1 DISEÑO BANDA TRANSPORTADORA DE LLANTAS PARA LA EMPRESA BRIDGESTONE DE COLOMBIA MEDIANTE METODOLOGIA DE DISEÑO QFD OSCAR GIOVANNY SIERRA ZAMIR ALEJANDRO TORRES Universidad Distrital “Francisco José de Caldas” [email protected][email protected]Agosto de 2015 Resumen En este articulo se quiere desarrollar para la empresa Bridgestone de Colombia la respuesta a una de sus necesidades presentadas en la bodega de la ciudad de Barranquilla, ya que por ser una multinacional de neumaticos con presencia en el pais netamente comercial su logistica debe ser optima para el abastecimiento en la industria y su red de distribuidores. 1. Introduccion. En bien conocido que el almacenaje y distribucion son considerados procesos logisticos y estrategicos ya que la adecuada administracion,personal y maquinaria hace que se convierta en un proceso mas automatizado. Al iniciar un proyecto de diseño para una empresa o cliente que tiene una necesidad se debe contemplar los requerimientos que se proponen para dar una solucion a dicho problema, tales como los que Bridgestone nos propucieron y asi a base de lo aprendido durante la carrera poder ofrecer un diseño de una Banda de rodamiento que cumpla con caracteristicas propuestas por el ingeniero acargo de este proyecto:Nevardo Porras quien es el gerente del area de ingenieria. El proyecto se desarrollara para una de las bodegas de la empresa ubicada en la zona franca de la ciudad de barranquilla en donde llega todo el producto y es distribuido por el pais, por ello la necesidad de una banda que tranporte las llantas desde el camion hasta las jaulas de organización en tipo de medida y diseño, como lo son neumaticos para carro, camioneta y camion.
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DISEÑO BANDA TRANSPORTADORA DE LLANTAS PARA LA EMPRESA
BRIDGESTONE DE COLOMBIA MEDIANTE METODOLOGIA DE DISEÑO QFD
5.4 Alternativa de diseño. Esta alternativa se plantea teniendo en cuenta los requerimientos del cliente y de diseño, estas son las características de la banda:
• Posee ruedas que permiten el
movimiento • Sensor fotoeléctrico para
realizar el conteo de las llantas • Resistente a las cargas
requeridas • La cinta transportadora
utilizara plástico modular, que además de una serie de ventajas reduce el ruido, no requiere mantenimiento y es fácil de cambiar al momento de fallar.
1 Posibilidad de alargar la banda 1,52 2 Que se pueda mover al lugar requerido 10,61 3 Menor número de controles para operar 6,06 4 Contar las llantas transportadas 10,61
Físico 5 Bajo Peso 9,09 6 Resista las cargas requeridas 13,64 7 Resistencia al medio ambiente 6,06
Ergonómicos 8 Fácil de operar 7,58
Confiabilidad 9 Segura 16,67
10 Fácil mantenimiento 6,06
Económicos 11 Buena relación costo/beneficio 3,03 12 Repuestos económicos 9,09
Tabla 3. Requerimientos del cliente
Requerimientos de diseño.
Requerimientos de diseño % 1 Geometría de la banda 277,27 2 Peso de las llantas 390,91 3 torque alto 204,55 4 velocidad de entrega de llantas 113,64 5 Resistencia de los materiales al peso 400,00 6 Indicador de conteo de llantas 218,18 7 Pocas piezas 254,55 8 Piezas fáciles de reemplazar 259,09 9 Piezas Económicas 281,82
10 Fácil de adquirir en el mercado 109,09 Tabla 4. Requerimientos de diseño
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5.5 Diseño de la banda.
5.5.1 Cálculos y selección de componentes. Para estos cálculos se tendrá como base el manual de ingeniería Habasitlink plastic modular belts, en este se especifican distintos tipos de banda modular para diferentes aplicaciones, se seleccionara inicialmente una referencia que cumpla con la aplicación.
Tabla 5. Referencias bandas modulares recomendadas para la elaboración de llantas.
Según la aplicación se recomienda las referencias M2420 y M2470, se procederá con la
referencia M2420 inicialmente elaborada en Polioximetileno Acetal (POM).
. Habasit propone los siguientes procedimientos para el cálculo: Paso Procedimiento Formula
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Calcular la fuerza de tracción efectiva (tirón de la correa) F’E, generada durante el proceso de transporte cerca del piñón de accionamiento, teniendo en cuenta el peso del producto, el peso de la correa, los valores de fricción, la inclinación altura y la acumulación de producto.
F’E = (2 mB + mP) lo · μG · g
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Calcular la fuerza de tracción ajustada (tirón de la correa) F’s multiplicando por el factor de servicio adecuado de su aplicación, teniendo en cuenta frecuentes inicios / paradas, unidad arranque directo o blando.
F’S = F’E · Cs [N/m]
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Calcular la fuerza de tracción admisible FADM. La velocidad y la temperatura alta o baja pueden limitar el máximo.
F’adm = F’N · Ct · Cv [N/m]
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4 Verificar la fuerza de la correa seleccionada por comparación de F’S con la fuerza admisible F’adm.
F’S ≤ F’adm [N/m]
5 Compruebe el dimensionamiento del eje de accionamiento y el piñón.
F = 5/384 · Fw · lbᶟ / (E · I) [mm] TM = F’s · b0 · dp/2 [Nm]
6 Calcular la potencia requerida en el eje de accionamiento PM= F’s · b0 · v / 60 [W]
7 Revise su diseño de banda, si este cumple todos los requisitos calculados.
Tabla 6. Procedimientos para el cálculo de bandas modulares horizontales.
Se tendrán en cuenta los siguientes datos
tomados con la ayuda del cliente:
Peso de la llanta = 70 Kg
Diámetro de la llanta = 1.2 m
Alto de la llanta = 0.28 m
Longitud de la banda = 6 m
Ancho de la banda = 1,2 m
Paso 1.
Donde: F’e= Fuerza de tracción efectiva [N/m] mb= Masa de la banda [Kg/m² ] (Anexo 1) mp= Masa del producto [Kg/m² ] lo= longitud de la banda [m] µG= Coeficiente de fricción banda soportes (Anexo 2) g= Aceleración (9,81 m/s²) mp= peso de llanta/diámetro llanta² mp= 70Kg/1,44[Kg/m²] mp= 48,61 Kg/m² F’e=[(2* 8,1 + 48,6)5.673*0,1*9,81] [N/m] F’e= 360,63 N/m
Paso 2.
Donde F’s = Fuerza de tracción ajustada [N/m] F’e= Fuerza de tracción efectiva [N/m] Cs= Factor de servicio (anexo 3) F’s= 360,63*1,2 F’s= 432,75 N/m Paso 3
Donde F’n= Resistencia nominal tracción [N/m] (Anexo 1) CT= Factor de temperatura Cv= Factor de velocidad El factor de velocidad se haya mediante la velocidad de la banda: Según la necesidad del cliente la entrega de llantas seria de 3 llantas por minuto, entonces la velocidad de la banda seria: VBanda= (Diametro de llanta + 0.1)*3/60 [m/s] Vbanda= (1,2+0,1)*3/60 [m/s] Vbanda= 0,065 [m/s] o 3,90 [m/min]
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Figura 4. Factor de velocidad.
Según la velocidad de la banda obtenemos un Factor de velocidad de 1. Factor de temperatura Dependiendo del material de la banda Polioximetileno Acetal (POM) el factor de temperatura es de 0,95.
Figura 5. Factor de temperatura.
Esfuerzo nominal de tracción F’n El modulo escogido para esta aplicación está fabricado en Polioximetileno Acetal (POM), y según la combinación para esta aplicación se utilizara un esfuerzo de 28800 N/m. F’adm= F’n*CT+Cv F’adm= 28800*0,95*1 [N/m] F’adm= 27360 N/m
Paso 4. El modulo seleccionado es adecuado para la aplicación, si la fuerza ajustada de tensión (F 'S) es menor o igual a la fuerza de tracción admisible (F’adm ).
432,75≤27360 El modulo seleccionado es el indicado para la aplicación. Paso 5 Primero se calculara la deflexión del eje, que va a llevar 2 rodamientos:
Donde: Fw= Carga en el eje = F’s*bo bo= largo de banda lb=Distancia entre rodamientos Fw= F’s*bo Fw= 432,75*1.2 [N] Fw= 551,76 N lb=1375 mm Modulo de elasticidad acero al carbón 1045 E= 206000 N/mm² Inercia de eje cuadrado con espesor 2mm
Donde: dp= Diámetro de paso de piñón Tm= 432,75*1,275*0,1483 [N/m] Tm= 754 N/m Calculo del número de piñones
Se seleccionaran los piñones adecuados para esta banda, según la recomendación del fabricante, el material y la medida del ancho del eje. (Anexo 4.)
Tabla 7. Disponibilidad de piñones
El Piñón escogido es el M24S1840Q8, que cuenta con un diámetro de paso de 148,3 mm. Tm= 432,75*1,275*0,1483 [N/m] Tm= 754 N/m Calculo del número de piñones
Paso 6.
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PM= 432,75*1,275*3,9 [w] PM= 2151,85 w De acuerdo a la potencia requerida por la banda, se revisa un catálogo de proveedor y se selecciona la referencia de moto reductor SA77/TDRS90L4/TF (Anexo 5.) que cumple con la potencia requerida. Paso 7. Según los cálculos realizados los componentes seleccionados cumplen con los requerimientos del cliente. Selección de rodamientos. La selección de los rodamientos se basó en la carga que soporta el eje, esta es de 551,76 N. Basados en el catálogo de SKF, se selecciona la referencia FYT 2.3/16 TF (Anexo), esta cumple con los parámetros de diseño propuestos.
5.6.2. Sistema de conteo de llantas
El conteo de las llantas se realizara
mediante un sensor fotoeléctrico de
barrera, estos sensores basan su
funcionamiento en los diodos emisores de
luz, aprovechando la capacidad de estos
semiconductores que emiten luz cuando
una corriente eléctrica los atraviesa. Esta
luz emitida puede ser visible o invisible, y
ello dependerá de la longitud de onda del
haz emitido. El circuito se completa con un
fototransistor, que es el encargado de
recibir la luz emitida y convertir esta señal
en una corriente eléctrica nuevamente.
Todo el conjunto permitirá detectar la
presencia de un objeto cuando éste
interrumpa la emisión del haz en el
conjunto emisor-receptor.
Figura 6. Sensor fotoeléctrico contador de llantas.
5.6.3. Análisis de la estructura por elementos finitos. Para la optimización de la estructura se tienen en cuenta las siguientes variables discretas, para minimizar el peso de la estructura:
Nombre Tipo Valor (mm) Espesor estructura Valores discretos 0.892, 1.22, 1.52
Largo estructura Valores discretos 25.4, 31.75, 40, 60
Longitud travesaño Intervalo con paso Mín:12.7 Máx:38.1 Paso:6.35
Tabla 8. Variables Discretas.
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Estas variables están dadas por las medidas de las tuberías encontradas en el comercio. La estructura estará fabricada en perfil cuadrado estructural de acero A36 y las uniones de los travesaños con las columnas serán atornilladas para permitir el desarme de los componentes.
Figura 7. Agujero avellanado uniones.
Adicionalmente se tendrá la restricción de un factor de seguridad mínimo de 1.2 y máximo de 1.8. Los travesaños soportaran 900 N cada uno, para una carga total de 7200 N en total, suponiendo que el cliente requiera transportar el doble de llantas permitidas. Se ejecutaron 180 iteraciones para encontrar una combinación adecuada, la cual soporte las cargas requeridas y sea la que menor peso tenga. A continuación se muestran algunos resultados del análisis.
Esfuerzo de Von Mises
Figura 8. Esfuerzo de Von Mises.
Deformación total de la estructura.
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Figura 9. Deformación de la estructura.
Factor de seguridad.
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Figura 10. Factor de seguridad.
Luego del estudio se encontró la siguiente iteración, esta cumple con los requisitos anteriormente planteados.
Nombre del componente Unidades
Óptimo
Espesor estructura mm 0.892 Largo estructura mm 40 Ancho estructura mm 40 Espesor travesaño mm 1.52
Longitud travesaño mm 38.1 Factor de seguridad mínimo1 1.313174 Factor de seguridad mínimo2 1.389808
Masa g 14510.3630072 Tabla 9. Combinación óptima.
Basados en esta optimización se utilizara un perfil estructural cuadrado de calibre
20 para la estructura y un perfil calibre 16 para los travesaños.
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5.7 Diseño final de la banda.
El diseño de la banda transportadora cumplirá con los requisitos del cliente y de diseño, adicionalmente con la
optimización realizada se logró bajar el peso de la banda utilizando un perfil de menor peso.
Figura 11. Diseño Final banda transportador
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5.7. Análisis económico. A continuación se muestra el costo de los materiales, materia prima y mano de obra necesarias para la construcción de la banda.
UN. MATERIAL UNIDAD
DE MEDICION
ANCHO -
DIAM LONG ESP
PESO(Kg)
CANTIDAD TOTAL
$ UNITARI
O $ OBSERVACIONES
1 TUBO RECTANGULAR HR 60 X 40 CAL 16 m 39 39 $ 9.500 $ 370.500 ESTRUCTURA
MONTAJE FUERA DE BOGOTÁ AUXILIAR 72 $ 15.158 $ 1.091.376
COSTO MANO DE OBRA $ 3.859.900
Tabla 9. Costo de mano de obra.
COSTO MATERIA PRIMA $ 31.706.923 COSTO MANUFACTURA $ 2.441.314 COSTO MANO DE OBRA $ 3.859.900
COSTO DE FABRICACION $ 38.008.137 Tabla 12. Costo de fabricación
6. Referencias BANDA TRANSPORTADORA MODULAR. Recuperado el 25 de Julio de 2015 de, http://www.bandascortes.com/transportadorasmodulares.php BANDAS TRASNPORTADORAS. Recuperado el 25 de julio de 2015 de, http://www.aguilaascensores.co/bandas-transportadoras.html
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BASURTO, Byron. Diseño de bandas
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superior politécnica del litoral, Guayaquil,
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SERVICIOS, recuperado el 17 de mayo de
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servicios.htm
7. Anexos Anexo 1. Ficha técnica banda modular M2420.
Anexo 2. Coeficiente de friccion entre la banda y los soportes.
Anexo 3. Factor de servicio
Anexo 4. Piñones para la banda.
Anexo 5. Motoreductor seleccionado
Anexo 6. Manual de instalacion, operación y mantenimiento.
INTRODUCCION El objetivo de este manual de instalación y montaje es el de proporcionar, tanto al fabricante como al usuario, una visión general exhaustiva, aunque resumida, de los aspectos más importantes de la instalación. Se ha puesto énfasis en las recomendaciones sobre procedimientos de instalación, mantenimiento y limpieza de la banda, así como en el almacenamiento de la propia transportadora.
Una completa lista de comprobación para la resolución de problemas proporciona ayuda a los instaladores y al personal del servicio técnico para adoptar las medidas adecuadas si surgen problemas de guiado.
Instalación de los piñones Alineación de los piñones en los ejes: Los dientes correspondientes deben de estar alineados axialmente, compruebe con la marca de alineación. Si el agujero es cuadrado y el número de dientes es un múltiplo de 4, es posible que no haya una marca.
Posicionamiento de los piñones: Coloque los piñones dentro del espaciado máximo y mínimo (a). Respete las distancias de borde XL y XR. El desplazamiento (e) viene dado por el diseño del eje. Fije solamente el piñón en el centro dejando una pequeña holgura.
Comprobar el correcto engranaje del piñón:
Los dientes del piñón deben encajar correctamente en la banda. El reverso de la banda está en contacto con la superficie del piñón.
Instalación de la varilla (retención de la varilla Smart Fit): Utilice una varilla sin cabeza de Ø4.5 mm con arandela de retención y extremo biselado. Si la banda se suministra en secciones, únalas alternando la orientación de la cabeza de la varilla, por ejemplo, en una sección ponga todas las varillas con la cabeza en el lado izquierdo y en la siguiente, póngalas en el lado derecho.
Junte las secciones de la banda
Inserte la varilla. La varilla puede instalarse más fácilmente si el extremo está biselado.
Introduzca la cabeza de la varilla
Compruebe que la cabeza de la varilla está totalmente insertada. Extracción de la varilla (sistema de retención de varilla Smart):
Extracción de la varilla utilizando un destornillador.
Aplique el destornillador en la hendidura dispuesta en el reverso de la banda (lado de retención de la varilla). También puede utilizar un destornillador acodado. La banda no debe estar sometida a tensión. Extracción de la varilla (con martillo y punzón) La varilla se puede extraer de la arandela de retención golpeando el extremo de la misma con un martillo y un punzón. Sujete el extremo del módulo en el lado opuesto. La banda no debe estar sometida a tensión.
Mantenimiento
Las bandas modulares HabasitLINK® están diseñadas para requerir el menor mantenimiento posible. No obstante, como es habitual en toda maquinaria dinámica, las bandas transportadoras están expuestas a golpes, abrasión y desgaste que requieren atención.
¿Qué incidentes debo notificar?
• En el caso de daños en los bordes de la banda, es necesario llevar a cabo una investigación inmediata de las causas para evitar daños más graves.
• La falta de alineación o de engranaje de los piñones, así como el desgaste excesivo deben corregirse a la mayor brevedad posible. De lo contrario podrían dañar gravemente el equipo.
• Adopte las oportunas medidas correctivas en el caso de que falten o estén dañados los rodillos, las zapatas o las guías de deslizamiento.
• Los módulos de banda dañados o que faltan deben reemplazarse o agregarse inmediatamente. Aunque es probable que la banda siga funcionando correctamente, este tipo de daño puede afectar a su integridad y provocar nuevos daños en la banda o el producto transportado.
• Sustituya inmediatamente las varillas que sobresalgan (o falten) de la banda.
Inspección después del primer mes de funcionamiento
Tras un mes de funcionamiento, se recomienda comprobar el comportamiento
y la instalación de la banda de la forma siguiente:
• Compruebe la altura de la comba catenaria y ajústela si el necesario. Tal vez deba retirar una o más hileras de módulos para ajustar la longitud normal de la banda después de su puesta en servicio.
• Compruebe la existencia de daños o desgaste (cortes, estrías, etc.) en la banda (superficie superior e inferior), los piñones y las guías de deslizamiento.
• Compruebe el correcto engranaje de los piñones y su posición transversal en los ejes.
• Controle el sistema de retorno de la banda comprobando si rodillos, zapatas y guías de deslizamiento están dañados o desgastados.
• Compruebe la existencia de daños o de desgaste excesivo en las varillas de conexión.
Investigue la causa de cualquier desgaste prematuro y planifique los ajustes necesarios o adopte las oportunas acciones correctivas.
Para prolongar al máximo la vida útil del sistema se recomiendan inspecciones mensuales. Esto le permitirá identificar tendencias de desgaste y familiarizarse plenamente con las características operativas de su banda. La observación, la notificación oportuna de los problemas de funcionamiento y la inspección y el mantenimiento regulares, cada treinta días, garantizarán la máxima vida útil de su equipo.
Limpieza
Para evitar la contaminación, la acumulación de restos o la abrasión provocada por los productos transportados, se recomienda la limpieza frecuente del equipo. La contaminación puede aumentar el desgaste de la banda modular, los piñones y las guías de deslizamiento. Por esta razón, es fundamental una limpieza regular y minuciosa.
Las bandas transportadoras que se mantengan inactivas durante largo tiempo, antes de su puesta en servicio deben cubrirse para evitar la acumulación de suciedad y residuos sobre la cadena y las guías.
Directrices generales sobre los productos de limpieza:
Se recomienda un pH de 4-10.
Evite el cloro y el yodo.
Con el POM y el PA evite el empleo de ácidos fuertes como el ácido clorhídrico, el ácido sulfúrico, el ácido fosfórico.
Operación 1. Compruebe que la banda se
encuentra conectada a una fuente de energía.
2. Oprima el botón verde circular ON, para encender la máquina.
3. Oprima el botón rectangular ON, para encender el sistema contador de llantas.
4. Para su comodidad la banda maneja únicamente una velocidad.
5. En caso de emergencia presione el botón STOP.
6. Para restaurar el conteo de llantas oprima el botón RESET.
7. Oprima el botón OFF para apagar la máquina.
ON
OFF
RESET
ON OFF STOP
0000
1
2
3
4
5
6
7
1. Botón de encendido banda transportadora 2. Apagado 3. Parada de emergencia 4. Botón reset, reinicia el contador de llantas 5. Apaga el sistema contador 6. Enciende el sistema contador 7. Display, muestra el número de llantas.
Anexo 7. Rodamiento SKF FYT 2.3/16 TF
Anexo 8. Planos de fabricación.
8. Autores Oscar Giovanny Sierra Boyacá, Técnico ingeniero de ventas, Tecnólogo mecánico Universidad Distrital Francisco José de Caldas, con intereses en diseño y maquinas térmicas.
Zamir Alejandro Torres Clavijo, Estudiante último semestre Ingeniería mecánica, Tecnólogo mecánico Universidad Distrital Francisco José de Caldas, con intereses en el diseño, mantenimiento de componentes mecánicos y en mecánica de fluidos.