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Esta tesis la dedico a mis padres ya que todo el gran esfuerzo que involucró no solo este trabajo sino toda una carrera es incomparable a todo el trabajo y el sacrificio que ellos han hecho para ayudarme a llegar a donde lo he hecho. Soy quien soy gracias a ellos, su guía y sobre a todo su amor. A ellos les debo toda mi gratitud e infinito Amor.
A Dios y por que el siempre está junto a mí en el camino empujándome a alcanzar mis metas y ayudándome a aprender de mis decepciones.
A mis compañeros Mario, Guillermo y María, con quienes crecí como ingeniero y además de un salón de clases comparto una muy especial amistad. Les deseo mucho éxito.
A Israel, Iván, Aileen, Emmanuel y Fabiola, mis hermanos que siempre están ahí para mí.
A mi Mama Carmen que siempre me llena de un cariño que no tiene igual, quien siempre me recibe con un abrazo y con un beso. Que Dios la bendiga siempre.
A mi Madrina y tías, porque siempre han deseado lo mejor para mí y me procuran.
Al Instituto Politécnico Nacional porque dentro de sus salones y en especial en sus campos me llene de satisfacciones inolvidables, donde sobretodo forme mi carácter.
A los que creyeron en mí, me sería imposible mencionar a todos y cada unos de las personas a las que les quiero agradecer pero no por eso me olvido de ellos. Un abrazo a todos.
Un especial agradecimiento a todos los que no creyeron ni creen en mí, porque gracias a esos retos y pruebas que pusieron frente a mi he crecido convirtiéndome en una mejor persona.
Special thanks to Motie family, especially to Marilyn and Jeff, because they helped me when I was alone in a different country with a different culture. You made me feel as a part of your beautiful family, I really appreciate everything you did for me.
Thanks to all my friends in Canada, especially to Mari, Koray, Yukari, Erica, Lisa and Samantha. Without you guys, my experience wouldn’t have been that great.
David Samuel Bocanegra Villagómez
de superación para vivir con dignidad, por la confianza y apoyo que me brindaron para la realización de este trabajo.
También quiero agradecer a mis familiares y amigos ya que junto a ellos he logrado un crecimiento integral como ser humano compartiendo junto a ellos
conocimientos, ideas y pensamientos en la vida diaria.
A mis compañeros de tesis y amigos María, David y Mario que son personas verdaderamente comprometidas con sus ideales y sueños además de tener esa energía extra para subir al punto más alto.
Al M. en C. Luis Enrique Soto Muciño y al M. en C. Raúl Reyes Reynoso, por la colaboración brindada durante la tesis.
En general quisiera agradecer a todas y cada una de las personas de una u otra forma, colaboraron o participaron en la realización de esta investigación.
Guillermo Martínez Carbajal
A mis compañeros de tesis y amigos Mario, David y Guillermo, porque entre los cuatro formamos un buen equipo, con quienes compartí muchos momentos y logramos la realización de esta tesis.
A los amigos y familiares que además de su apoyo nos abrieron las puertas de su casa, nos brindaron herramientas y un lugar donde trabajar.
A Luis Alejandro por ser una persona con la que puedo contar siempre y gracias a los ánimos que me da.
Al M. en C. Luis Enrique Soto Muciño y al M. en C. Raúl Reyes Reynoso, por la colaboración brindada durante la tesis.
En general quisiera agradecer a todas y cada una de las personas de una u otra forma, colaboraron o participaron en la realización de esta investigación.
María Plancarte Salas
A ti mamá, por tu forma tan peculiar de quererme, por tu ejemplo de fortaleza, por tu corazón tan sensible que me donaste, por no dejarme caer nunca, y porque te amo.
A ti papá, por ser el pilar de mi fe y de mi vida, por enseñarme a ganarme las cosas no importando que tan difíciles sean, por darme tu mano en todo momento y porque te necesito.
A ti Luis, por ser mi ejemplo seguir, por ser mi motivación en el deporte, por enseñarme a soñar, y mejor aun, por que me ensañaste a luchar por ellos, y porque te admiro.
Con esta tesis culmino un peldaño muy importante de mi vida profesional, y por ello quiero agradecerles a todas las personas que hicieran real este sueño.
Este trabajo con el cual culmino solo una pequeña parte de mi vida profesional no podía haber sido construida sin cada una de las personas que estuvieron y algunas de ellas siguen estando en mi vida, a cada una de ellas gracias.
Gracias a:
A mi familia por su apoyo incondicional y educación que me brindaron.
A mis Amigos por su hombro donde me pude recargar.
A mis abuelitos, Cándido y Carmen por ser un ejemplo de vida y por supuesto gracias a mi abuelita Amalea por seguir siendo un angelote en vida.
A todos y cada uno de mis tíos por su cariño y confianza.
A mis cómplices de aventuras y experiencias, los quiero muchachos.
A mis amigos y compañeros de Tesis por hacer realidad la construcción de este documento.
Gracias a mis profesores M. en C. Luis Enrique Soto Muciño y M. en C. Raúl Reyes Reynoso por su apoyo, ejemplo e infinita paciencia.
Gracias, infinitas gracias a todos.
Mario Enrique Sánchez Ávila
ÍNDICE GENERAL
Introducción ... I Protocolo de tesis ... III Descripción de las necesidades: ... III Justificación ... IV Objetivo General ... IV Objetivos particulares ... IV
CAPÍTULO 1 Estudio del estado del arte... 1
1.1 Contexto histórico ... 2
1.2 Contexto tecnológico ... 3
1.2.1 Sistema Actual ... 3
1.2.2 Reciclado de aguas residuales ... 4
1.2.3 Cuidados de la pintura ... 5
1.3 Contexto Normativo ... 5
1.3.1 Aguas residuales ... 6
1.3.1 Normatividad para establecimientos mercantiles Trámites locales y generales ... 6
1.3.2 Normas Importantes Aplicables ... 6
1.3.3 NOM-001-ECOL-1996 ... 7
1.3.4 NOM-026-STPS-1998 ... 7
CAPÍTULO 2 Análisis del sistema actual ... 8
2.1 Análisis del sistema actual ... 9
2.1.1 Posicionamiento. ... 9
2.1.1.1 Posicionamiento del automóvil ... 9
2.1.1.2 Posicionamiento de la máquina. ... 9
2.1.2 Selección del programa desde el teclado de mando ... 10
2.1.3 Prelavado... 10
2.1.4 Lavado... 10
2.1.5 Lavado de ruedas ... 10
2.1.6 Lavado de chasis ... 11
2.1.7 Cera fría ... 11
2.1.8 Secado ... 11
2.2 Funcionamiento del sistema actual de lavado. ... 11
2.3 Diagnóstico del sistema actual ... 13
2.4 Obtención de las problemáticas ... 15
2.5 Establecimiento de criterios ponderantes para la selección de la problemática ... 15
2.6 Selección de la problemática ... 16
2.7 Alternativas de solución ... 16
2.8 Establecimiento de criterios ponderantes para la selección de solución ... 17
2.9 Selección de la solución ... 17
CAPÍTULO 3 Diseño del nuevo sistema de lavado ... 18
3.1 Diseño mecánico ... 20
3.1.1 Cálculo de la estructura ... 20
3.1.1.1 Análisis de las columnas que se utilizará en el auto lavado tipo puente: ... 20
3.1.2 Selección de materiales ... 22
3.1.2.1 Selección del material para la estructura ... 22
3.1.2.2 Transmisión por cable de acero del rodillo horizontal ... 23
3.2 Diseño de control ... 24
3.2.1 Hardware ... 24
3.2.1.1 Sistema Eléctrico ... 24
3.2.1.2 Sistema Neumático ... 25
3.2.1.3 Sistema Hidraúlico………27
3.2.2 Software ... 28
3.3 Diseño de Ingeniería Industrial ... 33
3.3.1 Ergonomía ... 33
3.3.1.1 Sistema de posicionamiento ... 33
3.3.1.2 Dispositivo de mando ... 33
3.3.2 Estética ... 34
3.3.2.1 Colores contrastantes ... 34
3.3.2.2 Colores de seguridad para tuberías ... 35
3.4 Integración del nuevo sistema ... 36
CAPÍTULO 4 Evaluación económica ... 39
Discusión... 49
Conclusiones ... 50
Recomendaciones ... 51
ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS Tabla 1.1 Tabla de toma de muestras con respecto a las horas de trabajo ... 7
Fig. 2.1 Diagrama de bloques del sistema ... 12
Tabla 2.1 Tabla de criterios para selección de problemática ... 15
Tabla 2.2 Tabla de criterios para la selección de solución ... 17
Tabla 3.1 Características de lámina galvanizada ... 22
Tabla 3.2 Espesor teórico para diferentes calibres de láminas ... 23
Tabla 3.3 Características de cable de acero ... 23
Tabla 3.4 Listado de componentes del sistema neumático ... 27
Tabla 3.5 Colores de seguridad, su significado e indicaciones y precisiones... 34
Tabla 3.6 Selección de colores contrastantes ... 35
Tabla 3.7 Colores de seguridad para tuberias y su significado ... 35
Fig 3.1 Estructura Autolavado ... 36
Fig 3.2 Cepillo vertical ... 36
Fig. 3.3 Lava Ruedas ... 37
Fig 3.4 Sistema de secado ... 37
Fig 3.5 Cepillo Horizontal ... 37
Fig 3.6 Sistema de Autolavado ... 38
Tabla 4.1 Precios de componentes y mano de obra ... 40
Tabla 4.2 Costos de Producción... 41
Tabla 4.3 Otros Materiales ... 41
Tabla 4.4 Consumo de energía... 41
Tabla 4.5 Costo de mano de obra indirecta ... 42
Tabla 4.6 Costos de producción ... 43
Tabla 4.7 Depreciación ... 43
Tabla 4.8 Gastos Administrador ... 43
Tabla 4.9 Gastos de Administración ... 44
Tabla 4.10 Gastos de venta ... 44
Tabla 4.11 Costo total de la operación ... 44
Tabla 4.12 Activo fijo ... 45
Tabla 4.13 Costos de Terreno y obra civil...45
Tabla 4.14 Activo diferido ... 45
Tabla 4.15 Inversion de activo fijo y diferido ... 45
Tabla 4.16 Inventario ... 46
Tabla 4.17 Activo Circulante ... 46
Fig. 4.1 Gráfica de Costo Variable ... 47
Fig. 4.2 Gráfica de Punto de Equilibrio ... 48 ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO A: Plano 1 Vista lateral izquierda y vista frontal Plano 2 Vista lateral derecha y vista posterior Plano 3 Vista superior y vista lateral derecha Plano 4 Despiece Mecanismo de Turboventiladores Plano 5 Isométrico norte este
Plano 6 Isométrico vista sur oeste Plano 7 Isométrico vista sur este Plano 8 Descripción de piezas ANEXO B: Plano 9 Diagrama eléctrico
Plano 10 Diagrama neumático ANEXO C: Programación de PLC
ANEXO D: Publicaciones
INTRODUCCIÓN
En el primer capítulo, se elabora el estudio del estado del arte sobre cómo han evolucionado los sistemas de lavado de automóviles mencionando algunos como son el lavado a mano, semiautomático o con equipo a presión y llegando hasta el desarrollo de nuevas tecnologías que permitieron diseñar maquinaria automatizada para el lavado de vehículos, cumpliendo con las expectativas de los clientes haciendo el proceso de lavado de mayor calidad, así como también reduciendo el consumo de insumos y recursos naturales no renovables.
Actualmente existen dos sistemas de lavado automático:
Tipo Túnel.- Tiene la característica que el lavado de las unidades automotrices es en serie, maximizando el número de vehículos lavados. Es de importancia mencionar que el costo de este sistema es superior al del sistema tipo Puente, así como las dimensiones necesarias para su instalación y correcto funcionamiento son aún mayores.
Tipo Puente.- Se caracteriza por su diseño compacto y funcional, incluyendo en su estructura todos los elementos necesarios para el proceso de lavado. El espacio requerido para la instalación y puesta en marcha de este sistema automático es mucho menor, mientras que el lavado de automóviles lo realiza unidad por unidad en un ciclo de lavado.
Los sistemas actuales están regidos por las Normas Oficiales Mexicanas, las cuales establecen las condiciones generales y obligatorias para cada establecimiento mercantil, en el cual se utilice agua y detergente en el proceso, así como los residuos de solventes, aceites y grasas impregnados en los automóviles que posterior al lavado deberán de ser procesados por una tratadora de agua.
En el segundo capítulo, se describe cada fase del proceso y funcionamiento del sistema de lavado tipo puente que se utiliza en la actualidad, esto con la finalidad de conocer las relaciones lógicas que existen en el sistema. También se realiza un análisis con una herramienta metodológica conocida como FORD, que coadyuva a detectar las oportunidades de mejora y debilidades del sistema, para así diagnosticar las problemáticas permitiéndonos plantear una alternativa para dar solución con base a un criterio de importancia para la presente investigación.
En el tercer capítulo, se elabora el diseño del nuevo sistema basados en la alternativa de solución propuesta en el capítulo anterior, describiendo el software seleccionado que cumplirá con los requerimientos necesarios de programación para los elementos que serán controlados. Aunado a esto se describirá el hardware seleccionado mediante cálculos mecánicos y eléctricos, que cumplirá con las exigencias mecánicas y tensiones a la que estará expuesta la máquina durante su funcionamiento.
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La solución propuesta es ejemplificada mediante un prototipo construido a escala 1:6, el cual de forma didáctica muestra las funciones principales del proyecto aplicando todas las leyes de similitud dinámica, cinemática e hidráulica.
En el cuarto capítulo, se realiza un análisis de costos que incluye los materiales, dispositivos eléctricos y mecánicos para el perfecto ensamble durante el proceso de fabricación del proyecto.
Indicando también la inversión necesaria para un proyecto de esta magnitud, se definirá la información de especial interés para inversionistas interesados en el mercado de lavado de automóviles.
PROTOCOLO DE TESIS
:Esta investigación es realizada gracias a la creciente necesidad de dueños de automóviles por lavarlos en un establecimiento que ofrezca calidad, ofreciendo a sus dueños una alternativa para poder dar este tipo de servicios
Descripción de las necesidades:
Las necesidades podemos agruparlas de tres formas:
• Necesidad social
• Necesidad de Producción
• Necesidad Tecnológica Necesidad social:
• El ser humano no está hecho para realizar actividades y/o tareas que sean monótonas y repetitivas.
• Por eso se requieren sistemas automáticos para la realización de dichas tareas tales como el lavado y secado de los automóviles.
• Por la creciente venta de automóviles se crea la necesidad de lavar autos más rápido y más eficazmente.
Necesidades de Producción:
• Deficiencia del personal para el lavado a grandes volúmenes.
• El tiempo de espera suele ser muy elevado
• Ahorrar en material de limpieza Necesidades Tecnológicas:
• Todos los equipos son fabricados en el extranjero.
• Las empresas en México sólo se dedican a comercializar estos autolavados automáticos
• Estos equipos superan los $ 3,000,000.00 de pesos
• Esta tecnología no es ajena a la manejada en el País.
En resumen, el ser humano no está hecho para realizar tareas monótonas y repetitivas como lavar un automóvil porque esto afecta directamente en su salud y debido a esto es que la calidad de su trabajo baja conforme pasa el tiempo ya que la calidad del lavado del primer automóvil no será igual a la del último debido al cansancio. Eso provoca que el servicio sea más lento. Los equipos que existen actualmente en México son de importación, lo cual
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provoca que tengan un costo elevado debido al costo de aduanas e intermediarios, cabe señalar que esta tecnología no es ajena a nuestro país.
Objetivo General
• Diseñar e implementar un lavado automotriz automático para optimizar el proceso.
Objetivos particulares
• Optimizar el tiempo ciclo de operación del sistema para maximizar la operación de trabajo.
• Estructurar un sistema con ahorro de energía para coadyuvar a minimizar el consumo de recursos naturales no renovables.
• Diseñar un sistema mecánico, eléctrico y electrónico para integrar holísticamente la solución a la problemática del proyecto.
• Mejorar la calidad del servicio para mantener e incrementar la cartera de Clientes.
• Reducir del costo del autolavado para ofrecer un producto competitivo en el mercado.
• Sustituir las importaciones de estos sistemas para ofrecer un producto y servicio local.
Justificación
Actualmente se venden 500,000 automóviles al año y las personas demandan un servicio de lavado con calidad y en el menor tiempo posible, es por eso que se crea la necesidad de un autolavado automático, que de un servicio rápido y eficaz.
Por otra parte el servicio que ofrece un lavado manual comparado con uno automático es muy diferente debido a que un hombre después de haber lavado cierto número de automóviles, se agota y no tiene la misma calidad en cada servicio, además el tiempo de espera se incrementa, en cambio uno automático siempre lava los automóviles en el mismo tiempo y siempre con la misma calidad.
Los autolavados automáticos existentes en México son importados con un costo aproximado de $3, 000,000 y la tecnología con la que están elaborados no es ajena a la existente en México, por lo cual se hace factible diseñar e implementar uno con ingeniería mexicana, con esto se puede recuperar la inversión en un plazo menor, dando el mismo servicio y con la misma calidad.
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ESTUDIO DEL ESTADO DEL ARTE
En este capítulo se describe como han evolucionado y los tipos que existen de sistemas de autolavado así como la descripción de éstos. Además se explica de manera breve la forma en la cual están regidos por la ley
1.1 Contexto histórico
El primer concepto de un sistema de la línea de montaje de un sistema de lavado automotriz fue desarrollado en el área de Detroit en 1914. Fue llamado “The automobile Laundry" y usaba mano de obra para empujar los automóviles a partir de una estación de lavado a la siguiente en una manera circular. En 1928 ya se podía conducir a través del autolavado tipo túnel con un transportador de cadena, el autolavado automático había nacido.
A mediados de los años 40’s ya existían cerca de 32 autolavados a lo largo de todo Estado Unidos. En 1946, un sistema semiautomático era desarrollado con una banda trasportadora donde era enganchado el automóvil. En la parte Superior tenia una regadera de agua con tres cepillos manuales y un ventilador de 50 caballos de fuerza que se encargaba del secado.
Todos estos elementos se convirtieron en una parte importante del autolavado automático en el futuro.
Como muchas industrias de Estados Unidos en los años 70’s, los autolavados tenían tiempos difíciles debido a la recensión que sufría ese país, la recensión fue devastadora para el negocio de los autolavados a la vez que los precios de la gasolina se dispararon. Los beneficios que los autolavados tenían se contrajeron, esto retardo la producción y el desarrollo de la industria.
A principios de la década de los 80’s la economía en EU se había recuperado con fuerza en todos los sectores. El negocio de autolavados se recupero de la recesión y el desarrollo de autolavados nunca fue tan alto. El lavado de automóviles registró ventas históricas, sumado a que ya había cerca de 162 millones de automóviles en ese País.
En 1993 el capital de empresarios Texanos unió dos gigantes de la industria del autolavado, Hanna Industries y Sherman Car Wash Company, ya combinadas se convirtieron en Hanna Sherman Internacional, Inc. La cual tenía un gran interés en mercados internacionales. Hanna se amplio primero en el lejano Este como Corea y Tailandia, además de mercados que apenas emergían como China, Rusia y Europa Oriental. Hanna también aumentó su actividad en Alemania, Irlanda, América Latina y Asia sur oriental. Todo esto sólo por dar un ejemplo del auge internacional que tuvieron estos equipos los cuales prosperaron a lo largo de la década de los 90’s y hasta la fecha. Hoy se habla de que existen mas de 30, 000 de estos equipos en mas de 90 países que dan servicio a mas de 650 000 de automóviles en todo el mundo.
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Si hay un nicho creciente en el mundo es el de los automóviles y todo lo que tiene que ver con ellos. Uno de los negocios relacionados más rentables es sin duda el del autolavado, que ha crecido considerablemente.
En 2005 se vendieron cerca de 984 mil 969 unidades automotrices en la República, un incremento de 3.8% respecto de 2004, lo que habla de un creciente número de automovilistas y, por lo tanto, del mercado.
México es uno de los países con mayor cantidad de automóviles por número de habitantes.
Por ello, el emprender un negocio de lavado de autos muestra un gran auge. En los últimos años creció de manera sorprendente el número de lavados manuales, ahora se han conformado otros nuevos conceptos de autolavado: semiautomáticos y automáticos.
Se estima que más de 70% de los automovilistas lavan más de una vez por semana su automóvil, por lo que el potencial para los servicios de lavado en el país es muy grande.
Abundan los de tipo manual, pero poco a poco se han posicionado los semiautomáticos, es decir los que utilizan aparatos como aspiradoras, pulidoras o mangueras de presión. Los automáticos son más escasos, pero sin duda será cuestión de tiempo para que se posicionen en el mercado.
Además de ofrecer el ahorro de tiempo, este tipo de negocios contribuyen a cuidar el agua, ya que la mayoría cuenta con equipos de reciclado que permiten economizar el vital líquido, porque en estos tiempos no está permitido el utilizarlo indiscriminadamente.
Una de las ventajas de este tipo de negocios es que la demanda de este servicio es constante durante todo el año, aunque se puede marcar como la peor temporada la de lluvias. Existen muchos clientes que por la misma época acuden constantemente a limpiar su automóvil.
1.2 Contexto tecnológico
1.2.1 Sistema Actual
Existen dos sistemas de lavado automático los cuales son: tipo túnel y tipo puente.
• El tipo túnel se compone de diferentes subestaciones por las cuales se traslada el automóvil, con este tipo de sistema se pueden lavar mas automóviles en una hora ya que mientras uno esta en la fase de enjuague ya existe uno en el área de cepillado así lo comparamos con una producción en serie ya que el autolavado tipo túnel ofrece la ventaja de no parar.
Las diferentes subestaciones que tiene regularmente el autolavado tipo túnel son:
1. Entrada.- Se coloca el automóvil en la banda transportadora
2. Prelavado.- Se rocía el automóvil con agua para quitar el exceso de polvo.
3. Espuma activa.- Se rocía el automóvil con una capa de champú.
4. Cepillado.- consta de dos rodillos laterales y uno superior que contornan el automóvil y al mismo tiempo se le hecha un poco de agua para quitar la espuma activa.
5. Cera fría.- Se rocía cera fría a todo el automóvil para la protección de la pintura.
6. Secado.- Es un arco con dos ventiladores montados que va delineando el contorno del automóvil.
El tipo puente ocupa un espacio menor ya que los aspersores, bombas, ventiladores, etc., están dentro del puente. Este sistema se mueve a lo largo del automóvil llevando a cabo una tarea en cada recorrido. La desventaja que tiene en comparación con el autolavado tipo túnel es el tiempo ya que este sólo lava un automóvil a la vez.
Básicamente realiza los siguientes recorridos:
• Recorrido 1.- espuma activa
• Recorrido 2.- rodillo lateral, superior y lavado de bajos mientras rocía agua para enjuagar el automóvil.
• Recorrido 3.- Lavado de ruedas
• Recorrido 4.- Cera fría
• Recorrido 5 y 6.- Secado.
1.2.2 Reciclado de aguas residuales Descripción del proceso
El agua contaminada llega en su primera fase a un depósito decantador donde las partículas más pesadas (arenas, gravilla...) se depositarán en el fondo y, por diferencia de densidad, los aceites e hidrocarburos quedarán en la superficie pasando a través de la boca de salida, o bien al separador de hidrocarburos o bien a otros depósitos decantadores, lo cual depende del caudal de agua y la calidad de esta.
Después en el separador de hidrocarburos el efluente, realiza un movimiento centrífugo alrededor del decantador que ocupa el anillo perimetral del separador de hidrocarburos, produciéndose una nueva decantación de sólidos en la parte inferior de este anillo. Después, el agua a tratar pasa a un bloque que contiene de partículas de plástico cuya función es acumular las gotas e hidrocarburos sobre ellas, y cuando son suficientemente grandes, se desprenden del plástico y, por diferencia de densidad, suben a la superficie del decantador.
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De ésta el agua pasa al bloque central en el que se acumulan los hidrocarburos. Estos cuentan con un obturador cuya función es tapar la salida de hidrocarburos del separador hacia la arqueta final cuando el nivel de los mismos haya superado la cantidad mínima exigible.
Continuando el proceso el agua pasa un depósito de acumulación de agua a reciclar antes de la arqueta de toma de muestras. El depósito pulmón es un depósito exactamente igual a los depósitos utilizados como separadores-decantadores. Después de esta parte se bombea el agua al equipo reciclador. Cuando es reciclada el agua se acumula en un depósito y esta regresa a la máquina de autolavado.
1.2.3 Cuidados de la pintura
No es recomendable lavar un automóvil con detergentes muy fuertes ni con demasiada asiduidad; la pintura aunque resistente es susceptible de desgaste y el detergente es un químico que irá debilitando las capas quitando brillo y resistencia. Antes de lavar un automóvil es recomendable quitar el polvo acumulado suavemente con agua sin presión para que el polvo no se convierta en un abrasivo y raye la pintura.
Los limpiadores domésticos pueden quitar la pintura y dañar el acabado es por ello que existen champús que tienen un PH neutro, no manchan al secar, además de ser creados con agentes especiales que incrementan la acción del agua y la dispersión de la suciedad y no contienen fosfatos
También es recomendado el uso de ceras que proporcionan una película protectora (Polímeros) que ayuda a repeler los elementos que pueden dañar la superficie externa, y cubre la superficie con un lustre profundo y duradero. Ofrece protección contra la suciedad, los insectos, la savia de los árboles, las excreciones de las aves, el alquitrán, los detergentes, manchas de agua, temperaturas extremas, luz solar, inclemencias del tiempo, el agua salada y el aceite. La cera se adhiere al auto y repele el agua con un efecto duradero.
1.3 Contexto Normativo
El deterioro en la calidad del agua, es consecuencia directa del vertido, sin previo tratamiento, de las aguas residuales municipales, agrícolas e industriales, que contienen grandes cantidades de sustancias contaminantes; la naturaleza de éstos y sus efectos sobre los cuerpos de agua, variarán dependiendo del origen de las aguas, del tipo de contaminantes y los volúmenes descargados, por el cual es necesario conocer la calidad del agua de las mismas mediante un estudio, en el cual la primera actividad de importancia es la de realizar un muestreo.
El muestreo de agua es de vital importancia e imprescindible para obtener datos concernientes a sus características físicas, químicas y biológicas. Por lo que el muestreo en este caso no es más que la actividad de recolección de una pequeña porción del total de agua que representa el carácter y calidad de la masa volumétrica de la cual se toma.
La buena elección del sitio y frecuencia de muestreo, de los parámetros a cuantificar, así como de realizar un adecuado muestreo es el inicio de un buen estudio, el cual generará resultados de gran confiabilidad (no será mejor confiables) que serán utilizados para evaluar y proponer las distintas alternativas de solución a los problemas de contaminación del recurso hídrico.
1.3.1 Aguas residuales
Las aguas de composición variada provenientes de las descargas de usos municipales, industriales, comerciales, agrícolas, pecuarios, domésticos y similares, así como la mezcla de ellas.
1.3.1.1 Normatividad para establecimientos mercantiles Trámites locales y generales Para el establecimiento de este tipo de proyecto es necesario consultar la “Ley Para El Funcionamiento De Establecimientos Mercantiles Del Distrito Federal. Título Primero Disposiciones Generales, Competencia Y De Los Establecimientos Mercantiles En General”
el cual establece en el artículo 41 y 42 que la prestación del servicio de reparaciones mecánicas, hojalatería, pintura, eléctricas, electromecánicas, de lavado y/o engrasado, vestiduras, instalación de alarmas y/o accesorios similares de automóviles automotores requieren de la presentación de la declaración de apertura para desarrollar las actividades.
Los cuales deberán:
• Contar con áreas para la ubicación de herramientas, refacciones, gasolina, aguarrás, pintura, thinner, grasa y demás líquidos o sustancias que se utilicen en la prestación de los servicios
• Abstenerse de arrojar los residuos sólidos y líquidos en las alcantarillas, sujetándose a las disposiciones que para el tratamiento de dichas sustancias señalen las autoridades competentes (NOM-001-ECOL-1996)
• Contratar un seguro contra robo y daños a terceros, que cubra cualquier daño que se pudiera ocasionar a los automóviles dados en custodia para su reparación
1.3.2 Normas Importantes Aplicables
NOM-001-STPS-1999, NOM-002-STPS-2000, NOM-004-STPS-1999, NOM-005-STPS- 1998, NOM-011-STPS-2001, NOM-026-STPS-1998, las cuales indican el tipo de pruebas y programas con las que se deben contar para la implementación de un autolavado.
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1.3.3 NOM-001-ECOL-1996
Esta norma establece los límites máximos permisibles de contaminantes en la descarga de aguas residuales en aguas y bienes nacionales que están establecidas en las tablas 2 y 3 de esta norma. En la tabla 8 de la norma específica la frecuencia del muestreo y la frecuencia del reporte que se tiene que hacer todo esto dependen directamente del número de habitantes que hay en el municipio. En esta se establece que se tienen que tomar muestras de agua dependiendo del caudal y las horas que el proceso trabaja y arroja agua. Estas muestras serán analizadas por la institución correspondiente de manera aleatoria y sin previo aviso. Para este efecto las recicladoras de agua toman muestras y la guarda en un tinaco aparte, sólo tiene que ser programadas en los intervalos de tiempo que deberán tomar la muestra.
En la tabla 1.1 se especifican las horas de trabajo del proceso y las muestras que se deben de hacer en determinado tiempo.
HORAS POR DÍA QUE OPERA EL PROCESO GENERADOR
DE LA DESCARGA
NÚMERO DE MUESTRA SIMPLES
INTERVALO ENTRE TOMA DE MUESTRAS
SIMPLES(HORAS)
Mínimo Máximo
Menor que 4 Mínimo 2 -- --
De 4 a 8 4 1 2
Mayor que 8 y hasta 12 4 2 3
Mayor que 12 y hasta 18 6 2 3
Mayor que 18 y hasta 24 6 3 4
Tabla 1.1 Tabla de toma de muestras con respecto a las horas de trabajo
Las pruebas se hacen de acuerdo con la norma NMX-AA-005 que establece el método de prueba para la determinación de grasas y aceites recuperables en aguas naturales, residuales y residuales tratadas
1.3.4 NOM-026-STPS-1998
Esta norma define los requerimientos en cuanto a los colores y señales de seguridad e higiene y la identificación de riesgos por fluidos conducidos en tuberías. Dentro de estas definiciones se encuentran los colores de seguridad y colores contrastantes, señales de seguridad e higiene, identificación de riesgos por fluidos conducidos en tuberías
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ANÁLISIS DEL SISTEMA ACTUAL
A continuación, se realiza una descripción del estado actual de los sistema en los que se enfocara el desarrollo de la presente investigación, esta información servirá a priori para determinar la instrumentación de acciones precisas en el desarrollo del nuevo sistema.
Cada fase del proceso actual se analiza con la finalidad de conocer las relaciones lógicas que existen en este sistema y así comprenderlo adecuadamente. Así mismo, la integración de esta información coadyuva al establecimiento de las fronteras de la esfera de conocimiento en la que se trabajara.
2.1 Análisis del sistema actual
Descripción de los sistemas 2.1.1 Posicionamiento.
2.1.1.1 Posicionamiento del automóvil Para posicionar el automóvil existen dos tipos:
• Posicionado por plataforma
• Posicionado por semáforo
Para posicionado por plataforma la rueda delantera del automóvil debe estar posicionada sobre la plataforma e inmovilizar el automóvil. Esta plataforma puede incorporar un detectar para garantizar que la máquina no se ponga en funcionamiento si el automóvil no esta bien posicionado.
El posicionado por semáforo se disponen de indicadores luminosos de “avance” “retroceso”
y “stop”, los cuales indican la acción que el automovilista debe realizar hasta que el automóvil quede en la posición correcta
Para ambos sistemas se necesitan sensores que detecten que el automóvil se encuentre en la posición correcta. El primero sólo indica cuando este esta listo y el segundo es mas preciso ya que da las instrucciones de avanzar o retroceder hasta que el automóvil este en posición correcta.
2.1.1.2 Posicionamiento de la máquina.
La máquina se mueve linealmente por medio de 2 motores trifásicos con motoreductores, esta también cuenta con encoders que indican la posición en caso de paro de emergencia o falta de energía, de esta manera, al restablecerse la misma, regresa a una posición inicial.
_________________________________________________________________________
2.1.2 Selección del programa desde el teclado de mando
Se realiza a través de las teclas numéricas del panel de control, presionando el botón del número de programa.
El Display está diseñado para operar de forma rápida y sencilla sin necesidad de mayores conocimientos. Sus múltiples funciones son: introducción de programas, modificar parámetros de lavado, consultar contadores de lavados, accionar manualmente movimientos de puente, acceso a ayuda y avisos de averías y diagnósticos.
Las funciones son controladas por medio de un PLC que tiene un número predeterminado de paquetes de lavado dependiendo del PLC que tenga la máquina.
2.1.3 Prelavado
El prelavado, es el primer recorrido que hace la máquina, rociando la espuma activa sobre el automóvil. Esta tarea es realizada por medio de una bomba que llega al sistema Venturi, el cual toma una pequeña porción de producto químico y al pasar por este acelera la velocidad del químico convirtiéndolo en espuma, distribuyéndolo por los aspersores.
2.1.4 Lavado
1. Rodillos laterales: Recorren la parte lateral del automóvil, aparte hacen un recorrido lineal de la parte delantera y trasera del automóvil por medio de una cremallera. Estos son movidos por medio de motoreductores, también cuenta con transductores de fuerza los cuales indican la distancia a la que se encuentra el automóvil para así evitar que los rodillos choquen con el automóvil. Utilizan pistones para mantener una posición ya sea totalmente vertical o con inclinación.
2. Rodillo horizontal: Recorre la parte superior del automóvil, Baja por gravedad y es controlado por medio de un pistón hidráulico, gira por medio de un motoreductor y también tiene un transductor para evitar choques igual que los rodillos laterales.
3. Aspersores: Estos arrojan agua sobre los rodillos por que no pueden trabajar en seco y sobre el automóvil para enjuagar el mismo
2.1.5 Lavado de ruedas
Con una presión de 160 bar aproximadamente se activa un pistón que aproxima el cepillo para realizar el lavado de ruedas. Este sistema tiene transductores de fuerza para evitar choques, además de contar con aspersores para lavar la rueda
2.1.6 Lavado de chasis
Elimina la suciedad adherida al chasis por medio de agua a presión asegurando una integra limpieza del automóvil. Funciona a través de aspersores tipo abanico que se mueven de manera oscilante por medio de pistones neumáticos, alimentados por un electro bomba de 1.5 Kw.
2.1.7 Cera fría
La cera fría es aplicada por los mismos aspersores, alimentados por bombas dosificadoras las cuales regulan el contenido de la mezcla de cera-agua
2.1.8 Secado
El secado funciona por medio de cuatro ventiladores con una potencia total de 12 Kw., con un sistema de escaneado del perfil del automóvil y velocidad de traslación regulable. El sistema de secado desciende por gravedad y recupera su posición por medios de un pistón de efecto simple hasta su posición original.
2.2 Funcionamiento del sistema actual de lavado.
Cuando el automóvil es colocado en la bahía y ninguna señal de “avanzar” o “retroceder”
esta encendida se activa el programa que se desea ejecutar, el programa es ejecutado por el PLC, el cual manda las señales para que la máquina realice diversas tareas.
En primer lugar activa los motores que mueven la estructura y los apersones de espuma activa, realizando así el primer recorrido.
Como segundo paso realiza el lavado, primero los cepillos verticales se juntan y se mueven linealmente para lavar la parte trasera del automóvil, al mismo tiempo los aspersores de los 3 rodillos comienzan a arrojar agua, terminando esta acción, el rodillo horizontal baja y comienza el giro, cuando este comienza a subir los motores que mueven a la máquina se activan y los aspersores que rocían al automóvil comienzan a trabajar arrojando agua. Al llegar al centro del automóvil el giro del cepillo horizontal se invierte deteniéndose la máquina mientras este proceso se lleva a cabo, al llegar a la parte delantera del automóvil los rodillos verticales se mueven linealmente.
Durante el proceso de lavado, se realiza el lavado de chasis como se describió anteriormente.
_________________________________________________________________________
El tercer recorrido incluye el lavado de ruedas, en el cual se involucran los motores que mueven la máquina, durante el recorrido, los sensores detectan el espacio de la rueda, provocando que la máquina se detenga y salgan los pistones que tienen los cepillos que lavan la rueda, estos detectan las ruedas por medio de transductores de fuerza y los motores que giran dichos cepillos comienzan a girar, después de un tiempo estos invierten el giro y se retraen hasta detectar la rueda trasera y repetir la operación.
En el cuarto recorrido, los ventiladores bajan, una vez que detecta el automóvil comienza a delinearlo, esto lo hace por medio de sensores inductivos, haciendo el mismo recorrido sentido contrario.
Fig. 2.1 Diagrama de bloques del sistema
POSICIONAMIENTO SELECCIÓN DEL
PROGRAMA (PLC)
PRELAVADO LAVADO DE
CARROCERÍA LAVADO DE
RUEDAS
LAVADO DE BAJOS
APLICACIÓN DE CERA FRÍA
SECADO
2.3 Diagnóstico del sistema actual
Para realizar el diagnóstico del sistema utilizamos la herramienta de trabajo llamada FORD la que nos proporciona mayor análisis a nuestro sistema, para poder encontrar las partes esenciales de la investigación.
F
ortalezas.-• Tecnología actualizada.
o Los fabricantes de estos sistemas integran lo último en tecnología en los centros de lavado.
• Los componentes utilizados en el sistema tienen una vida útil muy larga y de fácil mantenimiento.
o En los autolavados establecidos, el encargado de la máquina es el que le da mantenimiento ya que no necesitan muchos conocimientos para hacerlo. sólo en caso de tener fallas mayores, llaman a un especialista.
• Ahorro de suministros químicos.
o Gracias a que se utilizan productos concentrados, se requiere una mínima cantidad a un menor costo en el caso de productos de limpieza.
• Detección rápida de fallas y errores.
o El sistema indica donde se localiza la falla.
• Control independiente de cada parte del proceso.
o Cada función se puede realizar de forma manual e individual, es decir, no depende de un programa prediseñado.
• Mayores horas de trabajo continuas.
o Estos sistemas están diseñados para realizar una tarea en repetidas ocasiones sin parar.
O
portunidades.-• Mejoramiento del proceso.
o Disminución en tiempo de lavado, mayor rango de alcance de los censores.
• Mayor calidad.
o Un mejor secado, mejoramiento en el cepillado del automóvil.
• Implementación de nuevos productos.
o Utilización de otros productos para la limpieza y cuidado del automóvil.
_________________________________________________________________________
R
estricciones.-• Número limitado de programas.
o Dependiendo del equipo de la máquina es el número de programas que tiene.
• Número limitado de unidades por hora.
o El tiempo del proceso no varia, sin importar el tamaño del automóvil.
• Número limitado de sub-procesos.
o Estos están limitados por la programación del PLC ya que estos no son programados en México y la programación no puede ser modificada por el operador.
D
ebilidades.-• Lavado unidad por unidad.
o Esta máquina sólo puede lavar un automóvil a la vez ya que no cuenta con un proceso en serie.
• El proceso de secado es parcial.
o El proceso de secado sólo quita los excesos y no lo seca completamente.
• Contenedores de suministros limitados por el tamaño de la máquina y sus componentes.
o La capacidad de los contenedores puede ser mayor, prolongando el numero de servicios.
• Sólo se debe usar agua desmineralizada.
o Esto es porque el equipo se daña por el efecto de calcificación.
• Consumo excesivo de corriente eléctrica.
o Esto es debido al número de motores que utiliza la máquina.
• Desperdicio de agua.
o Estos sistemas, a pesar de contar con recicladora tiene un gasto excesivo de agua, ya que no toda el agua es reutilizable.
• Baja calidad en el lavado a detalle.
o La calidad de lavado es baja ya que existen zonas a las que la máquina difícilmente llega.
• Valor comercial
o El precio de la máquina se eleva debido a que tiene que ser importada, esto es porque este tipo de tecnología no se desarrolla en México.
2.4 Obtención de las problemáticas 1. Lavado unidad por unidad.
2. El proceso de secado es parcial.
3. Contenedores de suministros limitados por el tamaño de la máquina y sus componentes.
4. sólo se debe usar agua desmineralizada.
5. Consumo excesivo de corriente eléctrica 6. Desperdicio de agua.
7. Baja calidad en el lavado a detalle.
8. Valor comercial.
2.5 Establecimiento de criterios ponderantes para la selección de la problemática
A continuación se describe cada criterio y el valor de ponderación que se le da a cada uno de ellos además de clasificar las problemáticas encontradas (ver tabla 2.1).
• Diseño.- Éste es debido a las modificaciones y mejoras que el sistema requiere.
• Costo.- Se toma en cuenta los precios de los componentes de la máquina.
• Ambiental.- Es un criterio que no se puede dejar a un lado ya que el impacto ecológico que produce el sistema es de suma importancia.
• Calidad.- Es un aspecto que debe ser tomado en cuenta ya que cualquier proceso puede ser mejorado.
• Conocimiento.- Éste es tomado en cuenta por las diferentes áreas de ingeniería que envuelven al proyecto y no corresponden a la ingeniería robótica.
Criterio Valor de
ponderación (%) Problema
Diseño 15 1,3
Costo 40 5,6,8
Ambiental 10 5,6
Calidad 30 2,7
Conocimiento 5 4
Total 100%
Tabla 2.1 Tabla de criterios para selección de problemática
_________________________________________________________________________
2.6 Selección de la problemática
En México no se desarrollan este tipo de sistemas a pesar de que existe la tecnología para hacerlo, por esta razón, estos sistemas son importados a un costo elevado. Los procesos de estos sistemas pueden ser mejorados como es el caso del secado ya que este sólo quita el exceso de agua y no lo seca por completo
2.7 Alternativas de solución
1) Cepillo rotativo de material absorbente
a) Se puede implementar un cepillo de material absorbente que gire a una velocidad baja y que pase sobre el automóvil para absorber el exceso de agua.
2) Ventiladores auxiliares de secado
a) Aumentar el número de ventiladores en la parte lateral de la máquina para secar la parte lateral del automóvil.
3) Ventiladores de cabeza rotativa con direccionamiento del aire
a) Mover los ventiladores de tal forma que el aire llegue a las zonas en las cuales se acumula el agua.
4) Secado con aire caliente
a) Utilizando ventiladores de aire caliente, la temperatura dependerá de la pintura, es decir, que el aire caliente deberá tener una cierta temperatura para no dañar la pintura.
5) Utilización de equipo nacional
a) Adquirir dispositivos eléctricos y electromecánicos de marcas no comerciales pero que cumplan con las normas de calidad necesarias para no disminuir la vida útil de la máquina.
6) Sistema hidroneumático
a) Este sistema funciona por medio de agua y aire a presión lo que disminuye el consumo de agua y mejora la calidad de lavado.
2.8 Establecimiento de criterios ponderantes para la selección de solución
• Costo.- Se establece este punto ya que se quiere atacar el precio del sistema.
• Calidad.- Es importante ya que como consecuencia de mejorar el proceso se mejora la calidad de la máquina.
• Diseño.- Consiste en hacer mejoras en la estructura para un funcionamiento optimo de la máquina.
• Ingeniería.- Utilización de nuevas tecnologías.
Criterio Valor de ponderación
(%)
Problema
Costo 30 5, 6
Ingeniería 10 2,3
Calidad 20 4, 6
Diseño 40 1, 2, 3, 4, 6
Total 100%
Tabla 2.2 Tabla de criterios para la selección de solución
2.9 Selección de la solución
La solución que arroja la ponderación de los criterios enfocados a las alternativas de solución, propone diseñar un sistema con componentes comerciales especialmente de suministro nacional, de esta forma se reducirán los costos de fabricación. En cuestión de calidad se pretende optimizar el sistema de secado por medio de turbo ventiladores con cabeza rotativa y direccionamiento de aire, con los cuales el aire llegara a las zonas en las que se acumula el exceso de agua.
Para mejorar el lavado del automóvil se implementara un sistema hidroneumático, con el cual se minimiza el consumo de agua con aire a una mayor presión, integrando esta parte de la solución directamente en un impacto ambiental.
Este final
3 3 3
capítulo pr
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mecánico e control e ingeniería
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DISEÑO DEL NUEVO SISTEMA
La máquina de autolavado automática es un sistema compacto de lavado de automóviles diseñada para proveer de forma automática un servicio de calidad para todas las unidades de pasajeros de hasta dos metros de altura por un metro noventa centímetros de ancho, como pueden ser autos compactos, sub-compactos, vagonetas y camionetas, ofreciendo un excelente lavado a este segmento del mercado que cabe señalar esta en crecimiento.
Este sistema esta diseñado para ser amigable y sencillo al operador combinando además ahorro en suministros lo que lo hace un sistema rentable. Los sistemas eléctrico y mecánico han sido simplificados con la intención de reducir tiempos muertos y disminuir los costos de operación para el dueño de la máquina.
Los elementos que conforman la máquina están disponibles actualmente en el mercado lo que proporciona flexibilidad al sistema y grandes oportunidades para el dueño del equipo.
El sistema consta de 2 cepillos verticales, un cepillo horizontal y dos cepillos lava ruedas.
Los cepillos verticales tendrán una inclinación por medio de un pistón de doble efecto, de esta forma podrán tener distintas inclinaciones para lavar el automóvil en su totalidad. El cepillo horizontal bajara y subirá por medio de un pistón. Los cepillos lava ruedas tendrán dos sentidos de giro para así garantizar la optima limpieza de las ruedas. El sistema de secado será por medio de dos ventiladores los cuales tienen un movimiento lineal con direccionamiento de aire, lo que permite una mejor remoción del agua.
Éste sistema comienza prelavando el automóvil con espuma activa. En el segundo recorrido los rodillos verticales y el rodillo horizontal trabajan al mismo tiempo para reducir tiempos en el lavado, así mismo los cepillos lava ruedas actúan durante éste segundo recorrido. El último recorrido es el secado, el cual acerca los ventiladores al automóvil y se mueven a lo largo de este para remover el agua.
El diseño propuesto incluye un mejor secado y reducción en los tiempos de lavado, proporciona un lavado más satisfactorio para los clientes.
Diseño basado en la configuración tipo puente, constituido por solo un solo arco, lavado a presión, lava carrocería y secado por medio de copiado para automóviles con dimensiones de hasta 2.00 metros de alto por 1.90 metros de ancho. Tiene como características:
• Dimensiones reducidas. Lo que permite su instalación en espacios limitados.
• Flexibilidad en la programación. Lo que permite al operador personalizar el ciclo de lavado para maximizar la satisfacción del cliente.
• Cepillos con capacidad de inclinarse y detenerse con la finalidad de darle una mejor calidad de lavado en zonas difíciles.
• Para el cuidado de la pintura del automóvil, aspecto que es muy importante para el cliente, las cerdas de los cepillos son hechas de polietileno que por sus propiedades garantiza un gran lavado sin causar daño a la pintura del automóvil.
• El sistema de secado con dos ventiladores de alta velocidad y un mecanismo de posicionamiento para lograr un gran secado.
• El puente completamente galvanizado en caliente y acabados en pintura anticorrosiva para maximizar la resistencia a la oxidación y vista en acero inoxidable. Rieles estándar galvanizados en caliente.
Equipo eléctrico. Componentes de alta calidad de las mejores firmas disponibles en México, perfectamente adaptados a la normas de seguridad.
Equipo hidroneumático. Compuesto con bombas dosificadoras, dispositivo para espuma activa y la posibilidad de instalar y emplear agua reciclada.
Software. Por características de tamaño reducido, menor costo hablando de mano de obra y mantenimiento económico, un PLC es la mejor opción en cuestión de software para este tipo de procesos.
Además hay que considerar el tiempo reducido al momento de realizar modificaciones ya que los programas cambian dependiendo de las necesidades del cliente y esto no añade costos extras a otros componentes.
3.1 Diseño mecánico
3.1.1 Cálculo de la estructura
Las estructuras sometidas a cargas pueden fallar de diversas maneras, dependiendo del tipo de estructura, las condiciones de los soportes, los tipos de cargas y los materiales usados.
Estos tipos de falla pueden prevenirse diseñando las estructuras de modo que los esfuerzos máximos y los desplazamientos máximos permanezcan dentro de los límites tolerables; por lo tanto la resistencia y la rigidez son factores importantes en el diseño.
3.1.1.1 Análisis de las columnas que se utilizará en el auto lavado tipo puente:
1.- Factor de fijación: (Metal Association) (Gen, 2002) Empotrado y libre; por lo tanto K=2
2.- Longitud efectiva:
KL Le =
2(2.854 ) 5.708
Le= m = m
3.- Radio de giro:
Área = A = AL+2Ab= {(0.45m) (2.854m)+2(0.5m) (0.45m)}=1.7343 m2 Momento de inércia = I =
3 3
(0.5 )(0.45 )
12 12
bh = m m
=3.796e-3 m4 Por lo tanto el radio de giro es:
3 4
2
3.796
0.04678 1.7343
I e m
r m
A m
= = − =
4.- Constante de columna:
E = 72GPa Sy = 2.59MPa
( )
2 2 2 72
2 740.76
2.59 E GPa
Cc Sy MPa
π π
= = =
5.- Razón de esbeltez:
5.708
122.01 0.04678
Le m
Sr m
r m
= = =
Sr
( )
6.- Se realiza la comparación entre Sr y Cc para determinar de que tipo es la columna:
Sí < Cc, la columna es corta.
Por lo tanto la carga crítica de pandeo es:
( ) ( ) ( ( )( ) )
2 2
2
2 2
2.59 122.01
1 1.7343 2.59 1
4 4 72
4491.836014
Sy Sr MPa m
Pcr ASy m MPa
E GPa
Pcr KN
π π
⎡ ⎤ ⎡ ⎤
= ⎢ − ⎥= ⎢ − ⎥
⎢ ⎥ ⎢ ⎥
⎣ ⎦ ⎣ ⎦
=
N
7.- Factor de diseño:
Para una columna con estas características se determino que el factor de diseño será:
= 3
8.- La carga permisible para la columna será:
4491836.014
1497.278 3
Pcr KN
Pa KN
= N = =
3.1.2 Selección de materiales
Para seleccionar un equipo o material a utilizar en la industria hay que tomar ciertas consideraciones como es el precio, la vida útil del producto y claro lo más importante que satisfaga la necesidad primaria de su función.
3.1.2.1 Selección del material para la estructura
Por los cálculos arrojados anteriormente en el cálculo de vigas, se elige utilizar un material ligero, delgado y económico. Todas estas características las podemos encontrar en la lámina galvanizada que es el material a usar para su elaboración. La estructura del puente que va a estar fabricada de lámina galvanizada que por su constante contacto con el agua necesita un recubrimiento de pintura anticorrosiva ya que ayuda a ampliar la vida útil del producto.
Se ha seleccionado una lámina galvanizada y pre-pintada calibre 22 ya que es la que cumple con las necesidades de la estructura. A continuación se ponen las características de ésta.
Lámina galvanizada y pre-pintada
Característica Especificación
Estándar ASTM A653 SS Grado 50 B
Límite Elástico Mínimo 50 KSI*
Esfuerzo Ultimo de Tensión
Mínimo 60 KSI*
Capa G90
Espesores Mínimos
Cal. 22 Cal. 24 Cal. 26
0.0289 0.0239 0.0205 Espesores basados en material galvanizado G90 con esp. aprox. de
0.0015 y 0.0015 de película SP or KXL (incluyendo backer).
Ancho + 1/ 8 / - 0 pulgadas. * No variaciones de ancho en puntas y colas. El Ancho Estándar es 42.75 pulgadas
Bordes Rebabas mayores a 1/ 32 de pulgada no son aceptables
Acabado No son aceptables el desprendimiento, zonas sin pintar, blanqueo, puntos negros, pintura quemada, líneas.
Tabla 3.1 Características de lámina galvanizada
NOTAS
El espesor máximo aceptable es obtenido sumando 0.001 pulgada al espesor teórico mostrado abajo.
Calibre 22 24 26
Espesor Teórico 0.0304 0.0251 0.0215
Tabla 3.2 Espesor teórico para diferentes calibres de láminas
3.1.2.2 Transmisión por cable de acero del rodillo horizontal
Las transmisiones por cables de aceros son muy comunes en procesos o trabajos de elevación o de tracción. Los cables de hilos o alambres de aceros se caracterizan por su elasticidad y seguridad. Existen dos clases de cables y distintas clasificaciones como son:
• Cables de labor o movimiento.
• Cables firmes o fijos.
Para fines del proyecto utilizaremos los cables de labor o movimiento ya son muy utilizados en ascensores, grúas y montacargas.
Se ha seleccionado un cable de acero A 6,5 X 130 DIN 655 por las características del proyecto ya que el cable no cargara más de 50 Kg., En la tabla X.X se muestra las características.
Estructura del cable
Número de
Diámetro nominal cable (±
5%)
Diámetro del hilo
o alambre
Sección metálica del alambre
Peso lineal (±5%)
Carga teórica de rotura del cable (Kg.) suponiendo una resistencia (Kg./mm²)
de cada alambre de:
Cordones Hilos
de cada cordón
Hilos total
6 X 19 = 114 hilos +
1 alma de fibra A
6 19 114
Mm Mm. mm² k/m 130 160 180 6.5 0.4 14.3 0.135 1860 2300 2550
8 0.5 22.4 0.21 2900 3600 4050 9.5 0.6 32.4 0.3 4200 5150 5800 12.5 0.8 57.3 0.54 7450 9150 10300 16 1 89.5 0.85 11650 14300 16100 19 1.2 128.9 1.22 16750 20600 23200 22 1.4 175.5 1.66 22800 28050 31600
Tabla 3.3 Características de cable de acero
En el anexo A se presentan las vistas y planos mecánicos del autolavado
3.2 Diseño de control
3.2.1 Hardware
El sistema Hardware de la máquina esta compuesta de cuatro sistemas. El sistema eléctrico, electrónico, neumático, e hidráulico
3.2.1.1 Sistema Eléctrico Motores
La máquina de autolavado automática tiene un total de siete motores y esta diseñada para trabajar con potencia trifásica, los motores trifásicos trabajan a 200/230 volts a 60 Hz. A continuación se enlista una breve descripción de los motores que son utilizados en la máquina de autolavado automático.
• Motor M1: Motor de cepillo horizontal. Motor de 1 HP de potencia montado en el extremo derecho del cepillo horizontal a través de un reductor de velocidad que entrega una velocidad angular de aproximadamente 115 RPM.
• Motor M2: Motor de cepillo vertical izquierdo. Motor de 1 HP de potencia montado en la parte superior del cepillo vertical izquierdo el cual funciona de manera combinada con un reductor de velocidad de ángulo recto que entrega una velocidad angular de aproximadamente 115 RPM.
• Motor M3: Motor de cepillo vertical derecho. Motor de 1 HP de potencia montado en la parte superior del cepillo vertical derecho el cual funciona de manera combinada con un reductor de velocidad de ángulo recto que entrega una velocidad angular de aproximadamente 115 RPM.
• Motor M4: Motor de lava-ruedas izquierdo. Motor de 1 HP de potencia combinado con un reductor de velocidad, es utilizado para el funcionamiento en ambos sentidos del lava-ruedas izquierdo a una velocidad aproximadamente de 115 RPM.
• Motor M5: Motor de lava-ruedas derecho. Motor de 1 HP de potencia combinado con un reductor de velocidad, es utilizado para el funcionamiento en ambos sentidos del lava-ruedas derecho a una velocidad aproximadamente de 115 RPM.
• Motor M6: Motor para transmisión de rueda izquierda. Motor de ½ HP conectado por medio de un reductor de velocidad a la transmisión de la rueda izquierda de remolque.
• Motor M7: Motor para transmisión de rueda derecha. Motor de ½ HP conectado por medio de un reductor de velocidad a la transmisión de la rueda derecha de remolque.
Información general de los motores
1. Los motores M1 al M5 son motores de 1 HP idénticos, los motores M6 y M7 son motores de ½ HP.
2. Los motores de la máquina no están conectados de la misma manera, es por eso que cuando necesitan ser removidos o remplazados por servicio hay que identificar la conexiones antes de desconectar el motor original.
3. Se recomienda que en caso de tener que sustituir uno de los motores, sea con otro de la misma marca, en caso de tener que reemplazar con otra marca debe ser asegurarse que las especificaciones sean las mismas.
Protección de sobrecarga
Cada uno de los siete motores de la máquina están protegidos contra sobrecarga por un interruptor de seguridad el cual esta localizado en el panel de alto voltaje. Ese protector sensa la corriente en cada motor, si esta sobrepasa el rango considerado como normal se activa deshabilitando la línea de alimentación común, para todos los motores se usara 3 x 30A.
De acuerdo con el reglamento de obras e instalaciones utilizamos elementos fusibles de 15A y para garantizar la seguridad del personal y protección de nuestro equipo deben ser usados interruptores termos magnéticos de 15A.
En el anexo B se presenta el diagrama de conexión de los motores 3.2.1.2 Sistema neumático
El sistema trabajara a una presión máxima de 10 bar y una presión mínima de 7 bar. El aire pasa por una unidad de acondicionamiento, la cual filtra el aire, regulara la presión y lubrica el aire, después de la unidad de tratamiento el aire comprimido llega una válvula lock out, después de la válvula lock out llega a un modulo de bifurcación, del cual saldrán las líneas de alimentación.
Actuadores
• Actuador A01: Actuador lineal el cual moverá una masa de 10 Kg. correspondiente al cepillo con motor lava ruedas derecho.
• Actuador A02: Actuador lineal el cual moverá una masa de 10 Kg. correspondiente al cepillo con motor lava-ruedas izquierdo.
• Actuado A03: Actuador de doble efecto el cual moverá una masa de 60 Kg.
correspondiente a la suma de las masas de los cepillos verticales.
• Actuador A04: Actuador de doble efecto el cual moverá una masa de 15 Kg.
correspondiente a la masa del cepillo horizontal.
• Actuador A05: Actuador de doble efecto el cual moverá una masa de 50 Kg.
correspondiente a la suma de las masas de los ventiladores.
Reguladores de presión de precisión
• El sistema neumático utiliza 6 reguladores de presión de precisión, los cuales se encargan de disminuir la presión que llega al cilindro, estos están posicionados después de las válvulas y antes del regulador de flujo.
• Los reguladores de los cilindros A01 y A02 trabajarán a una presión máxima de 2.0 bar.
• El regulador del cilindro A03 trabajará a una presión máxima de 1.5 bar. Una presión excesiva puede causar que los cepillos verticales choquen con fuerza el automóvil dañándolo.
• Los reguladores para el cilindro A04 regulan la presión del pistón que controla el cepillo horizontal. La válvula de este estará normalmente abierta para mantener el cepillo en la parte elevada hasta que la señal que reciba cambie.
• El regulador para el cilindro A05 controla la presión del cilindro que sujeta los ventiladores. Este trabajara a una presión máxima de 1 bar y trabajara a una velocidad muy baja abriéndose y cerrándose de cuerdo a las señales que reciba, ya que este escaneara la forma del automóvil para direccional el aire de los ventiladores.
