DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES

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1 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES

2 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES HUGGIES. DIANA KATHERIN PARRA BRICEÑO SANDRA MILENA CARDOZO PACHÓN UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA MECATRÓNICA BOGOTÁ, D. C. 2007

3 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES HUGGIES. DIANA KATHERIN PARRA BRICEÑO SANDRA MILENA CARDOZO PACHÓN Trabajo de Grado Presentado para Optar al Título de: INGENIERA MECATRÓNICA Ing. CARLOS GONZÁLEZ Director Trabajo de Grado. UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA MECATRÓNICA BOGOTA, D. C. 2007

4 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES Nota de Aceptación. Presidente del Jurado. Jurado. Jurado. Bogotá, D. C., 22 de Noviembre de 2007 III

5 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES Primeramente a Dios, por haberme dado las fuerzas para siempre luchar hasta el final con éxito. A mis papas, por los esfuerzos y sacrificios recibidos de ellos así como por su apoyo. A mi hermana Ivonne que es el pilar de mi vida además de ser mi ejemplo a seguir. A mi familia en especial a mi abuela y a Juliana también a todas las personas que me apoyaron. Sandra Milena Cardozo P. A mi mami y a Baudi por su amor, paciencia y confianza, a mi abuelita por su comprensión y apoyo a mis hermanos por su compañía en este proceso, a mi primos Alex y Lucas por su ayuda y por ser ejemplos a seguir, a Julianita por traer tanta alegría a nuestros corazones, a mis tíos Hugo y German por ser personas tan incondicionales y a mi tía Nubia por su dedicación y por creer en mi. Katherin Parra Briceño IV

6 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES AGRADECIMIENTOS Las investigadoras agradecen la valiosa colaboración del doctor Germán Medina de KIMBERLY COLPAPEL S.A. Al Ingeniero CARLOS GONZÁLEZ director de la monografía, gracias a su excelente orientación, tutoría y guía, al Ingeniero Jorge López por su incondicional apoyo, y a Leonardo Rodríguez por su valiosísima asesoría, se cumplieron los objetivos propuestos y se generó una propuesta acorde a las necesidades existentes en la empresa KIMBERLY COLPAPEL S.A. A la Universidad San Buenaventura, Facultad de Ingeniería, Carrera de Ingeniería Mecatrónica, por su excelente programa formativo, que permite la mejora de las habilidades y competencias profesionales de sus egresados. A nuestros padres, hermanos, amigos, compañeros, familiares y demás, motores de nuestra superación profesional y desarrollo futuro. A todos, gracias por su incondicional apoyo!!! V

7 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES CONTENIDO Pag INTRODUCCIÓN DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Antecedentes DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Identificación Pregunta de investigación JUSTIFICACIÓN OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN Objetivo general Objetivos específicos ALCANCES Y LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN Alcance Limitaciones MARCO DE REFERENCIA MARCO TEÓRICO Actuadores Actuadores hidráulicos Actuadores neumáticos Actuadores eléctricos Sensores Sensores inductivos Sensores capacitivos Sensores ópticos Materiales Acero inoxidable Aceros inoxidables ferríticos Aceros inoxidables martenciticos Aceros inoxidables austeníticos Aluminio Polipropileno Duraflex 75 D Ultrapol. 31 VI

8 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES Sistemas corredizos Sistemas corredizos de ruedas Rodamientos y transmisión con guía en 'V' Sistema corredizo de guiado lineal Unidad de rodadura lineal a bolas Rodillo de levas Sin fin corona METODOLOGIA ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN LÍNEA DE 36 DE LA FACULTAD/CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN POBLACIÓN OBJETIVO HIPÓTESIS VARIABLES Variables Independientes Variables Dependientes SELECCIÓN DEL SISTEMA Y LOS ELEMENTOS OPCIONES PARA LA SELECCIÓN DEL SISTEMA Rueda con divisiones Rueda vertical con 4 compartimientos Eje con 4 paletas Compartimiento único comprimible CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DEL SISTEMA Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones del 43 sistema 4.3 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS ACTUADORES Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de 44 los actuadores 4.4 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS SENSORES Sensores de posicionamiento para el cilindro A, B y C Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de 45 los sensores Sensor para el conteo de pañales Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de los 46 sensores para el conteo de pañales. 4.5 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS MATERIALES Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de los 47 materiales. 4.6 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DEL SISTEMA CORREDIZO 48 VII

9 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones del 49 sistema corredizo 5 SISTEMA SELECCIONADO PASOS DEL PROCESO 51 6 RECOPILACIÓN DE DATOS PRUEBAS REALIZADAS A LOS PAÑALES Resultado de las pruebas realizadas 61 7 ELEMENTOS SELECCIONADOS ACTUADORES Actuadores con Amortiguación Interna ELECCIÓN DE LOS ACTUADORES Elección del actuador A Selección y simulación del sistema Elección del actuador B Selección y simulación del sistema Actuador A y B Elección del actuador C Actuador C SENSORES Sensor inductivo SME-8-K-LED Sensor optoelectronico SOEG-RSP-M12-PS-K-2L SISTEMA CORREDIZO Rodillos Guía-Perfilados LFR5 -KDD Carros LFL20..-SF Carriles-Soporte LFS20..-CE LFZ - Pernos Concéntricos para Rodillos Guía LFR PLC FEC-FC600-FST PANTALLA Y TECLADO FED ACCESORIOS TUBO FLEXIBLE DE MATERIAL SINTÉTICO PUN-6X1-BL ELECTROVÁLVULA MFH-5/3B-1/8-B Bobina MSFG-24DC/42AC-DS SILENCIADORES U-1/ RACOR RÁPIDO ROSCADO QS-1/ VÁLVULA DE ESTRANGULACIÓN Y ANTIRRETORNO GRLA /8-QS-6-RS-B. 8.6 Fuente de poder 109 VIII

10 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES 9 DISEÑO INGENIERIL PROGRAMACIÓN Programa Unidad de control FED Programa PLC DISEÑO DE LA ESTRUCTURA MECÁNICA DE LA MÁQUINA Cálculos estáticos Selección del perfil Selección de la columna ANÁLISIS DE ESFUERZOS Simulación del máximo esfuerzo COTIZACIÓN FINAL ALTERNATIVAS DE ELEMENTOS UTILIZADOS PARA EL 134 DISEÑO DEL PROYECTO DESCARTADOS POR COSTOS. CONCLUSIÓN 135 BIBLIOGRAFÍA 137 ANEXOS ANEXO A - RODILLOS-GUÍA LFR50/5-KDD ANEXO B. DESCRIPCIÓN DE ALTERNATIVAS DE ELEMENTOS 145 UTILIZADOS PARA EL DISEÑO DEL PROYECTO DESCARTADOS POR COSTOS. IX

11 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES ÍNDICE DE DIAGRAMAS. Pág. Diagrama 1. Diagrama velocidad/tiempo. 65 Diagrama 2. Diagrama aceleración/tiempo. 66 Diagrama 1. Diagrama velocidad/tiempo. 67 Diagrama 2. Diagrama aceleración/tiempo. 68 Diagrama 3. Diagrama velocidad/tiempo. 69 Diagrama 4. Diagrama aceleración/tiempo. 70 Diagrama 5. Diagrama velocidad/tiempo. 71 Diagrama 6. Diagrama aceleración/tiempo 72 Diagrama 7. Descripción del código del producto 74 Diagrama 8. Descripción del código del producto 82 X

12 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES ÍNDICE DE FIGURAS. Pág. Figura 1. Rodamiento en V con Guía en V 33 Figura 2. Rodillos de Leva. 35 Figura 3. Sin Fin Corona con Cremallera. 35 Figura 4. Rueda con Divisiones. 39 Figura 5. Rueda vertical con Cuatro Compartimientos. 40 Figura 6. Eje con Paletas. 41 Figura 7. Diseño preliminar del sistema escogido. 50 Figura 8. Actuador A. 52 Figura 9. Actuador B. 52 Figura 10. Actuador C. 52 Figura 11. Medidas de la Bolsa para 30 Pañales. 56 Figura 12. Actuador con Amortiguación Interna 63 Figura 13. Simbología de actuador doble efecto. 64 Figura 14. Actuador DNC-32--PPV-A 72 Figura 15. Fuerza transversal Fq en función de la carrera l. 74 Figura 16. Vista en sección del Actuador. 75 Figura 17. Dimensiones del actuador. 76 Figura 18. Simbología de un actuador lineal 77 Figura 19. Entrada de las cargas. 78 Figura 20. Vista frontal 78 Figura 21. Vistas superior y lateral. 79 Figura 22. Carga estática. 79 Figura 23. Carga dinámica. 80 Figura 24. Carga estática + dinámica. 80 Figura 25. Velocidad v máxima del émbolo en función de la carga útil diámetro del émbolo de 8/12 con amortiguación P. 82 Figura 26. Vista en sección. 83 Figura 27. Dimensiones Figura 28. Tubo perfilado. 85 Figura 29. Sensor inductivo SME-8-K-LED-24 y simbología. 86 Figura 30. SOEG-RSP-M12-PS-K-2L. 87 Figura 31. Rodillos Guía-Perfilados. 89 Figura 32. Carros LFL20..-SF. 90 Figura 33. Carros LFL20..-SF. 91 Figura 34. Carros LFL20..-SF. 91 Figura 35. Carriles-Soporte LFS20.-CE. 92 XI

13 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES Figura 36. Carriles-soporte LFS20.-CE. 93 Figura 37. Carriles-soporte LFS20..-CE 93 Figura 38. Pernos Concéntricos para Rodillos Guía LFZ5. 95 Figura 39. Pernos Concéntricos para Rodillos Guía LFR. 95 Figura 40. Unidad de control FEC-FC600-FST. 96 Figura 41. Indicaciones y elementos de mando. 101 Figura 42. Elementos Internos. 102 Figura 43. Electroválvula MFH-5/3B-1/8-B. 104 Figura 44. Simbología de la Electroválvula MFH-5/3B-1/8-B. 104 Figura 45. Dimensiones. 107 Figura 46. Válvula estranguladora GRLA-1/8-QS-6-RS-B y 108 simbología Figura 47. Pantalla y Teclado 110 Figura 48. Pantalla Inicial FED Designer. 111 Figura 49. Pantalla 1 FED Designer. 111 Figura 50. Pantalla 2 FED Designer 112 Figura 51. Pantalla 3 FED Designer. 112 Figura 52. Pantalla 4 FED Designer 113 Figura 53. Pantalla 5 FED Designer. 113 Figura 54. Pantalla Figura 55. Máxima deformación en la bandeja. Figura 56. Esfuerzos de von-mises y factor de seguridad en la bandeja. Figura 57. Máxima deformación del techo Figura 58. Esfuerzos de von-mises y factor de seguridad en el techo. Figura 59. Máxima deformación en la pared frontal móvil. Figura 60. Esfuerzos de von-mises y factor de seguridad en la pared frontal móvil. Figura 61. Máxima deformación en los carriles pequeños Figura 62. Esfuerzos de von-mises y factor de seguridad en los carriles pequeños. Figura 63. Máxima deformación en el carril mediano Figura 64. Esfuerzos de von-mises y factor de seguridad en el carril mediano. Figura 65 Rodillos-guía LFR50/5-KDD-4. XII

14 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES ÍNDICE DE FOTOS. Pág. Foto 1. Sistema Corredizo de Ruedas. 32 Foto 2. Unidad de Rodadura Lineal a Bolas. 34 Foto 3. Actuador C tipo DGC. 81 Foto 4. Principio de funcionamiento del FEC Standard. 98 Foto 5. Unidad de indicación y control 99 Foto 6. Tubo flexible de material sintético PUN-6x1-BL. 103 Foto 7. Imagen de la bobina 106 Foto 8. Imagen del producto. 106 Foto 9 Racor QS-1/ Foto 10. Fuente de poder 24 v 109 Foto 11. Actuador sistema integrado de medición de recorrido. Foto 12. Válvula proporcional Foto 13. Interface de ejes SPC-AIF-INC. XIII

15 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES ÍNDICE DE GRÁFICOS Pág. Grafico 1. Linealización del tiempo en función del número de Pañales. 54 Grafico 2. Distribución de fuerzas en la viga 118 Grafico 3. Diagrama de maxima fuerza cortante 119 Grafico 4. Máximo momento flexionante 120 Grafico 5. Dimensiones y cargas en la columna 123 XIV

16 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES ÍNDICE DE TABLAS. Pág. Tabla 1. Calificación Cualitativa de los Sistemas. 43 Tabla 2. Calificación Cuantitativa de los Sistemas. 43 Tabla 3. Calificación Cualitativa de cada Actuador. 44 Tabla 4. Calificación Cuantitativa de cada Actuador. 44 Tabla 5. Calificación cualitativa de los sensores. 45 Tabla 6. Calificación cuantitativa de los sensores. 45 Tabla 7. Calificación Cualitativa de los Sensores. 46 Tabla 8. Calificación Cuantitativa de los Sensores. 46 Tabla 9. Calificación Cualitativa de los materiales. 47 Tabla 10. Calificación cuantitativa de los materiales. 48 Tabla 11. Calificación Cualitativa de cada Sistema Corredizo. 49 Tabla 12. Calificación Cuantitativa de cada Sistema Corredizo. 49 Tabla 13. La distancia a recorrer W y el tiempo aproximado en función del número de pañales. 54 Tabla 14. Cantidad de Pañales Empacados por Bolsa. 56 Tabla 15. Medidas de los Pañales en Centímetros. 57 Tabla 16. Peso de los pañales Pequeños 57 Tabla 17. Peso de los pañales Grandes 57 Tabla 18. Peso de los pañales Medianos 57 Tabla 19. Peso de los pañales Grandes. 57 Tabla 20. Pruebas con un Pañal (pequeño). 58 Tabla 21. Pruebas con un Pañal (mediano). 58 Tabla 22. Pruebas con un Pañal (grande) 58 Tabla 23. Pruebas con un Pañal (grande otra ref.). 59 Tabla 24. Pruebas con dos Pañales (pequeño). 59 Tabla 25. Pruebas con dos Pañales (mediano). 59 Tabla 26. Pruebas con dos Pañales (grande). 59 Tabla 27. Pruebas con dos Pañales (grande otra ref.). 60 Tabla 28. Pruebas con Cuatro Pañales (2 grandes y 3 grandes otra ref.). 60 Tabla 29. Pruebas con cuatro pañales. (2 medianos y 2 pequeños). 60 Tabla 30. Pruebas con cuatro pañales. (1 pequeño, 1 mediano y 2 grandes). 60 Tabla 31. Pruebas con cuatro Pañales (2 medianos y 3 pequeños). 60 Tabla 32. Pruebas con todos los Pañales. 61 Tabla 33. Peso para obtener la fuerza de expulsión de los pañales. 61 Tabla 34. Datos Obtenidos de la Simulación. 65 XV

17 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES Tabla 35. Resultados del actuador contraído. 67 Tabla 36. Resultados del Actuador B. 69 Tabla 37. Datos obtenidos de la Simulación. 71 Tabla 38. Características actuador DNC-32--PPV-A 73 Tabla 39. Descripción de los materiales del actuador. 75 Tabla 40. Dimensiones. 76 Tabla 41. Dimensiones. 76 Tabla 42. Cargas del carro 78 Tabla 43. Datos del actuador C. 81 Tabla 44. Materiales. 83 Tabla 45. Dimensiones. 84 Tabla 46. Dimensiones. 84 Tabla 47. Dimensiones 84 Tabla 48. Características del sensor inductivo SME-8-K-LED Tabla 49. Características 87 Tabla 50. Rodillos Guía-Perfilados LFR50/5-KDD Tabla 51. Tamaño Carros LFL20..-SF. 90 Tabla 52. Características Carros LFL20..-SF. 92 Tabla 53. Tamaño Carriles-soporte LFS20.-CE. 92 Tabla 54. Características Carriles-soporte LFS20.-CE. 94 Tabla 55. Tamaño Pernos Concéntricos para Rodillos Guía LFR. 95 Tabla 56. Características Pernos Concéntricos para Rodillos Guía LFR. 96 Tabla 57. Características Unidad de Control FEC-FC600- FST. 97 Tabla 58. Características Unidad de indicación y control FED Tabla 59. Características Tubo de material sintético PUN-6x1-BL. 103 Tabla 60. Características Electroválvula MFH-5/3B-1/8-B. 105 Tabla 61. Características Bobina MSFG-24DC/42AC-DS 106 Tabla 62. Datos técnicos y referencias. 107 Tabla 63. Características Racor QS-1/ Tabla 64 Características Válvula estranguladora GRLA-1/8-QS-6- RS-B 109 Tabla 65 Costos Tabla 66 Coeficiente de rozamiento f XVI

18 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES RESUMEN. En última instancia se presentan las conclusiones, la bibliografía y los anexos correspondientes. El trabajo de grado denominado DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES HUGGIES, presentado en forma de monografía como requisito para optar al título de INGENIERIA MECATRÓNICA, describe el modelo de un sistema automático para mejorar el proceso productivo de la planta ubicada en Tocancipa - Cundinamarca, de la empresa COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S. A., que se resume de la siguiente forma: El capítulo 1, indica el proceso llevado a cabo para planear el proyecto de investigación que incluye el problema encontrado en la organización, su descripción y planteamiento, la justificación, el objetivo general y los objetivos específicos que se persiguen con el diseño del sistema propuesto y los alcances y limitaciones de la investigación. El capítulo 2, presenta el marco de referencia del proyecto que se basa en la descripción de todos los elementos necesarios en el diseño del sistema automático para COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S. A.; En el capítulo 3 se presenta la metodología utilizada para el desarrollo de la fase 1 del proyecto, el enfoque dado a la investigación, la línea, la población objetivo, la hipótesis y las variables de las que depende el proyecto. En el capitulo 4 se analizan las diversas posibilidades de los sistemas aplicables para solucionar la problemática de empaque continuo de pañales HUGGIES en la empresa en mención, además de realizar una calificación cualitativa y cuantitativa de cada elemento necesario para el desarrollo ingenieríl En el capitulo 5 se explica detalladamente el sistema escogido, con sus respectivos pasos y tiempos que demora el proceso. En el capitulo 6 se analizan las técnicas de recolección de información, se hace una descripción detallada sobre la recopilación de datos que permitieron la solución propuesta. En el capitulo 7 se realizan la simulaciones correspondientes para escoger los actuadores y se exponen las características de los elementos seleccionados. XVII

19 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES En el capitulo 8 se nombran los accesorios que se van a utilizar de acuerdo a las necesidades de los elementos seleccionados, además se exponen las características mas relevantes de estos. En el capitulo 9 se presenta el diseño de ingeniería propuesto a las directivas y ejecutivos de COLOMBIANA KIMBERLY Y COLPAPEL S. A., que pretende aportar un sistema automático para solucionar la problemática encontrada en el área de producción referente al empaque manual de pañales HUGGIES. XVIII

20 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES ABSTRAC This degree work, design of the automatic system for parking diapers HUGGIES presented as a monograph in requirement to get the mayor of mechatronic engineer describes the model of an automatic system to improve the productive process of the factory located in Tocancipa- Cundinamarca, that belongs to COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. that is resumed on this way: Chapter 1: on this chapter it s shown the process for planning the investigation problem that includes the problem founded on the plant, its description and pose, its justification, the main objective and the general objectives that are the goals with the design of the proposed system and finally the reaches and limitations of the investigation. Chapter 2: Here it s shown the reference mark of the project that is based on the description of all the necessary elements for the design of the automatic system for COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. Chapter 3: This chapter presents the used methodology for the development of phase 1 of the project, the given focus to the investigation, the line, the target population, the hypothesis and the variables that support the project. Chapter 4: The analysis of the possible ways to solve the problem of packing diapers in a continued form is on this chapter, also the development of a quantity and quality qualification of every necessary element for the engineering development. Chapter 5: Here it s explicitly explained the chosen system, with its respective times and steps that make the process possible. Chapter 6: On this chapter are analyzed the techniques of information collection, also a detailed description about the data compilation that permitted the proposed solution. Chapter 7: This chapter shows the corresponding simulations done for choosing the actuators and also the characteristics of the chosen elements. Chapter 8: Here are named the accessories that are going to be used according to the necessities of the chosen elements, besides are exposed the relevant characteristics of those. XIX

21 DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES Chapter 9: On this chapter it s presented the engineering design proposed to the head managers of COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. that pretends to give an automatic system for solving the problem found in the area of production, in particular the manual packing of HUGGIES diapers. In last instance are presented the conclusions, the bibliography and the corresponding annexes. XX

22 INTRODUCCIÓN. En la actualidad las fábricas e industrias buscan el desarrollo y automatización de los diferentes procesos, con la construcción de máquinas e instalaciones automáticas para realizar las labores o trabajos con una mayor productividad, calidad y economía, por esta razón la exigencia de ingenieros capaces de diseñar, construir, implementar y resolver problemas a niveles industriales es cada vez más necesaria. En octubre del año 2006 se visitó la planta de producción de COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S. A. en el municipio de Tocancipa, Cundinamarca; para conocer el sistema de empacado de la línea de pañales HUGGIES, en donde se realiza el embolsado de los pañales individualmente por medio de una máquina FLOWPACK, la cual transporta el pañal por una banda donde se forra con plástico, luego pasa por una selladora para cerrar la bolsa que contiene el pañal. Después de éste proceso los pañales llegan a un contenedor, de donde comienza el proceso manual, y se organizan en grupos de varias unidades dentro de unas láminas para comprimirlos e introducirlos en las respectivas bolsas para luego ser selladas en otro lugar por operarios. COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. busca una máquina encargada de empacar los pañales por grupos para ahorrar tiempo y trabajo en el proceso anteriormente descrito. Este trabajo de grado, tiene como objetivo cambiar el sistema manual existente en COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A para el proceso de empaque, compilación y compresion de una cantidad determinada pañales por un sistema automático, que permita una programación acorde a las necesidades y características de la organización intervenida. En cumplimiento del objetivo propuesto, las investigadoras tomaron todas las medidas y dimensiones de los pañales tanto individual como en montos de varias unidades, datos y mediciones de los factores relevantes que van a interactuar con el sistema automático de empacado de pañales referente a la banda transportadora existente, diseñaron una estructura mecánica para el empacado automático de varias unidades de pañales en la línea de producción de HUGGIES, eligieron los sensores más apropiados para el proceso de conteo de los pañales, definieron los tiempos y/o funciones de actuadores, desarrollaron el programa de control del sistema automático de empacado de

23 pañales para la línea de producción de HUGGIES, eligieron el tipo de actuador (hidráulicos, neumáticos, eléctricos) apropiados para el sistema automático de empacado de pañales y realizaron los cálculos necesarios para el sistema de actuadores. Todo lo anterior se ve reflejado en los capítulos 2 y 3 de la investigación correspondientes a los marcos de referencia y a la metodología ingenieril utilizada para la propuesta de la fase 1 del diseño del sistema automático de empacado de pañales HUGGIES. 22

24 1. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Antecedentes. En la actualidad en COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. el proceso de empacado de pañales se hace con la ayuda de dos operarias que están ubicadas al final de la línea de producción del pañal y son las encargadas de recoger los pañales de una tolva y posteriormente introducirlos en una bolsa. En la industria se encuentran procesos similares para empacar o sellar otro tipo de productos; en su gran mayoría del sector de los alimentos. Para el empacado de pañales es necesario tener en cuenta muchas variables que no se manejan en los tipos de empacadoras existentes en el mercado, como lo son apilar, comprimir el producto e introducirlo dentro de las bolsas. Además de tener en cuenta la variedad en cuanto a cantidad de pañales dentro de un paquete DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Identificación. COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A busca que el proceso de empacado, compilado y comprimido de una cantidad determinada pañales sea automático, ya que este es realizado manualmente por aproximadamente 2 operarios Pregunta de investigación. Cómo automatizar el proceso de empacado de pañales, con el fin de reducir costos y obtener una mayor producción en un menor tiempo? 23

25 1.3. JUSTIFICACIÓN. Como se había mencionado, el proceso actual de empaque de pañales se realiza de forma manual por varias personas, pero al revisar dicho proceso no se justifica tener empleados realizando esta labor ya que es muy sencilla y no se necesita ninguna formación, en cambio estos empleados se pueden capacitar en otras labores en las que sea indispensable una o varias personas. COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A., en los últimos años ha mostrado un gran interés por la automatización con el fin de aplicarla en sus procesos en la línea de producción, en donde se aplicará este proyecto. De esta forma se justifica para COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A., el desarrollo de este proyecto, ya que traerá beneficios para solucionar el problema planteado, a un bajo costo ya que de mutuo acuerdo entre COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. y las investigadoras, de ser aprobado el diseño, el costo para la empresa será la totalidad de los materiales, mano de obra y taller de mecánica. 24

26 1.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN Objetivo general. Diseñar un mecanismo apropiado para el sellado de pañales individuales en bolsas, además de diseñar un sistema automático que cumpla la función de comprimir y empacar varios pañales en sus respectivas bolsas en la producción de la línea HUGGIES Objetivos específicos. Tomar todas las medidas y dimensiones de los pañales tanto individual como en montos de varias unidades. Tomar datos y mediciones de los factores relevantes que van a interactuar con el sistema automático de empacado de pañales como lo son la banda transportadora existente. Diseñar una estructura mecánica para el empacado automático de varias unidades de pañales en la línea de producción de HUGGIES. Elegir los sensores más apropiados para el proceso de conteo de los pañales. Definir los tiempos y/o funciones de actuadores. Realizar el programa de control del sistema automático de empacado de pañales para la línea de producción de HUGGIES. Elegir el tipo de actuador (hidráulicos, neumáticos, eléctricos) apropiados para el sistema automático de empacado de pañales. Realizar los cálculos necesarios para el sistema de actuadores. 25

27 1.5. ALCANCES Y LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN Alcances. Esta investigación incluye el DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES HUGGIES. El sistema será presentado a los miembros del Departamento Técnico de COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A., quienes examinarán la viabilidad final del diseño, calificando su funcionalidad y costos. El sistema diseñado es presentado a la Universidad San Buenaventura, como monografía para optar al grado de ingenieria mecatronica. De ser aprobado el diseño del sistema propuesto por COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A., se dará inicio a la segunda fase del proyecto, que consiste en la adquisición total de los materiales por parte de COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A., para la posterior construcción de EL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES HUGGIES Limitaciones. El monto total para el proyecto será designado por la empresa COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A puesto que es la empresa que apoya el proyecto económicamente y depende de ellos la compra de los materiales solicitados para la construcción del sistema de empacado de pañales. 26

28 2. MARCO DE REFERENCIA 2.1. MARCO TEÓRICO. Para la realización del proyecto se utilizaran elementos que serán explicados a continuación Actuadores Actuadores hidráulicos. Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión Actuadores neumáticos. A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, se diferencian en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad. 27

29 Actuadores eléctricos. La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo se requieren el uso de energía eléctrica como fuente de poder. Es altamente versátil ya que utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y señales; prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entra la fuente de poder y el actuador Sensores Sensores inductivos. Este tipo de sensores sirven para detectar la proximidad de piezas metálicas en un rango de distancias que va desde 1 mm a unos 30 mm., con una posible resolución del orden de décimas de milímetro. El campo de aplicación más importante de los detectores inductivos es como interruptores final de carrera con algunas ventajas con respecto a los electromecánicos, tales como: ausencia de contacto con el objeto a detectar, robustez mecánica, resistencia a ambientes agresivos, altas temperaturas y bajo precio. Como se puede deducir rápidamente, el gran inconveniente de este tipo de sensores es la limitación a objetos ferromagnéticos, aunque en aplicaciones industriales son bastante habituales Sensores capacitivos. Como su nombre indica, están basados en la detección de un cambio en la capacidad del sensor provocado por una superficie próxima a éste. Constan de dos elementos principales; por un lado está el elemento cuya capacidad se altera (que suele ser un condensador formado por electrodos) y por otra parte el dispositivo que detecta el cambio de capacidad (un circuito electrónico conectado al condensador). Este tipo de sensores tienen la ventaja de que detectan la proximidad de objetos de cualquier naturaleza; sin embargo, hay que destacar que la sensibilidad disminuye bastante cuando la distancia es superior a algunos milímetros. Además, es muy dependiente del tipo de material. 28