necesidades ergonómicas y estéticas. ................................................. 49
Figura 20. Impacto del diseño industrial. ............................................................... 50
Figura 21. Clasificación del producto. .................................................................... 51
Figura 22. Diagrama Prototipos. ............................................................................ 51
Figura 23. Estructura Bando de Trabajo. ............................................................... 52
Figura 24. Vista Explosionada Cabezal Fijo .......................................................... 53
Figura 25 Vista Explosionado Cabezal Móvil ......................................................... 54
Figura 26. Vistas Pulidor. ....................................................................................... 55
Figura 27. Poleas Escalonadas. ............................................................................ 56
Figura 28. Diagrama trifilar. ................................................................................... 57
Figura 29. Diagrama de cableado eléctrico. .......................................................... 57
Figura 30. Medidas ergonómicas sugeridas banco de trabajo artesanal. .............. 59
Figura 32 Vista Frontal Banco de Trabajo. ............................................................ 60
Figura 31. Distribución ergonómica de elementos. ................................................ 60
Figura 33. Modularidad Banco de trabajo. ............................................................. 61
Figura 34. Lista de chequeo de operaciones. ........................................................ 62
Figura 35. Lista de chequeo del sitio de trabajo. .................................................... 63
Figura 36. Lista de chequeo de las herramientas manuales. ................................. 64
8
LISTA DE ANEXOS
A. Plano banco B. Plano sierra ascendente C. Plano Carro fijo explosionado D. Plano Carro Móvil explosionado E. Sierra explosionada F. Cono G. Prensadora 1 H. Prensadora 2 I. Pulidor J. Soporte bancada K. Torno L. Torno 2 M. Tabla selección Rodamientos N. Datasheet Colilladora O. Datasheet Rodamiento Circular P. Datasheet Rodamiento Tipo Cuadrado Q. Datasheet Rodamiento Cilindrico. R. Datasheet Aspiradora S. Datasheet Ruteadora T. Datasheet Lijadora banda U. Datasheet Taladro de Árbol V. Datasheet motor .5 hp. W. Datasheet motor 2 hp. X. Datasheet motor 5 hp.
9
1. GLOSARIO
BANCO DE TRABAJO: un banco en el cual se realiza trabajo; comúnmente utilizado por
los mecánicos, maquinistas, y carpinteros. Un banco de trabajo proporciona una superficie
de trabajo robusta, estable, y permite trabajar a una altura conveniente.
ERGONOMÍA: es la parte del estudio del trabajo que, con la utilización de conocimientos
anatómicos, fisiológicos, psicológicos, sociológicos y técnicos, desarrolla métodos para la
determinación de los límites que no deben ser superados por el hombre en las distintas
labores.
GUADUA: la guadua pertenece a la familia de las gramíneas (es un pasto gigante). En
América existen cerca de 290 especies de guadua, en Colombia la más conocida es la
bambusa guadua, o guadua angustifolia y es un recurso renovable utilizado para la
fabricación de artesanías.
LATA DE GUADUA: Se obtienen de la transformación de la guadua rolliza, y son
obtenidas de la parte gruesa del tallo es decir los primeros 8 a 12m lineales. El proceso
del rajado “Lateado” deja de 6 a 10 latas por tallo de guadua; un segundo paso de
cepillado las convierte en latas.
MODULARIDAD: La Modularidad es la propiedad que permite subdividir una aplicación
en partes más pequeñas (llamadas módulos), cada una de las cuales debe ser tan
independiente como sea posible de la aplicación en sí y de las restantes partes.
SIERRA CIRCULAR: sierra eléctrica formada por una hoja de acero circular con dientes a
lo largo de su perímetro.
TORNO: máquina donde el arranque de viruta se produce al acercar la herramienta a la
pieza en rotación, mediante el movimiento de ajuste. Las partes principales son la
bancada, el cabezal, el eje principal, el cabezal móvil y el carro.
10
RESUMEN
En el presente documento se encuentra descrito todo el proceso de diseño concurrente aplicado a la generación de un diseño de un banco de trabajo para corte y prensado de guadua. Se presentan desde el planteamiento del problema y la identificación de necesidades del cliente, hasta la etapa de diseño detallado, pasando por los procesos de búsqueda sistemática, generación de conceptos y matrices de selección para encontrar la mejor opción de diseño. Adicionalmente, se presentan los diferentes prototipos virtuales que se hicieron de las variantes de diseño más importantes, los cuales sirvieron para eliminar y seleccionar cual de los diseños mejor cumplía con las necesidades del cliente. También se presentan los planos, tablas, graficas, diagramas y hojas técnicas de algunos componentes que sirvieron para justificar el diseño del banco.
11
INTRODUCCION
La transformación de la guadua en Colombia la realizan principalmente los campesinos o los artesanos (con contadas excepciones de algunas pequeñas o medianas empresas), y la realizan en condiciones de tecnología incipiente en todos los aspectos: Producción de materia prima, Transformación, Diseño y mercadeo, por eso y a pesar de poseer una cultura ancestral alrededor de la guadua, los productos que se logran hoy día no tienen los elementos de presentación, calidad, precio y volumen que los hagan competitivos en los mercados nacionales e internacionales.
Entre las diferentes posibilidades de transformación, la alternativa de industrialización, ofrece las mejores oportunidades para generar valor agregado desde el nivel primario hasta los sofisticados procesos de elaboración de tableros, pisos, columnas y vigas laminadas entre otros productos. Este desarrollo está limitado por la falta de conocimiento tecnológico y de investigación en procesos y en maquinarias, las cuales se realizan empíricamente por los empresarios, lo que representa mayores costos en su inversión, incertidumbre en cuanto a la eficiencia del método y la aplicabilidad de los resultados y escasa sistematización y socialización de la experiencia. En los procesos de procesamiento preindustrial de la guadua es necesario desarrollar mejoras desde el bosque hasta la transformación primaria, para mejorar la competitividad en calidad y costos de producción. El encadenamiento de un manejo forestal sostenible, combinado con un buen grado de mecanización y adaptación de la maquinaria existente a las condiciones de producción colombianas, siempre acompañado de investigación, innovación y desarrollo tecnológico en conjunto con los grupos de investigación de las universidades, puede generar un pronto posicionamiento en ese mercado mundial. Es decir, si el país no cuenta con tecnología para la transformación primaria de guadua para producir productos de exportación y no está dispuesto a emprender esta estrategia, no se podrá posicionar en el mercado mundial. Para lograr esto se debe investigar alternativas para la industrialización de la guadua, que puedan materializarse y así poder atender tanto el mercado internacional como el mercado nacional.
El hecho de que la guadua no sea hasta ahora un renglón representativo en el país, no significa que en el mundo no existan posibilidades para este producto, pues según estimaciones del Instituto Internacional para el Bambú y el Rattan (INBAR, 2001), el bambú es una de las plantas de mayor potencial económico a nivel mundial. Desde tiempos remotos el bambú ha sido utilizado para satisfacer diferentes necesidades del ser humano, 2.500 millones de personas usan o comercializan el bambú en algunas de sus posibilidades:
12
Decorativos Jardín: Cerramientos, estacas, glorietas, tutores para plantas, etc.
Cestería: Canastos, cestos para ropa, baúles, papeleros, diversos artículos tejidos, etc.
Decorativo Jardín: Muebles, maceteros, fuentes.
Artículos de cocina y de decoración: Pinchos. Palillos, tapetes, alfombras, etc.
Pisos
Paneles decorativos
Paneles estructurales
Carbón Activado
Papel Se estima que la producción, transformación y comercialización del bambú aporta a la economía mundial aproximadamente US$ 7.200 millones de dólares. De este valor, 2.700 millones son comercializados internacionalmente (INBAR. 1999). Colombia en productos transformados aporta valores mínimos que no tienen incidencia en el análisis general del mercado.
En Colombia suman aproximadamente 50.000 Ha. de guadua lo que se convierte en una oferta interesante de materia prima para procesos industriales, sin embargo se han presentado una serie de limitaciones: No se dispone de maquinaria y equipo diseñados especialmente para la transformación de la guadua, no existe estandarización de los procesos de corte, inmunizado y secado de la guadua, hay debilidad en el diseño de productos elaborados a partir de la guadua, no existe una oferta de materia prima en las condiciones en que la requieren los transformadores, no hay claridad en las necesidades de los consumidores de guadua en todas las presentaciones.
La guadua está presente en casi todas las fincas cafeteras del país, siendo utilizada ancestralmente en la construcción de establos, cercas, enramadas y en la vivienda rural. Existe un pequeño grupo de propietarios pioneros en la formación de empresas agrícolas rentables a partir del manejo empresarial de sus guaduales naturales. Estos empresarios han generado una sinergia muy importante con el sistema de investigación y sus fincas cuentan con parcelas de investigación que ya han producido resultados disponibles para transferir y socializar ampliamente.
El aprovechamiento de guaduales se realiza por equipos de aprovechadores de guadua, conformados informalmente por guadueros, corteros, arrieros, coteros y transportadores. La mayoría de las veces, estos actores asumen la solicitud del salvoconducto en la respectiva corporación, el corte, transporte y entrega en el mercado fina Los guadueros por lo general aplican conocimientos empíricos, que frecuentemente ocasionan deterioro en el guadual y que no siempre satisfacen las demandas de calidad de los clientes. Los avances en la investigación sobre el
13
manejo y aprovechamiento de guaduales y el desarrollo de contenidos para capacitación realizados por la Universidad Tecnológica de Pereira-UTP y así como la formación de la fuerza laboral por competencias en manejo y aprovechamiento de la guaduales a través del SENA, se constituyen en factores clave para el aseguramiento de la calidad de la materia desde el guadual, hasta el suministro en los centros de transformación.
El proceso productivo al cual se enfocara este diseño, es la fabricación de casas prefabricadas en guadua. En el siguiente diagrama de flujo se muestran las principales actividades para la realización de estas casas.
Figura 1. Diagrama de flujo construcción casas en guadua.
Fuente: Propia.
14
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL:
Diseñar un banco de trabajo para el corte y prensado de latas de guadua para la fabricación industrial de productos artesanales.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Diseñar un banco de trabajo que aumente la productividad, especializado en el corte y el prensado de latas de guadua que asegure un corte automatizado y estandarizado.
El diseño debe cumplir con los aspectos establecidos por el Centro Piloto De Procesamiento Preindustrial De Guadua en el departamento del Valle Del Cauca.
Diseño de un producto terminado práctico, funcional y comercializable que cumpla con las características demandadas y las normas requeridas por el mercado artesanal y de construcción.
15
PLANEACION DEL PROYECTO 2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El banco de trabajo está enfocado para solucionar las necesidades de los trabajadores de Centro Piloto De Procesamiento Preindustrial De Guadua en el departamento del Valle Del Cauca. Aquí se realizan diversos trabajos con guadua, desde lateado, tronzado, hasta fabricación pre industrial de varios productos semi-terminados desde pisos hasta casas prefabricadas en guadua. Actualmente se utilizan herramientas especializadas para madera, lo suple la necesidad, pero no es lo ideal dada las características de la guadua. Se desea obtener un banco de trabajo ergonómico, donde se integran varias herramientas necesarias para la fabricación de estos productos, con herramientas que se adapten para trabajar guadua, optimizando espacio y pensando en la seguridad de los operarios. 2.2 IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES Después de aplicar encuestas y métodos de recolección de información se presentan las necesidades del cliente traducidos a requerimientos de fabricación.
1. Precisión en el corte: Que el banco de trabajo este en la capacidad de cortar la madera con precisión de milímetros.
2. Repetitividad en el corte:
Los cortes hechos en el banco conservan consistencia después de varios ciclos en las mismas condiciones de carga y temperatura.
3. Altura Variable:
La mesa varía la altura para que se adapte a diferentes usuarios.
4. Versatilidad de Herramientas: El banco podrá tener diferentes herramientas para obtener productos semi-terminados.
5. Económico:
Más económico que los bancos de trabajo similares.
6. Buena Fiabilidad: Que los componentes sean de fácil reposición y de fácil acceso y este diseñada para durar.
16
7. Seguro: Posee herramientas de agarre/sujeción que eviten manipular la madera con la mano por seguridad. Cuenta con guardas y elementos de protección que minimizan el riesgo de los operarios.
8. Facilidad de operación:
Permite a un operador manipular fácilmente y eficientemente las herramientas de corte.
9. Área Superficie:
Área de la superficie de trabajo donde se puede trabajar.
10. Ranuras Colección de Viruta: Espacio donde se echa la viruta que quede después del maquinado de la guadua.
11. Rango de Ángulos de Corte:
Permite hacer cortes en diferentes ángulos.
12. Guías: Posee guías para la estandarización del corte.
13. Ciclos de Trabajo:
Las diferentes herramientas se utilizan por ciclos de máximo 2 horas cada una.
14. Mantiene su Posición:
Mientras se hacen cortes, el banco de trabajo se queda quieto a pesar de la fuerza ejercida.
15. Facilidad para el Ensamble: Posee las herramientas necesarias para facilitar el ensamble de productos de guadua, especialmente latas.
17
2.3 REQUERIMIENTOS
A continuación se presentan los requerimientos del cliente con la importancia que tiene para el diseño. Tabla 1. Requerimientos del cliente.
# Elemento Requerimiento Importancia
1 El banco de trabajo Hace cortes precisos 5
2 El banco de trabajo hace cortes iguales 5
3 El banco de trabajo Es de Altura Variable 3
4 El banco de trabajo es versátil con las herramientas 4
5 El banco de trabajo es económico 3
6 El banco de trabajo es fiable 3
7 El banco de trabajo es seguro 5
8 El banco de trabajo es de fácil operación 4
9 El banco de trabajo Posee notable área de trabajo 4
10 El banco de trabajo Recolecta viruta 3
11 El banco de trabajo Ofrece varios ángulos de corte 5
12 El banco de trabajo Cuenta con guías 4
13 El banco de trabajo Posee Ciclos de Trabajo adecuados 3
14 El banco de trabajo Mantiene su Posición 4
15 El banco de trabajo Facilita Ensamble de latas 4
2.4 METRICAS Control de Posición: Sistema de control para controlar la ubicación de las herramientas de corte con buena precisión.
Variación de velocidad de los motores: Velocidad de los motores para herramientas de corte, optimizando la energía consumida por los motores. Ensamble: Tolerancia de ajuste entre las piezas Dimensión de la superficie de Trabajo: Dimensiones optimas de la superficie de trabajo para determinar el área en la que se puede trabajar. Material: Superficie en material resistente. Mantenimiento: Tiempo que se necesita para garantizar el correcto funcionamiento de todas las piezas del banco de trabajo sin necesidad de reparación.
18
Manual de operación: Lista de pasos para operar el equipo adecuadamente. Costos de manufactura: Costos de los elementos del banco de trabajo.
Normas de Seguridad: Cumplimiento de todas las normas de seguridad que permitan poner en funcionamiento el banco. 2.5 ESPECIFICACIONES PRELIMINARES Tabla 2. Especificaciones Preliminares.
# Necesidades Métrica Importancia Unidades
1 1,2,8
Precisión Control de Posición Cartesiano de Latas 5 mm.
2 1,2,11 Precisión Control de Posición Angular 5 °
3 9 Área Superficie de Trabajo 4 m2
4 14,7,8 Peso Total 4 Kg.
5 12,1,2,8,11 Guías de Corte 4 Binario
6 13 Ciclos de Trabajo 3 Horas
7 6,5 Repuestos fáciles de Conseguir 4 Subj
8 5,6,7 Modularidad 4 Subj
9 5,6,7 Seguridad 4 Subj
10 4,5,8 Herramientas de Agarre 5 Lista
11 1,2,5 Herramientas de Corte 5 Lista
12 10,8 Dimensión Ranuras de Viruta 3 cm.
13 5 Presupuesto Total 4 $
14 14 Elemento de Ensamble 3 Lista
15 15,7,8 Bloqueos 5 Binario
16 1,2,4,13 Potencia Motor 4 HP
17 7,3 Elevación del Piso Variable 4 Cm
18 8,4 Dirección Reversible 4 binario
19 8,6,5 Herramientas necesarias para Mantenimiento 3 lista
20 4,8 RPM 4 lista
21 1,2,8,11 Rango de Ángulos 4 rango °
19
2.6 ANTECEDENTES
Hasta hace muy poco en el país en general las actividades alrededor de la guadua se venían impulsando por pequeños grupos artesanales y algunas iniciativas empresariales aisladas, que identificando oportunidades puntuales de mercado, se introducían en actividades de valor agregado para este recurso; pero en años recientes, se ha venido dando un proceso de organización, no solo en el Valle del Cauca sino también en otros departamentos productores de guadua, en el marco de la ley 811 de 2003 que institucionaliza la formación de Cadenas Productivas a través de Consejos Consultivos departamentales, lo que dio lugar a que en diciembre de 2004 en la ciudad de Cali, se firmara el Acuerdo Nacional de Competitividad de la Cadena Productiva de la Guadua, en el cual se resumen los compromisos de cada uno de sus actores y cuyo cumplimiento será el paso fundamental para que en el país, esta actividad productiva tenga una visión de desarrollo basada en mercados dinámicos, en tecnología de punta, en asociaciones sólidas, pero sobretodo basada en un criterio de sostenibilidad y aprovechamiento racional de este recurso que no solo es privilegiado por sus propiedades de industrialización sino por su generosidad ambiental.
La tecnología para la transformación de la guadua se ha basado en dos
alternativas:
La adaptación para trabajar la guadua con maquinaria y equipos convencionales usados para madera.
La adaptación de las máquinas usadas en la China para el procesamiento del bambú.
En el primer caso los resultados no son los esperados debido a que la forma, la longitud y los cortes necesarios en la guadua son muy diferentes a los de la madera, además del desgaste rápido del filo de las cuchillas o sierras por el alto contenido de sílice en la guadua. Las adaptaciones hechas en Colombia no han sido muy técnicas, razón por la cual los equipos adaptados no han alcanzado niveles de productividad satisfactorios. La segunda solución tampoco ha sido la más acertada debido a que la dureza de la guadua es mucho mayor que la del bambú que se procesa en la China. Por estas razones, es indispensable que se validen las diferentes alternativas que existen en el mercado o que los empresarios o instituciones han venido desarrollando, además de debe adaptar y construir maquinaria que responda a los requerimientos técnicos de los transformadores de guadua; lo mismo se debe hacer con los procesos de secado e inmunización los cuales no están estandarizados para cada una de las necesidades de los transformadores.
En la actualidad el SENA regional del Quindío desarrolla el “Proyecto empresarial de innovación para fortalecer la cadena productiva de la
20
guadua”, en el cual, se desarrollan sendos equipos y maquinas que servirán de referencia y guía para el presente proyecto. Adicionalmente, se está desarrollando un programa denominado DESARROLLO DE CAPACIDADES TECNOLÓGICAS PARA LA PRODUCCIÓN Y TRANSFORMACIÓN PREINDUSTRIAL DE GUADUA EN EL DEPARTAMENTO DEL VALLE DEL CAUCA, en el cual existe un proyecto titulado DESARROLLO DE UN CENTRO PILOTO DE PROCESAMIENTO PREINDUSTRIAL DE GUADUA EN EL DEPARTAMENTO DEL VALLE DEL CAUCA elaborado por la PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA CALI en asocio con SECRETARIA DE AGRICULTURA Y PESCA DEL VALLE DEL CAUCA, LA CORPORACIÓN AUTONOMA REGIONAL DEL VALLE DEL CAUCA, CORPOCUENCAS Y EL SENA. Se cuenta con el apoyo de este programa para el desarrollo del presente proyecto.
Entre la maquinaria de madera que se utiliza para procesar guadua, se presentan las siguientes bancos de trabajo que son los que más se asemejan a lo que se quiere diseñar.
Fuente: WMH Tool Group. Wood Shapers.LaVergne 427 Sanford Road: Industrial Woodworking Machinery Division, 2009
Estos bancos de trabajo tienen múltiples herramientas de corte y sujeción de trozos de madera, y cuentan con sistemas de aspirado y posicionamiento que permiten un trabajo seguro y confiable para el operario, pero están sobredimensionadas para trabajar la guadua, por lo cual son demasiado costosas.
Figura 2.Bancos de trabajo comerciales para madera
21
3. GENERACIÓN DE CONCEPTOS BANCO DE CORTE. Después de establecer las métricas, se deben generar conceptos para poder cumplir con los requerimientos del cliente. Para poder hacer esto, se debe pensar en el producto a desarrollar como una caja negra, operando sobre el material, energía y flujo de señales. Luego, se debe subdividir la caja negra en sub funciones que describan en detalle que se debe hacer para cumplir con el objetivo principal, siguiendo el flujo del material y estableciendo que operaciones se requieren 3.1 Diagrama de Caja Negra Al mirar el banco de trabajo como una caja negra, sus únicas entradas serán la energía eléctrica del cual se alimentara las diferentes herramientas, el material, que puede ser la guadua ya sea en latas o entera para ser pulida, y las señales de control que activaran las herramientas. Como salidas, se obtendrá energía mecánica que se transmitirá a la guadua para cortar, pulir o modificar su estructura, el material ya modificado, y señales pueden ser de control o alarma.
Fuente: Propia
3.2 DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL BANCO DE CORTE Para obtener un mayor detalle, se sigue el flujo del material y las señales desde las entradas hasta las salidas, y se hace un bloque funcional para cada acción que requiera una función.
BANCO
DE
TRABAJO
ENERGÍA
(Eléctrica)
MATERIAL
(Guadua en costillo)
SEÑALES
(Unidad-control y
físicas)
ENERGÍA
(Mecánica)
E
N
T
R
A
D
A
S
S
A
L
I
D
A
S
MATERIAL
(Guadua trabajada)
SEÑALES
Figura 3. Diagrama de caja negra banco de trabajo
22
Fuente: Propia
3.3 EXPLORACIÓN SISTEMÁTICA PARA EL BANCO DE CORTE Para cada una de las sub funciones que se observan en la descomposición funcional, se hace una búsqueda interna y externa tratando de abarcar todas las posibilidades para cumplir la función. A continuación, se presenta la exploración sistemática para cumplir las funciones del banco de trabajo. ACEPTAR Y REGULAR LA ENERGÍA
a. Sistema de rectificador con microcontrolador y SCR. b. Fuente swicheada. c. Acople con UPS. d. Conexión Estándar a 110/220 V
SEÑALES
(Unidad-
control)
MATERIAL
(Guadua en
costillo)
ENERGÍA
(Eléctrica)
Aceptar y
regular
energía
Control
de aporte
de energía
Corte
Ruteo
Acabado
Inmovilización
de latas
SEÑALES
(Físicas)
UNIDAD DE
CONTROL
Regulación de altura
de área de trabajo
Estructura
Soporte
Recolección
de viruta Producto
terminado
Monitoreo
Prensado
Área de
trabajo
Figura 4. Descomposición funcional banco de corte.
23
ESTRUCTURA DE SOPORTE a. Tubería cuadrada forrado en lamina b. Mesa en madera c. Fundición d. Aluminio/acero e. Concreto f. Plástico
ÁREA DE TRABAJO
a. Brazos robóticos con control de posición. b. Banda transportadora de movimiento lento. c. Mesa de altura variable.
CONTROL DE APORTE DE ENERGÍA
a. Variador de velocidad tipo V/F. b. Variador de velocidad tipo control motion. c. Variador de velocidad tipo auto transformador. d. Control de posición velocidad tipo PID, PD, PI o P. e. Tablero de Control con Switches y Breakers f. Control de posición velocidad tipo ADAPTATIVO
CORTE
a. Con chorro de agua- arena de alta presión. b. Con sierra circular. c. Sierra de cadena d. Sierra de hoja. e. Cortadora láser. f. Taladro
RUTEO a. Cortadora láser de corto alcance. b. Sierra circular con control de posición. c. Sierra de cadena con control de posición. d. Cortadora agua-arena con control de profundidad. e. Ruteadora fija f. Ruteadora Movil
ACABADO
a. Esmeriladora. b. Lijadora de banda. c. Lijadora rotativa. d. Cortadora agua-arena en spray. e. Pulidora f. Torno y herramienta de pulido
24
INMOVILIZACIÓN DE COSTILLOS a. Guías de acero pulido. b. Brazos robóticos de control de posición. c. Guías de acero pulido con control de posición. d. Prensas en C e. Prensa de Banco f. Prensa para laminados
UNIDAD DE CONTROL
a. Con UC marca PIC. b. Con UC marca ATMEL. c. Con UC marca MOTOROLA. d. Con DSP. e. Desde PC remoto. f. Desde PC local. g. Switches en cada Herramienta y Tablero de Control Central
REGULACIÓN DE ALTURA DE ÁREA DE TRABAJO.
a. Manual mediante polea. b. Hidráulica. c. Eléctrica con selección desde unidad de control. d. Neumática. e. Manual de Tornillos
RECOLECCIÓN DE VIRUTA
a. Mediante aspiradora. b. Por canales de recolección. c. Por regla recolectora. d. Sopladora
3.4 ANÁLISIS DE VIABILIDAD DE CONCEPTOS PARA CADA FUNCION Dependiendo de los requerimientos del cliente, de criterios de expertos, y de la misma viabilidad de utilizar o no una alternativa, se determinan cuales son las formas de realizar una función que son viables para luego pensar en una mezcla de estas opciones para realizar la combinación y generación de conceptos para el banco de trabajo. ACEPTAR Y REGULAR LA ENERGÍA
a. Sistema de rectificador con microcontrolador y SCR. No Viable, ya que no se requiere de una fuente de alta precisión en su aporte de energía a pesar de costo y mantenimiento.
25
b. Fuente swicheada. No Viable ya que no se necesita de voltaje DC y debido a su inferior complejidad y costo respecto a otras opciones
c. Acople con UPS. Viable si se requiere de notable robustez y confiabilidad sin importar
el precio. d. Conexión Estándar a 110/220 V
Viable ya que todas las herramientas vienen para trabajar con esta conexión.
ESTRUCTURA DE SOPORTE a. Tubería cuadrada forrado en lamina
Viable, pues es resistente, liviano, y económico b. Mesa en madera
No viable, ya que con el tiempo no es muy duradera c. Fundición
No viable, demasiado costoso y pesado d. Aluminio/acero
Viable, ya que es resistente y duradero e. Concreto
No viable, muy pesado y difícil de mover f. Plástico
No viable, pues no es un material muy resistente a largo plazo
ÁREA DE TRABAJO
a. Brazos robóticos con control de posición. No viable ya que es un banco artesanal y el presupuesto no lo permite
b. Banda transportadora de movimiento lento. No viable ya que los procesos artesanales son lentos, y al estar en movimiento seria poco práctico para el operario.
c. Mesa de altura variable. Viable, pues satisface la necesidad.
CONTROL DE APORTE DE ENERGÍA
a. Variador de velocidad tipo V/F. Viable, es un aplicación valida para cumplir con los requerimientos del cliente
b. Variador de velocidad tipo control motion. No viable, excesivamente costoso.
26
c. Variador de velocidad tipo auto transformador. No viable, no es para este tipo de aplicaciones
d. Control de posición velocidad tipo PID, PD, PI o P. Viable debido a su probada eficiencia en este tipo de tareas con motores y actuadores.
e. Tablero de Control con Switches y Breakers Viable, ya que cada herramienta tiene su propio control de aporte de energía para cumplir con su función, por lo cual con un tablero de control, es suficiente para el banco
f. Control de posición velocidad tipo ADAPTATIVO No viable, no es adecuado para esta aplicación.
CORTE
a. Con chorro de agua- arena de alta presión. No viable, demasiado costoso y poco preciso para aplicaciones
artesanales. b. Con sierra circular.
Viable, es lo más utilizado en esta aplicación. c. Sierra de cadena
Viable, se puede utilizar para cortar guadua d. Sierra de hoja.
Viable, se puede utilizar para cortar guadua e. Cortadora láser.
No Viable, se sale del presupuesto y los artesanos no poseen la capacitación necesaria para utilizar esta tecnología.
f. Taladro Viable, comúnmente se utiliza para cortar guadua.
RUTEO
a. Cortadora láser de corto alcance. No viable, demasiado costoso
b. Sierra circular con control de posición. No viable, se demoraría demasiado y poca precisión en la operación de ruteo
c. Sierra de cadena con control de posición. No viable, no es apto para la operación de ruteo
d. Cortadora agua-arena con control de profundidad. No viable, pocos antecedentes de usos en esta aplicación, y muy costoso
e. Ruteadora fija Viable, es lo utilizado para la operación de ruteo.
f. Ruteadora Movil Viable, es lo utilizado para la operación de ruteo.
27
ACABADO
a. Esmeriladora. Viable, aunque es muy poco utilizado en esta aplicación.
b. Lijadora de banda. Viable, pero se demoraría mucho las operación de pulido
c. Lijadora rotativa. Viable, ya que presenta una alta velocidad de operacion
d. Cortadora agua-arena en spray. No viable, demasiado costos y sobredimensionado
e. Pulidora Viable, se utiliza para la aplicación.
f. Torno y herramienta de pulido Viable, aunque habría que diseñar la herramienta que se adapte a la guadua.
INMOVILIZACIÓN DE COSTILLOS
a. Guías de acero pulido. Viable, cumpliría con el requerimiento del cliente
b. Brazos robóticos de control de posición. No viable, no es adecuado para una aplicación artesanal.
c. Guías de acero pulido con control de posición. No viable, no es apto para el trabajo con guadua.
d. Prensas en C Viable, comúnmente utilizado en esta aplicación.
e. Prensa de Banco Viable, comúnmente utilizado en esta aplicación.
f. Prensa Para laminados Viable, se podría diseñar una prensa para estas aplicaciones.
UNIDAD DE CONTROL
a. Con UC marca PIC. No viable, no hay operación que necesiten de un micro controlador.
b. Con UC marca ATMEL. No viable, no hay operación de control que necesiten un
microcontrolador. c. Con UC marca MOTOROLA.
No viable, no hay operación de control que necesiten un microcontrolador.
28
d. Con DSP. No viable, no hay operación de control que necesiten tan elevada capacidad de procesamiento
e. Desde PC remoto. No viable para un trabajo artesanal
f. Desde PC local. No viable, no es necesario para un trabajo artesanal.
g. Switches en cada Herramienta y Tablero de Control Central Viable, ya que cada herramienta tiene su control de aporte, y solo se necesita asegurar la energía en cada herramienta.
REGULACIÓN DE ALTURA DE ÁREA DE TRABAJO.
a. Manual mediante polea. Viable, es una opción comúnmente utilizada para variar la altura de trabajo de los bancos
b. Hidráulica. No viable, ya que los pesos que se manejan no son demasiado, por lo que no se necesitaría toda una instalación hidráulica.
c. Eléctrica con selección desde unidad de control. Viable, pero dado que la mesa no estará constantemente cambiando de altura, no sería tan indispensable.
d. Neumática. No viable, pues el control es más complicado y no se necesita tanto.
e. Manual de Tornillos Viable, pues es una solución muy económica y funcional.
RECOLECCIÓN DE VIRUTA
a. Mediante aspiradora. Viable, pues es lo adecuado para la recolección de viruta.
b. Por canales de recolección. No viable, pues limitaría el área de trabajo.
c. Por regla recolectora. No Viable, pues no la viruta tiende a trabarlo.
d. Sopladora Viable, pero se necesitaría de un compresor en el taller.
A continuación se presentan los resultados del análisis de viabilidad para cada función. Los puntos del mismo color representan las opciones escogidas para cada bloque funcional, y los diferentes colores son los diferentes conceptos.
29
3.5 COMBINACION DE CONCEPTOS Ahora, se deben crear conceptos a partir de combinaciones de cada elemento funcional, para de esta forma crear variantes de diseño para comprar matriz de selección para así poder determinar cuál es el concepto adecuado para seguir a la etapa de diseño conceptual y de detalle. En la siguiente tabla, se presentan los conceptos que resultan después de la combinación, los cuales serán evaluados en una matriz de tamizaje de conceptos, para finalmente escoger con una matriz de evaluación de Conceptos.
30
Combinación de Conceptos Banco de Trabajo para Guadua
Fuente: Propia
Figura 5. Diagrama de combinación de conceptos para el banco de trabajo.
30
31
Tabla 3. Tabla de combinación de conceptos.
Aceptar
y
Regular
Energía
Estruc.
Soporte
Control
Aporte
Energía Corte Ruteo
Acabad
o
Inmov. de
Latas
Recolecció
n de Viruta
Regulación
Altura de
Trabajo
A
UPS Tubería Cuadrad
a
Variador de
Velocidad
Sierra Circular
Fija Esmeril
. Prensa en C
Aspiradora Polea
B UPS
Tubería Cuadrad
a
Control PID
Sierra Cadena
Fija Lija
Rotativa
Prensa en Banco
Aspiradora Polea
C
110/220 Tubería Cuadrad
a
T.C. Switches
Sierra Circular
Móvil
Torno y
Herramienta de
Pulido
Prensa para
Laminados
Aspiradora Manual Tornillos
D UPS
Aluminio/
Acero
T.C. Switches
Sierra Circular
Móvil Lija
Rotativa
Guías Acero Pulido
Aspiradora Manual Tornillos
E
UPS Aluminio
/ Acero
Variador de
Velocidad
Sierra Circular
Fija Lija
Banda Prensa
en Banco Sopladora Polea
F 110/220
Aluminio/
Acero
T.C. Switches
Sierra Hoja
Móvil Pulidor
a
Guías Acero Pulido
Sopladora Eléctrica
4. SELECCIÓN DE CONCEPTOS BANCO DE TRABAJO
Estos conceptos son evaluados y filtrados por una seria de exámenes de viabilidad y disponibilidad tecnológica, para finalmente ser evaluados en una matriz de selección, de donde se escogerá el concepto a desarrollar. Para las matrices de evaluación y selección, se utilizan los siguientes criterios, y el patrón de referencia que se utilizo para comparar los conceptos es el TS29 Powermatic Tilt/Slide Shaper, que aunque es un banco de trabajo diseñado para madera, es una buena referencia para escoger el concepto a diseñar.
Tabla 4. Equivalencias para tabla de selección de conceptos.
+ Mejor Que
1
- Peor Que -1
0 Igual Que 0
32
Como se puede observar en la matriz de tamizaje, el concepto b y f obtuvieron las peores calificaciones, por lo cual se descartan como opciones para diseño, y los restantes serán reevaluados en una matriz de selección para determinar el ganador. Si se observa las calificaciones obtenidas para el criterio de versatilidad y facilidad de operación, la variante de diseño E obtuvo la única calificación positiva, ya que es el único diseño que tiene más de una herramienta para el corte, por lo cual se pensó en combinar los conceptos C y E para obtener uno mucho más completo. 4.1 MATRIZ DE TAMIZAJE Tabla 5. Matriz de tamizaje para el banco de trabajo.
Matriz de Tamizaje Banco de Trabajo
CRITERIO DE SELECCION a. b. c. d. e. f. Referencia
Cortes precisos y uniformes + 0 + + + 0 0
Altura variable + + 0 0 + + 0
Versátil y de fácil operación 0 0 0 0 + 0 0
Económico - - + - - + 0
Fiable + + 0 + + 0 0
Tamaño de área de trabajo 0 0 0 0 0 0 0
Recolección de viruta + + + + 0 0 0
Múltiples angulas de corte - - - - - - 0
Guías 0 - + - 0 - 0
Seguridad + 0 + + + - 0
Positivos 5 3 5 4 5 2
Iguales 3 4 4 3 3 5
Negativos 2 3 1 3 2 3
Total 3 0 4 1 3 -1
Orden 2 5 1 4 3 6
Continuar? Si no Comb. Si Comb. No
Ahora se les da un porcentaje de importancia a los criterios de selección para así seleccionar la mejor opción. En la siguiente tabla, se presentan estos resultados, y la variante de diseño que según el proceso de diseño Macatrónico es el más viable para desarrollar, es la combinación entre los conceptos C y E. El banco que se diseñara estará hecho con tubería cuadrada, se controlara su altura manualmente por medio de tornillos, contara con un tablero de control con switches y breakers, una ruteadora móvil, una aspiradora, múltiples herramientas de corte, no solo una como el concepto „C‟ original, una prensa para laminados y para el acabado se diseñara un torno con herramienta de pulido.
33
4.2 MATRIZ DE SELECCION
A continuación se planea los desarrollos subsiguientes, pues se empieza a diseñar a nivel de sistema, y a nivel de detalle. Para esto, a cada función se le hace un análisis completo, para poder validar los conceptos. Según las necesidades del cliente, y el criterio de los diseñadores, una de las partes más importantes del diseño seleccionado es el dispositivo de pulido en torno, ya que es una herramienta que no existe, que se debe diseñar pensando en una aplicación especifica requerida por el proceso productivo, por lo cual a esta parte del diseño se le hará un diseño conceptual enfocado a seleccionar la mejor forma de satisfacer esta necesidad.
Tabla 6. Matriz de selección banco de trabajo.
VARIANTES DE CONCEPTOS BANCO DE TRABAJO
CE A D Ref.
CRITERIO DE SELECCIÓN
% DE PONDERACION
NOTA
CRITERIO PONDERADO
NOTA
CRITERIO PONDERADO
NOTA
CRITERIO PONDERADO
NOTA
CRITERIO PONDERADO
Cortes precisos y uniformes 12 5 0.60 5 0.60 5 0.60 5 0.60
Altura variable 6 3 0.18 4 0.24 3 0.18 4 0.24
Versátil y de fácil operación 12 5 0.60 4 0.48 4 0.48 4 0.48
Económico 12 4 0.48 4 0.48 5 0.60 1 0.12
Fiable 10 3 0.30 4 0.40 3 0.30 5 0.50
Tamaño de área de trabajo 8 4 0.32 4 0.32 4 0.32 3 0.24
Recolección de viruta 8 4 0.32 4 0.32 4 0.32 3 0.24
Múltiples ángulos de corte 12 5 0.60 3 0.36 3 0.36 5 0.60
Guías 8 4 0.32 3 0.24 3 0.24 4 0.32
Seguridad 12 4 0.48 4 0.48 4 0.48 5 0.60
TOTAL
4.20
3.92
3.88
3.94
ORDEN 1 2 3 2
¿CONTINUAR? DESARROLLAR NO NO NO
34
5. GENERACION DE CONCEPTOS TORNO
5.1 DESCOMPONSICION FUNCIONAL TORNO
Fuente: Propia.
5.2 EXPLORACIÓN SISTEMÁTICA PARA EL TORNO Torno
Estructura General
o Angulo en c
o Barras paralelas
o Guías en Lamina con orificios espaciados
Pulidor
o Pulidor Rotacional
o Pulidor Traslacional
o Manual
Soporte Montaje Guadua
o Gato Tijera
SEÑALES
(Unidad-
control)
MATERIAL
(Guadua con
nudos
ENERGÍA
(Eléctrica)
Aceptar y
regular
energía
Variación
Velocidad
Torno
Sujeción
Guadua
Pulidor
Cabezal
Pulidor
Estructura
Soporte
Guadua
Pulida
Soporte
Guadua
Cabezal
Móvil
Sujeción
Cabezal
Móvil
Pulido
Figura 6. Descomposición funcional torno.
35
o Manual
o Gato Botella Hidráulico
Carro Móvil Unidad de Sujeción
o Levas
o Orificios Espaciados Uniformemente con pasador
Sujeción Guadua
o Sujetador Cónico
o Mandril
o Pinzas
Transmisión del Motor al Torno
o Juego de Poleas
o Variador de Velocidad
Carro Móvil
o Acero Fundido
o Placa y Lamina
Cabezal del Pulidor
o 2 partes unidas por tornillo
o Cilindro completo con sujetador atornillado
Fuente: Propia.
Figura 7. Diagrama de combinación de conceptos para el torno.
36
Para definir la estructura general del torno, se diseñaron 3 prototipos que se probaron en simulación para ver cuál de todos era el más adecuado teniendo en los requerimientos del cliente. A continuación se presentan los 3 prototipos, y la matriz de selección que se utilizo para escoger la estructura del torno que se utilizará. Fuente: Propia
Tabla 7. Matriz de tamizaje estructura general.
Estructura General
CRITERIO DE SELECCION a. b. c. Referencia
Estabilidad + 0 + 0
Economia - 0 0 0
Escuadra + 0 + 0
Sujecion Carro Movil + 0 + 0
Altura Variable + + + 0
Facilidad Ensamble y Transporte - + + 0
Estetica + 0 + 0
Positivos 5 2 6
Iguales 2 1 1
Negativos 0 0 0
Total 3 2 6
Orden 2 3 1
Continuar? No No Si
Figura 8. Variantes de conceptos estructura general.
37
Una vez ya definida la estructura general sobre la cual se desplazara el cabezal móvil y sobre la cual se montara el cabezal fijo, se procedió a diseñar estos cabezales. Dado que el torno es para uso artesanal, uno de los criterios de selección más importantes era el costo, por lo cual para la transmisión del motor al torno, se decidió por utilizar solo conceptos que utilizaran un sistema de poleas escalonadas. Para el diseño del carro móvil, se pensó en utilizar un carro modular, que consta de platinas modulares que permiten un ensamble sencillo y mayor facilidad de mantenimiento. Los conceptos del carro móvil que se muestran a continuación fueron evaluados en una matriz de selección utilizando como referencia el cabezal de un torno de madera, el cual es fundido y se sujeta al cabezal por medio de un sistema de leva giratoria.
Fuente: Propia
Tabla 8. Matriz de tamizaje carro móvil.
Carro Móvil
CRITERIO DE SELECCION a. b. c. Referencia
Modularidad 0 0 + 0
Sistema Fijación + 0 0 0
Economía - 0 0 0
Avance Cabezal 0 0 0 0
Facilidad de Apriete + + + 0
Escuadra - 0 + 0
Estética + 0 + 0
Positivos 3 1 4
Iguales 2 6 3
Negativos 2 0 0
Total 1 1 4
Orden 2 2 1
Continuar? No No Si
Figura 9. Variantes de conceptos carro móvil.
38
El concepto que se utilizara después del proceso de selección es el que consta de una estructura modular fabricada en lámina, que al ir sobre guías, asegura una escuadra un sistema de fijación muy eficiente.
Para el sistema fijo, se diseñaron tres prototipos en donde el sistema de trasmisión seleccionado fue el de poleas escalonadas. Para determinar cuál era el que mejor se desempeñaba, se utilizaron criterios como la modularidad, la estabilidad, la seguridad y el costo de fabricación, y se compararon con el cabezal fijo de un torno de madera comercial.
Fuente: Propia
Tabla 9. Matriz de tamizaje carro fijo.
Carro Fijo
CRITERIO DE SELECCION a. b. c. Referencia
Modularidad - 0 + 0
Transmisión 0 0 0 0
Economia - + + 0
Estabilidad + 0 + 0
Seguridad + 0 0 0
Estética + - + 0
Positivos 3 1 4
Iguales 1 4 2
Negativos 2 1 0
Total 1 1 4
Orden 2 2 1
Continuar? No No Si
Figura 10. Variantes de conceptos carro fijo.
39
Para la sujeción de la guadua entre los cabezales, se requiere de una herramienta que se adapte a los diferentes diámetros de guadua, teniendo en cuenta que muchas veces aunque el diámetro externo pueda ser muy grande, diámetro interior puede ser pequeño.
Fuente: Propia
Tabla 10. Matriz de tamizaje elemento de sujeción guadua.
Sujeción Guadua Torno
CRITERIO DE SELECCION a. b. c.
Referencia
Rango de Diámetros + 0 + 0
Fuerza de Sujeción + 0 + 0
Facilidad de Montaje 0 0 + 0
Economía 0 0 0 0
Durabilidad 0 0 0 0
Positivos 2 0 3
Iguales 3 4 2
Negativos 0 0 0
Total 2 0 3
Orden 1 2 1
Continuar? No No Si
Después de comparar los tres conceptos con el cabezal de un torno comercial, se decidió por utilizar el concepto del cabezal cónico dentado, ya que al girar, este se adhiere mas a la guadua, y al ser cónico, se adapta a los diferentes diámetros de la guadua. Una vez definido la estructura general del torno, se procede a pensar en la herramienta de pulido como tal, ya que es una herramienta no comercial y una aplicación sugerida por el mismo proceso productivo. A continuación se presentan los diferentes prototipos a los que se llego, y una matriz de selección en donde se escoge la opción que mejor cumple con los requerimientos del cliente.
Figura 11. Variantes de conceptos elemento sujeción guadua.
40
Fuente: Propia.
El primer prototipo es un sistema de pulido por levas, que se desplaza sobre un par de barras calibradas y que al momento de ejercer presión hacia abajo, acerca el cabezal de pulido a la guadua. El segundo concepto es un sistema que también se desliza sobra barras paralelas, pero este ataca de manera directa a la guadua, con un sistema horizontal de desplazamiento para acercarse a la guadua. El tercer prototipo es muy parecido, pero el motor va sobre la parte móvil del pulidor, para que el sistema de tensión del motor al pulidor pueda ser constante, ya que los primeros dos conceptos requieren de un sistema de tensor pues la distancia del motor al cabezal del pulidor no se mantiene constante.
Tabla 11. Matriz de tamizaje pulidor de guadua con referencia actual.
Pulidor
CRITERIO DE SELECCION a. b. c. Referencia
Modularidad + + + 0
Seguridad + + + 0
Ergonomía + + + 0
Adaptación Diámetros Guadua + + + 0
Adaptación Curvatura Guadua + + + 0
Tensión Sistema Transmisión + + + 0
Mantenimiento + + + 0
Estética + + + 0
Positivos 8 8 8
Iguales 0 0 0
Negativos 0 0 0
Total 8 8 8
Orden 1 1 1
Continuar? Si Si Si
Figura 12. Variantes de conceptos para pulidor de guadua.
41
Para la matriz de selección del pulidor, como referencia se utilizo el sistema actual de pulido, pero como este es manual, entonces todos los conceptos son mejores que la referencia, por lo que para poder tomar una decisión, se tomo el concepto „A‟ como concepto de referencia, para que al aplicar la matriz, poder determinar cuál de los conceptos es mejor comparativamente que los demás.
Tabla 12. Matriz de tamizaje pulidor de guadua con referencia concepto ‘a’.
Pulidor
CRITERIO DE SELECCION a. b. c. Referencia
Modularidad 0 0 0 0
Seguridad 0 0 0 0
Ergonomía 0 + + 0
Adaptación Diámetros Guadua 0 0 0 0
Adaptación Curvatura Guadua 0 + + 0
Tensión Sistema Transmisión 0 0 + 0
Mantenimiento 0 0 0 0
Estética 0 0 0 0
Positivos 0 2 3
Iguales 8 6 5
Negativos 0 0 0
Total 0 2 3
Orden 3 2 1
Continuar? No No Si
Al aplicar la matriz de selección, el concepto ganador fue el pulidor que se desplaza sobra barras paralelas, con un sistema de superficie horizontal móvil sobre el cual se desplaza el bloque completo de motor, transmisión y pulidor, logrando así eliminar la necesidad de un tensor. Este sistema de pulidor se fija su tope a la distancia mínima a la guadua, y a medida que esta gira en el torno, por medio de un sistema amortiguado por resortes, absorbe las vibraciones causadas por la curvatura de la guadua, ya que como el tamaño máximo de guadua que se puede ubicar en el torno es de 3 metros, es casi imposible encontrar una guadua completamente recta, por lo cual el diseño debe adaptarse a estas curvaturas. Para poder dar un buen acabado, primero se debe lijar con una lija de grano grueso, y luego con una de grano fijo, por lo cual el diseño del cabezal del pulidor debe permitir un cambio rápido de lija. A continuación, se presentan los diferentes prototipos que se diseñaron pensando en esta necesidad.
42
Fuente: Propia.
El primer concepto consta de un cilindro desarmable en dos partes, que permiten que la lija en rollo se fije en unos dientes, se forre alrededor del cilindro, y se vuelva a introducir por entre las dos mitades para tensionar. El segundo concepto es un cilindro acolchado para que la lija se adhiera por medio de pegante, y el tercer concepto, consta de un cilindro con un sujetador donde se encuentran los dos extremos de la lija, que se atornillan de nuevo al cilindro.
Tabla 13. Matriz de tamizaje cabezal pulidor.
Cabezal Pulidor
CRITERIO DE SELECCION a. b. c.
Referencia
Facilidad Montaje 0 + + 0
Facilidad Cambio Lija 0 - + 0
Seguridad 0 0 0 0
Sujeción Lija 0 - 0 0
Economía 0 + + 0
Funcionalidad 0 0 + 0
Estética 0 - 0 0
Positivos 7 2 4
Iguales 0 2 3
Negativos 0 3 0
Total 0 -1 4
Orden 2 3 1
Continuar? No No Si
Al aplicar la matriz de selección, el concepto ganador fue el cilindro con sujetador atornillable, ya que permite un cambio fácil de lija, y es un sistema económico.
Figura 13. Variantes de conceptos cabezal pulidor.
43
Dado que la bancada del torno es para guaduas de hasta 3 metros de largo, surge la necesidad de crear un dispositivo para utilizarse al momento de sujetar la guadua al torno, pues manejar una guadua de estas dimensiones para un solo operario seria un proceso muy difícil sin una herramienta que facilite esta labor. A continuación se presentan los prototipos virtuales que se generaron, y adicionalmente la matriz de selección que se utilizo para determinar cuál de todos es el que mejor satisface esta necesidad. El primer prototipo es un mecanismo manual de ajuste, con soporte en forma circular, el segundo, consta de un sistema muy parecido pero sobre un mecanismo de gato en tijera, y el tercero es mecanismo manual resortado pero con un soporte en ángulo a 90 grados.
Fuente: Propia.
Tabla 14. Matriz de tamizaje herramienta montaje guadua.
Herramienta Montaje Guadua
CRITERIO DE SELECCION a. b. c.
Referencia
Facilidad de Uso 0 - + 0
Peso 0 - 0 0
Funcionalidad 0 + + 0
Adaptación Diferentes Diámetros 0 0 +
0
Economía 0 - + 0
Autocentrante 0 0 + 0
Fijación 0 0 0 0
Positivos 7 1 5
Iguales 0 3 2
Negativos 0 3 0
Total 0 -2 5
Orden 2 3 1
Continuar? No No Si
Figura 14. Variantes de conceptos herramienta de montaje guadua.
44
Luego de evaluar y probar los prototipos, el concepto que mejor se
desempeña es el de sistema resortado con soporte en ángulo en 90 grados, ya que presenta la ventaja de auto centrar la guadua, y al ser resortado, cuando ya la guadua este sujetada en el torno, solo es necesario halar el pasador para que el mecanismo vuelva a su posición original, y se pueda retirar para empezar a pulir.
Después del proceso de generación de conceptos, prototipado y selección
de conceptos, el torno final seleccionado es un torno con guías en lamina con orificios espaciados uniformemente para la fijación del carro móvil, con un sistema de barras paralelas para el desplazamiento del pulidor, que es la herramienta más importante pues está diseñada para adaptarse a los diferentes diámetros de guaduas, para absorber las vibraciones por la curvatura natural de la guadua, y pulir de manera semiautomática los nudos de la guadua. El sistema de trasmisión será por un motor de velocidad constante con un juego de poleas escalonadas, y el elemento de sujeción de la guadua será un cabezal cónico dentado para adaptarse a los diferentes diámetros de guadua.
Figura 15. Concepto Seleccionado Torno.
Fuente: Propia.
45
DESCRIPCIÓN SIERRA ASCENDENTE
Fuente: Propia.
Para el corte de las guaduas, una herramienta muy importante es la sierra ascendente, ya que es la más indicada para realizar estos cortes. Pensando en el diseño de esta herramienta, uno de los criterios más importantes era la robustez, ya que en el momento de cortar, la fuerza que se ejerce sobre el disco es muy alta, por lo que el diseño tiene que estar preparado para aguantar estas fuerzas. El motor de esta herramienta es un motor de 5 hp, que pesa alrededor de 30 kg, por lo cual, se diseño un soporte de platina flotante que permite distribuir su peso. Para elevar y esconder el disco de corte, se diseño una estructura con 4 guías de barras calibradas para asegurar un desplazamiento uniforme, con 2 tornillos que al girarse por medio de una herramienta, permiten la elevación de todo el bloque. Dado que las cargas para esta herramienta son en mayor parte radial, se opto por utilizar rodamientos cilíndricos, que son los que mejor se comportan bajo estas cargas. Para asegurar el disco al eje, se utilizara un sistema de sujeción que utiliza una tuerca con rosca contraria.
Para realizar los paneles de guadua, la herramienta más importante es la prensa, ya que esta se tiene que adaptar a los tamaños de producción, por lo que las herramientas comerciales para prensado no sirven. Pensando en la solución a esta necesidad, se diseñaron tres prototipos de prensa, los cuales se evaluaron para determinar cuál era el mejor. El primer concepto es una prensa de barras pensado para trabajar en la parte de atrás del banco, para manejar latas de guadua de cualquier tamaño. El segundo concepto, es muy parecido, con la funcionalidad de que la mitad inferior se puede doblar a 90 grados para prensar latas pequeñas con mayor comodidad. El tercer concepto, es una prensa independiente del banco, de barras para trabajar por ambos lados, pensando en maximizar producción, ya que en el proceso productivo, este proceso consume gran cantidad de tiempo y tiene mucha demanda.
Figura 16. Sierra ascendente.
46
Fuente: Propia.
Tabla 15 . Matriz de tamizaje Prensa guadua.
Prensa Guadua
CRITERIO DE SELECCION a. b. c. Referencia
Rango de Latas 0 0 0 0
Funcionalidad 0 + + 0
Capacidad Producción 0 0 + 0
Economía - - - 0
Fuerza de Prensado + + + 0
Rango Dimensiones Panel + + + 0
Positivos 2 3 4
Iguales 3 2 1
Negativos 1 1 1
Total 1 2 3
Orden 3 2 1
Continuar? No No Si
Después de analizar los conceptos generados de prensa, el que se selecciono fue el concepto prensa independiente con doble panel de prensado, ya que la demanda de paneles es muy alta, y una herramienta como esta facilita mucho el trabajo.
Luego de haber seleccionado el concepto más adecuado, y haber revisado todas las opciones del diseño, se obtienen las siguientes especificaciones finales.
Figura 17. Variantes de concepto prensa.
47
6. ESPECIFICACIONES FINALES
Tabla 16. Especificaciones Finales.
# Métrica Importancia Unidades Valor
1
Precisión Control de Posición Cartesiano de Latas 5 mm.
1
2 Precisión Control de Posición Angular 5 °
Variable
3 Área Superficie de Trabajo 4 m2 1.4
4 Peso Total 4 Kg. 280
5 Guías de Corte 4 binario Si
6 Ciclos de Trabajo 3 horas Variable
7 Repuestos fáciles de Conseguir 4 Subj
Si
8 Modularidad 4 Subj Si
9 Seguridad 4 Subj Si
10 Herramientas de Agarre 5 lista Variable
11 Herramientas de Corte 5 lista
Taladro de Arbol, Sierra Ascendente,
Colilladora, Ruteadora
12 Dimensión Ranuras de Viruta 3 cm.
Lamina Perforada
13 Presupuesto Total 4 $ Variable
14 Elemento de Ensamble 3 lista Prensa, Pulidor
15 Bloqueos 5 binario Si
16 Potencia Motor 4 HP .5, 2, 5
17 Elevación del Piso Variable 4 cm 10
18 Dirección Reversible 4 binario Si
19 Herramientas necesarias para Mantenimiento 3 lista
Llave, Destornillador
20 RPM 4 lista Variable
21 Rango de Ángulos 4 rango ° Variable
48
7. ARQUITECTURA DEL PRODUCTO
Como el banco de trabajo de corte está enfocado a facilitar un proceso productivo, si el proceso cambia, el banco de trabajo debe estar en la capacidad de cambiar, por lo cual se decidió por una arquitectura modular, agrupada en módulos productivos que se puedan re organizar dependiendo del producto a fabricar.
Fuente: Propia
Aceptar y regular
energía
Control de aporte de
energía
Corte
Ruteo
Acabado
Inmovilización de
costillos
UNIDAD DE
CONTROL
Regulación de altura
de área de trabajo
Área de trabajo
Recolección de viruta
Monitoreo
ELEMENTOS FISICOS
Controla con precisión sus
herramientas
Se protege de sobrecargas
de alimentación
Es fácil de ajustar
Hace cortes precisos
Ofrece excelentes acabados
Asegura con firmeza la
materia prima
Mantiene limpia el área de
trabajo
ELEMENTOS
FUNCIONALES
Figura 18. Arquitectura del producto
49
8. DISENO INDUSTRIAL
Pensando en optimizar la función, el valor y la apariencia del banco de corte y prensado para latas de guadua, se aplico un análisis de diseño industrial para asegurar que el producto cumpla con los requerimientos tanto del usuario como del productor.
8.1 NECESIDADES ERGONOMICAS Y ESTETICAS Al analizar las necesidades ergonomicas y esteticas, se evaluan criterios como la facilidad de uso y mantenimienot, la cantidad y novedad de las interacciones, y la seguridad. Aunque el banco de trabajo esta disenado para ser utilizado por artesanos con conocimiento basico en el uso de herramientas de madera, el banco tiene un diseno que hace que utilizar estas herramientas sea muy intuitivo y seguro. Ademas, siempre se diseno pensando en la facilidad de mantenimiento, por lo cual los elementos que sufren desgaste siempre son de facil acceso, y se pueden cambiar sin necesidad de tener que hacer mayores desmontes en el banco. Dado que el banco de trabajo es modular y se acopla al proceso productivo que se este trabajando, la cantidad y novedad de interacciones depende del proceso, pero el banco esta en capacidad de adaptarse para cumplir de la mejor manera con el proceso.
Fuente: Propia.
Figura 19. Necesidades ergonómicas y estéticas.
50
El banco de trabajo está diseñado específicamente para trabajar con guadua, por lo cual la diferenciación del producto es muy alta, pues desde el diseño está pensado en satisfacer requerimientos del cliente y del proceso productivo. Dado que es un producto que satisface unas necesidades específicas de un sector del mercado, no está pensado en volverse un producto masivo, pero entre los trabajadores de madera y guadua, el banco tiene un nivel de orgullo de posesión alto.
8.2 IMPACTO DISENO INDUSTRIAL
El banco de corte consta de múltiples herramientas de corte, cada una con sus interfaces de usuario que cumplen con todas las normas de seguridad y ergonomía. Los recursos se disponen para organizarse de la forma en que mejor adapten al proceso productivo, por lo cual si en algún momento no se están utilizando de la mejor forma, siempre se podrán re organizar.
Fuente: Propia.
8.3 CLASIFICACION DEL PRODUCTO
El banco de trabajo para corte y prensado de guadua se clasifica como un producto dominado por la tecnología, ya que desde su diseño, los criterios más importantes fueron los técnicos, y aunque los factores de seguridad y ergonomía del usuario son de gran importancia, los requerimientos tecnológicos son los que tuvieron mayor importancia en el diseño.
Figura 20. Impacto del diseño industrial.
51
Fuente: Propia.
8.4 PROTOTIPADO
Durante todo el proceso de diseño, se realizaron varios prototipos para validar conceptos y probar la funcionalidad de los nuevos diseños.
Prototipo 1: Se realizo un prototipo virtual de todo el banco y sus herramientas, además, se simulo el ambiente de trabajo, para poder mirar la distribución de todas las herramientas, en tamaño real, teniendo en cuenta factores ergonómicos de alcance y tamaño de los operarios colombianos.
Prototipo 2: Las herramientas que por el método de diseño concurrente se llego a la conclusión que no se podían utilizar las comerciales sino que se necesitaba un diseño completamente enfocado, fueron simuladas con un nivel de detalle muy alto, para asegurar su funcionalidad.
Prototipo 3: Para el diseño del pulidor, al ser una herramienta no comercial y enfocada a satisfacer una necesidad específica, se necesito de hacer pruebas físicas y prototipos parciales para asegurar que los requerimientos del cliente fueran cumplidos.
Fuente: Propia.
Figura 21. Clasificación del producto.
Figura 22. Diagrama Prototipos.
52
9. DISENO DETALLADO Siguiendo el proceso de desarrollo de producto, en la etapa de diseño detallado se definen la geometría de las partes, se seleccionan materiales y componentes, y se definen las tolerancias permisibles para las partes del diseño. La estructura principal del banco de trabajo se hará en tubería estructural cuadrada de 30 mm. En diseño tiene pensado los espacios para cajones, una superficie en desnivel para la caída de la viruta, y tiene divisiones estructurales pensadas para dar mayor robustez y estabilidad. El banco se forra en lámina de 1/16, y el panel frontal va perforado para permitir la ubicación de pines de soporte para ubicar las herramientas para un fácil alcance. Figura 23. Estructura Bando de Trabajo.
Fuente: Propia.
Para el cabezal fijo del torno, se utilizara un platina base sobre la cual se atornillaran otras dos platinas sobre las cuales ira el mecanismo de giro. Este mecanismo consta de un sistema de poleas escalonadas, el cual se fija a un eje que transmitirá el movimiento al cabezal cónico donde se sujetara la guadua. Este eje girara sobre dos rodamientos, una en cada platina lateral, e ira por dentro de un cilindro que encaja sobre las platinas, que va atornillado internamente a un elemento terminal, el cual tiene una pestana circular para atornillar al cabezal cónico. El cilindro que cubre el eje cumple dos funciones, pues además de ser un elemento estructural para brindar mayor estabilidad, también cumple una función de guarda de protección pues cubre los elementos en rotación. La platina base del cabezal, encaja entre dos platinas guías sobre la bancada del torno, lo que
53
asegura estabilidad al momento de girar, lo cual es muy importante pues la inercia que alcanza la guadua al momento de girar es muy significativa, y la estructura tiene que resistir estas cargas.
Fuente: Propia.
El cabezal móvil del torno tiene una estructura muy similar a la del cabezal fijo, la platina base encaja igualmente entra las guías de la bancada lo que asegura la escuadra, y adicionalmente, consta de un par de orificios para fijar el carro móvil en posición, dependiendo del tamaño de la guadua que se vaya a pulir. A diferencia del carro fijo, que tiene poleas escalonadas para la trasmisión del motor, este carro queda suelto, y gira sobre dos rodamientos ubicados en el lado donde se instala el cabezal cónico para sujetar la guadua, con un dispositivo idéntico al del carro fijo, para apretar el cabezal cónico por la pestana externa, e internamente entra al eje. Como este carro móvil varia su posición en el torno, para poder apretar la guadua para prensar, era necesario que la punta cónica del carro pudiera variar su posición, y para lograr esto, se utilizo un tornillo que sirve de tope para el eje, el cual varía su posición con un manubrio dimensionado con todas las consideraciones ergonómicas pertinentes. El cilindro que sirve de protección y de soporte estructural para el carro, está dividido en dos partes, pensando en el fácil mantenimiento del mecanismo. Además, el eje tiene una pestana para que cuando la guadua está bien apretada, se apriete el eje con un tornillo y se fije su posición.
Figura 24. Vista Explosionada Cabezal Fijo
54
Fuente: Propia.
El pulidor va montado sobre un par de barras calibradas para desplazarse paralelo al torno, y con bujes de cobre y tubería abierta atornillada a una platina, se crea el apoyo sobre el cual se montara la platina principal sobre la que va el sistema de pulido. Sobre esta platina principal, se montan dos barras calibradas sobre la cual se atornillara un tope móvil que se fijara con un tornillo y una mariposa dependiendo de la curvatura de la guadua. Sujetado al tope, vienen unos resortes encargados de absorber los cambios de diámetro o curvaturas de la guadua. Después de los resortes, viene una caja de rodamientos de bolas re circulantes que se desplaza sobre las barras, y sobre esta caja, viene una platina sobre la que se monta el motor, y pegada a ella, una estructura en „U‟ en donde van dos rodamientos para sujetar el eje en done gira el cilindro acolchado del pulidor.
Figura 25 Vista Explosionado Cabezal Móvil
55
Fuente: Propia.
Para la selección de motores, se tuvieron en cuenta criterios como el tamaño, la potencia y el consumo, diseñando siempre con un factor de seguridad alto para asegurar el buen desempeño de los equipos en todas las condiciones de trabajo. Al observar las herramientas de trabajo actuales, se analizo su respuesta a diferentes cargas, para el caso del torno, y la calidad y seguridad del corte para el caso de las sierras. Para el pulidor, como tanto como la guadua como el cabezal del pulidor van a estar girando, el motor del pulidor no tiene que ser muy grande, solo debe tener un sistema de transmisión que asegure su sentido de giro, por lo cual se selecciono un motor de ½ hp. Para el torno se utilizara un motor de velocidad constante y un juego de poleas escalonadas para variar su velocidad, por lo cual se utilizo un motor de 2 hp. La herramienta que requiere de mayor fuerza para su labor es la sierra ascendente, ya que debe de estar en capacidad de cortar cualquier elemento que sea necesario, por lo cual, se utilizara un motor de 5 hp.
Figura 26. Vistas Pulidor.
56
Fuente: Propia.
Las velocidades sugeridas para trabajar con madera en un torno son entre 300 y 2500 rpm, y según el proveedor del sistema de poleas escalonadas, para un motor de 2 hp, las velocidades que se obtienen varían desde 189 hasta 3525, por lo cual está en el rango adecuado para manejar la guadua, lo cual asegura que la selección del motor fue adecuada.
Tabla 17. Tabla velocidad/torque poleas escalonadas
Velocidad (RPM)
ɷ
(rads-1
) Torque (Nm)
189 19.8 7.6
309 32,3 11.6
579 60.6 13.6
855 89.5 13.4
1251 131 12.1
2059 215.6 8.7
2793 292.5 6.4
3525 369 4.9
DIAGRAMAS ELECTRICOS.
En el diagrama trifilar que se presenta a continuación, se pueden ver los diferentes circuitos que conforman el tablero, con las cargas que se manejan en cada circuito. Como se puede ver, como un elemento adicional de control, se cuenta con un contactor tripolar y un botón de parada de emergencia que es normalmente cerrado, para que cuando se presione, el contactor se abra y todos los circuitos se apaguen.
Figura 27. Poleas Escalonadas.
57
Fuente: Propia.
En el diagrama de cableado, se puede ver como se cableara el banco saliendo desde el tablero en la parte inferior central, y por medio de tubería conduit hasta llegar a las herramientas. Nótese que el diámetro del conduit varía dependiendo de la cantidad y el calibre de los cables que hay q llevar dependiendo de la herramienta.
Fuente: Propia.
Figura 28. Diagrama trifilar.
Figura 29. Diagrama de cableado eléctrico.
58
En el cuadro de cargas, se muestra la distribución de cargas para cada una de las fases teniendo en cuenta el consumo de todas las cargas, y se puede observar que se trato de nivelar las cargas para que todas las fases estuvieran niveladas. Además, el tablero queda con 4 circuitos de reserva, para que si en algún momento se necesita agrandar las capacidades del banco, no haya necesidad de cambiar el tablero.
Tabla 18. Cuadro de cargas eléctricas.
CUADRO DE CARGAS
CIRCUITO R S T OBSERVACIONES
1 1200 ASPIRADORA
2 2x500 TOMAS 110V
3 1710 TALADRO DE ARBOL
4 500 TOMA 100V
5 1600 COLILLADORA
6 2x500 TOMAS 110V
7 100 LAMPARA 100W
8 RESERVA
9 100 LAMPARA 100W
10 RESERVA
11 RESERVA
12 RESERVA
TOTAL 2300 2310 2600
59
10. CONSIDERACIONES ERGONOMICAS
Para el dimensionamiento del banco, pensando en los requerimientos del cliente de seguridad y ergonomía, todas las dimensiones del banco se diseñaron utilizando los datos antropométricos promedio de los colombianos, respetando las medidas y estándares que sugieren los manuales de ergonomía. En la siguiente figura, se pueden ver las medidas sugeridas para un banco de trabajo, tanto para trabajar parado como sentado, ya que algunas operaciones que requieren de mucho tiempo, se pueden realizar sentado.
Fuente: Panero, Julios. Las Dimensiones Humanas En los espacios interiores. México:
Ediciones G. Gili, 2001.
A demás del dimensionamiento del banco de trabajo, la ubicación de las herramientas también es de gran importancia ergonómica, por lo cual se siguieron las recomendaciones ergonómicas pertinentes para ubicar las herramientas en el panel frontal, dependiendo de la frecuencia de uso, su peso, y su geometría.
Figura 30. Medidas ergonómicas sugeridas banco de trabajo artesanal.
60
Fuente: Panero, Julios. Las Dimensiones Humanas En los espacios interiores. México:
Ediciones G. Gili, 2001.
Figura 32 Vista Frontal Banco de Trabajo.
Fuente: Propia.
Figura 31. Distribución ergonómica de elementos.
61
Una de las características más importantes del diseño, es su modularidad, ya que al ser para uso artesanal, el sitio geográfico al cual habría que transportar el diseño puede ser muy alejado de la ciudad, por lo cual si se hace utilizando soldadura u otros medios, el ensamble en sitio sería muy complicado, mientras que al ser completamente modular, basta con unas pocas herramientas y este se puede desarmar para transportar. Adicionalmente, al ser un prototipo, el diseño debe de ser flexible por si se han de hacer cambios, lo que se logra utilizando una arquitectura modular. Figura 33. Modularidad Banco de trabajo.
Fuente: Propia.
62
Para evaluar el cumplimiento de los requerimientos de seguridad y ergonomía, se examino el diseño y se hicieron los cambios necesarios para cumplir con las siguientes tablas que evalúan los criterios de las normas OSHAS en la maquinaria de la industria de la madera en Estados Unidos.
Fuente: American Furniture Manufacturer Association. Ergonomics Guideline. High Point: US Department of Labor. 2007.
Figura 34. Lista de chequeo de operaciones.
63
Fuente: American Furniture Manufacturer Association. Ergonomics Guideline. High Point: US Department of Labor. 2007.
Figura 35. Lista de chequeo del sitio de trabajo.
64
Fuente: American Furniture Manufacturer Association. Ergonomics Guideline. High Point: US Department of Labor. 2007.
Figura 36. Lista de chequeo de las herramientas manuales.
65
11. CONCLUSIONES
En el presente documento se siguió el proceso de diseño y desarrollo de productos mecatrónicos, basado en el diseño concurrente, enfocado en el diseño de un banco de corte y prensado para la fabricación artesanal de productos de guadua. Gracias a la prueba de prototipos y conceptos, se pudo detectar falencias y fortalezas de los conceptos, para así poder seleccionar los que mejor cumplían con los requerimientos del cliente. Se diseño un banco de trabajo pensando en todas los criterios de seguridad, estandarización, productividad y ergonomía, que cumplió con los requerimientos del Centro Piloto De Procesamiento Preindustrial De Guadua en el departamento del Valle Del Cauca Se realizo el diseño detallado de cada uno de los subsistemas del banco de trabajo, y se especifico los motores, conexiones y elementos de ensamble necesarios para su correcto funcionamiento. Gracias a la selección de una arquitectura modular, el banco de trabajo se adapta a las diferentes líneas de producción, pues las herramientas se pueden acomodar, adaptar y organizar dependiendo de las necesidades del cliente, lo que hace más flexible el diseño. Se utilizo como referente de diseño las normas OSHAS para las maquinarias de madera, y se adapto el diseño para cumplir con los criterios especificados por los artesanos.
66
12. BIBLIOGRAFÍA
BOMBARDO, Pedro Barrau, Pedro R. Mondelo, and Enrique Gregori Torada.
Ergomania 1 - Fundamentos 3b* Ed.Icion. Madrid: Alfaomega Grupo Editor, 2000.
CASTAÑO F,. Guadua para todos, cultivo y aprovechamiento. Proyecto GTZ
“Manejo sostenible de bosques”, Bogota, Colombia. 2004
DEWILDE A.. La granja experimental La Pedrera. Proyecto Guadua-CARDER,
Pereira. 1994
EL BASSAM, N. 2001. Producing Bio fuels from Bamboo. IMBAR, Sichuan
(China).
FAUST F, Mannstein, Gnecco, Stamm, 2004. Evidence for the post conquest
demografic collapse of the Americas in historical CO2 levels. Nature ?. En prensa.
FRÜHWALD A. Holz-Rohstoff der Zukunft. Informationsdienst Holz, Alemania.
1997
GIRALDO E. y Sabogal A.. Una Alternativa Sostenible, la Guadua, Corporación
Regional del Quindío, Armenia. 1999
GUARIGUATA M, Gustavo Catan,: Ecología y Conservación de Bosques
Neotropicales. Costa Rica. 2002
HIDALGO, O.. Bamboo-Gift of the Gods, Oscar Hidalgo (Ed), Colombia. 2003
JÖRG Stamm, Procesamiento industrial de Guadua, el marco económico y técnico para reforestar el Valle geográfico del Cauca. LIESE, W.. Anatomy of Bamboo. Imbar. 1999
MACLEOD, Dan. Ergonomics kit for general industry. Boca Raton, FL: Taylor &
Francis, 2006.
MARULANDA M, Marquez P, Londoño X, , AFLP analisis of Guadua angustifolia in
Colombia with emphasis in the coffee Region. Bamboo Science and Culture. 16.
American Bamboo Society, 2002. p. 32-42
MONDELO, Pedro R. Ergonomia 3 - Diseno de Puestos de Trabajo 2b* Ed.
Madrid: Alfaomega Grupo Editor, 2001. 209 p.
67
MORÁN, J. Usos Tradicionales y actuales del Bambú. Escuela Politécnica
Nacional, Ecuador, 2001
MURGUEITIO E. Uso de la tierra en fincas ganaderas. Ed CIPAV, Guía para
Agroforesteria, Cali, 2003.
PANERO, Julios. Las Dimensiones Humanas En los espacios interiores. Mexico:
Ediciones G. Gili, 2001.
PICARICABA: Resultado de Estudios del Estado de Sao Paolo, Brasil. IPBF,
Brasil. 1980
RAO, R. Role of Bamboo in Secondary Succession alter Slash and Burn
Agriculture at Lower Elevations in North-East India. INBAR Publication, Bali-
Indonesia. 1988
RIAÑO N, Londoño X, Lopez Y, Gomez J. Plant growth and biomass distribution
on Guadua angustifolia. Bamboo Science and Culture. 16. Am. Bamboo Soc.
2002. p. 43-51
VÉLEZ, S. Grow Your own House, ZERI- VITRA. 2000
VILLEGAS, M. Bambusa guadua. Villegas Editores. 1996
WEGENER, G. Ökobilanzen. Informationsdienst Holz, Alemania. 1997
68
ANEXOS
