UNIVERSIDAD PANAMERICANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

“APLICACIÓN DE LA INGENIERÍA MECÁNICA ELECTRICA EN

PROCESOS Y CONTROL AMBIENTAL DENTRO DE PLANTA”

INFORME

SOBRE LA DEMOSTRACIÓN DE EXPERIENCIA PROFESIONAL

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

LICENCIADO EN INGENIERÍA MECÁNICA

P R E S E N T A

Hugo Fernando Andrés Gutiérrez González

ASESOR DE INFORME:

Ing. Mariana Villanueva Walbey

Ciudad de México enero 2018

Con estudios incorporados a la

Secretaría de Educación Pública

2

Contenido Introducción. ........................................................................................................................................ 3 1. Caso de automatización de línea de montaje calzados TEO/O. ..................................... 4

1.1 Antecedentes de la empresa. ................................................................................................ 4

1.2 Estructura organizacional. ................................................................................................... 4

1.3 Descripción del puesto de trabajo ..................................................................................... 4

1.4 Descripción del proyecto. .................................................................................................... 5

1.5 Actividad profesional desempeñada. ............................................................................... 5

1.6 Descripción de logros y fallos. ........................................................................................... 7

1.6.1. Logros. .................................................................................................................................... 7

1.6.2. Fallos .................................................................................................................................. 7

1.7 Objetivos alcanzados ............................................................................................................ 8

2. Caso VELLUM. Diseño de sistema de extracción y filtración de polvo. ....................... 9 (Proyecto XEROX No 1) ..................................................................................................................... 9

2.1 Antecedentes del caso ............................................................................................................ 9

2.2 Estructura organizacional. ................................................................................................... 9

2.3 Descripción del puesto de trabajo ................................................................................... 10

2.4 Descripción del proyecto. .................................................................................................. 11

2.5 Actividad profesional desempeñada. ............................................................................. 11

2.6 Descripción de logros y fallos. ......................................................................................... 14

2.7 Objetivos alcanzados .......................................................................................................... 15

3. Caso VELLUM diseño de cabina Shotblasting CO₂ ......................................................... 16 (Proyecto XEROX No 2) ................................................................................................................... 16

3.1 Antecedentes ........................................................................................................................... 16

3.2 Estructura organizacional. ................................................................................................. 18

3.3 Descripción del puesto de trabajo ..................................................................................... 18

3.3 Descripción del proyecto. .................................................................................................. 18

3.4 Actividad profesional desempeñada. ................................................................................ 19

3.6 Descripción de logros y fallos. ...................................................................................... 21

3.7 Objetivos alcanzados .......................................................................................................... 22

Conclusiones y bibliografia ............................................................................................................ 23 Anexos…………………………………………………………………………………………………25

3

Introducción.

En el presente informe se describen tres de las experiencias de mi trayectoria laboral, en las

cuales se puso en práctica los conocimientos adquiridos en la carrera de ingeniería

electromecánica de la Escuela de Ingeniería de la Universidad Panamericana, así también los

consejos de profesores y compañeros que me ayudaron a lograr un desarrollo profesional

satisfactorio.

Este documento se describen los detalles de los proyectos que reflejan la aplicación de los

conocimientos, retos, logros y fallas por los cuales he pasado.

El proyecto para iniciar este informe es mi primera experiencia profesional; una fábrica de

calzado llamada Calzados TEO/O, es una fábrica de zapatos tanto para dama como niño,

localizada en el centro de la Ciudad de México, la cual, se encontraba en un proceso de

modernización pasando de ser una fábrica 100% artesanal a tener un proceso automatizado

en las principales fases del proceso de producción. Mi participación fue en diversos proyectos

siendo los principales la automatización de la línea de producción, así como la línea de

montaje. En esta parte de mi experiencia laboral empecé a tener contacto con ciertos

conceptos que a futuro serían parte fundamental mi vida profesional, como son: liderazgo,

trabajo en equipo y un concepto que a finales de los 80´s no era conocido “globalización”, y lo

explico así: Un sindicato de trabadores en México, maquinas importadas de Italia (técnicos

italianos), un gerente de producción brasileño y yo chileno.

Para el segundo y tercer proyecto, ya finalizada la carrera, a mediados de 1994 me incorporé

a Vellum S. A. de C. V., empresa dedicada al control ambiental dentro de planta, es decir,

reducción de las emisiones de polvo, humo o neblina en los procesos de manufactura. En esta

empresa los proyectos más significativos en los cuales participé fueron: shot blast (limpieza a

presión con CO2) y un diseño de un sistema de extracción y filtración de polvo, ambos para

XEROX MEXICANA.

Cada proyecto es desarrollado de forma ordenada mostrando a detalles los logros y fallos que

en mi vida profesional pude disfrutar.

Cabe mencionar que los proyectos mencionados no son los únicos que he desarrollado en mi

vida profesional, es decir, muestro algo de lo más satisfactorio como ingeniero.

4

1. Caso de automatización de línea de montaje calzados TEO/O.

1.1 Antecedentes de la empresa.

Calzados TEO/O empresa mexicana, fabricante de calzado en piel (cuero). Cuenta con dos

líneas de producción principalmente: Calzado para dama y Calzado para niño.

La empresa fabricaba un promedio de 4,000 pares mensuales, los cuales, el 80% era calzado

para dama y el resto calzado para niño. Contaba con un promedio de 50 empleados, llegando

en temporada alta a 100 personas. El proceso era 100% artesanal, siendo los principales

procesos: 1.- corte, 2.- maquinado, 3.- montado, 4.- pegado (ensuelado), 5.- Acabado, 6.-

Adornado y encajado del producto. Sus principales clientes eran tiendas departamentales y

boutiques en algunas ciudades de la República. La producción se regía de acuerdo a las

colecciones que se presentaban cada año de acuerdo a las temporadas (otoño, invierno,

primavera, verano), y obviamente al éxito de las mismas, no solo en cuanto a ventas iniciales

sino a resurtidos (Pedidos a partir de la 1ª entrega), en temporada alta (ej. Octubre Noviembre)

adicionalmente a la contratación de más personal (obrero principalmente) se llegaba a

acuerdos con terceros para ciertos procesos de fabricación de un modelo de calzado en

particular, es por esto, que se tomó la decisión de automatizar el proceso y evitar la alta

dependencia de la mano de obra en el mismo. Es importante mencionar que el proceso de

fabricación ya sea calzado de dama o niño es similar hasta el proceso No. 2, dado esto, los

procesos que principalmente se daban a terceros eran el No. 3 y el No. 6 y es aquí donde

obviamente se presentaban los problemas clásicos de calidad y uniformidad en los mismos.

No existía, por ejemplo, en aquel momento, criterios unificados para la utilización de ciertos

productos químicos o colorantes para el proceso No. 6. Esto repercutía claramente en la

calidad del producto terminado.

1.2 Estructura organizacional.

La estructura organizacional de calzados Teo/o se muestra en el diagrama 1. Que consiste en

una base piramidal tradicional. Mi posición en esta organización era en el departamento de

producción.

1.3 Descripción del puesto de trabajo.

El área de proyectos fue creada para apoyar a la gerencia de producción en la implementación

de mejoras, etc. de los procesos de producción.

5

Las principales funciones eran Análisis de procesos, investigación de los diferentes procesos

productivos de calzado tanto en México como el extranjero, propuesta de mejoras de los

mismos, visita a plantas, fabricantes de diferentes tipos de maquinaria para calzado,

Proveedores, etc. generación de propuestas para elevar la producción de calzado.

Diagrama 1. Organigrama calzados TEO/O.

1.4 Descripción del proyecto.

El proyecto se denominó Modernización de Calzados TEO/O, el cual consistía en lograr pasar

de una producción de 4,000 pares de zapatos/mes a 6,000 pares/mes en 6 meses, para que

en un año se estuvieran produciendo 8,000 pares/mes, y de esta manera cubrir la demanda

de los principales clientes.

1.5 Actividad profesional desempeñada.

El proyecto fue dividido en fases, siendo la primera fase el análisis de lo aprendido en las

visitas, con las mejoras propuestas por el equipo de producción. En este punto el equipo de

producción, además de contar con el gerente de producción, se contrató a un experto

extranjero (brasileño) quien sería el encargado de liderar el proyecto; más un grupo de 3

personas que lo asistirían, se destinaron dos semanas para definir como se abordaría el

proyecto, para lo cual se realizó:

❖ Análisis de tiempos y movimientos de la producción

6

❖ Revisión de contratos del personal

❖ Evaluación del lay-out actual.

❖ Propuesta de un nuevo lay-out.

❖ Modificación de los accesos para el ingreso de maquinaría nueva.

❖ Evaluación de la instalación eléctrica.

En esta fase, mi aportación fue proporcionar los datos obtenidos en las diferentes plantas

visitadas (producción, indicadores, lay-outs, etc.) y la estimación del monto de inversión

requerido para lograr la producción deseada.

La fase 2 del proyecto, fue la definición del lay-out ideal para el crecimiento, en este punto lo

importante a destacar es que la empresa contaba con un área de 400 m2, dividida en dos

secciones, las cuales complicaba el flujo del proceso y provocaba pérdidas de material y otros.

Una vez definido el lay-out, se tomó una decisión importante: era necesario trasladar la planta

a un sitio diferente. Mi rol en esta fase consistió en localizar una planta que cumpla con los

requisitos solicitados por el proyecto en el menor tiempo posible, cumpliendo con los criterios

que utiliza una pequeña empresa (lo más rápido, lo más económico pero que sea lo mejor).

En ese momento la planta se encontraba ubicada en la calle de Brasil en el centro de la ciudad

de México, que además se caracterizaba por tener muchas fábricas de calzado alrededor, así

como la gran mayoría de los proveedores. Se logró encontrar una planta que recién

desocupaba una empresa denominada FORTEC, ubicada en Iztapalapa, la planta consistía

en un área libre de más de 700 M2, más estacionamientos, bodegas y áreas administrativas.

Una vez definidas las nuevas instalaciones se procedió a trabajar en la implementación de la

nueva línea de producción.

La fase 3 fue la adquisición, instalación e implementación de la nueva maquinaria, así como

del nuevo proceso. Esto consistió en una línea de producción (bandas transportadoras),

montadoras automáticas, hornos de secado, inyectoras, etc. así como el diseño de

alimentación eléctrica como neumática. Uno de los mayores dolores de cabeza tradicionales

en la fabricación artesanal de calzado en México es la alimentación eléctrica como neumática,

ya que es común ver arreglos eléctricos que no cumplen con ninguna norma de seguridad, así

como compresores armados conocidos como “hechizos”1. El rol que tuve en esta fase fue el

1 Palabra coloquial utilizada en México para describir algo mal hecho.

7

apoyar en el diseño de red eléctrica como neumática de la nueva instalación. Una vez realizado

esto, se siguió con el montaje de la nueva línea de producción, la cual duró aproximadamente

dos o tres meses. Una vez instalada se procedió a trasladar por partes los diferentes procesos

en la elaboración de calzado. El proceso desde su inicio al traslado final de la producción a la

nueva planta fue de 6 meses, una vez concluido, se inició el proceso de capacitación del

personal con el nuevo proceso de fabricación, así como el monitoreo de los indicadores clave,

a este proceso le llamamos marcha blanca2, la cual duró aproximadamente un mes. A partir

de esa fecha se contabilizaron los 6 meses para elevar la producción un 50% y terminar en un

plazo de 12 meses con un incremento en la producción del 100%

1.6 Descripción de logros y fallos.

1.6.1. Logros.

Aun cuando el objetivo era duplicar la producción en un tiempo establecido, se obtuvieron

logros y mejoras que no estaban escritos en los planes y considero importante mencionar:

❖ Prácticamente no hubo paros por falta de suministro de aire para las maquinas

neumáticas (línea de compresores funciono mejor de lo esperado).

❖ Control de inventario tanto de producto terminado como de insumos a niveles no

vistos.

❖ Reducción de pérdidas de materiales en proceso.

❖ Modificación de planes de producción sin alterar lay-out.

❖ Estandarización de maquinaria lo que permitió tener un plan de mantenimiento

preventivo sin problema.

1.6.2. Fallos.

(Creo que se necesitarán muchas hojas para escribir las fallas que tuvimos en este proyecto;

por tanto, solo se indicarán las más importantes):

❖ La distancia entre la teoría y la práctica. Me guie en demasía con lo descrito en manuales sin considerar la experiencia de personas.

❖ Falta de comunicación. No consideramos aspectos como cambios en los diseños en los calzados, que impactan en la producción, consideramos como si solo fuera un tipo de modelo calzado.

2 Marcha blanca consiste en la ejecución y ajustes del proceso planeado.

8

❖ El factor humano en la toma de decisiones. Perdimos mucho tiempo por falta de toma de decisiones.

❖ Error en cálculo del calibre del cableado principal (sobredimensionado). Hubo sobrecosto por este ítem.

❖ Error en diseño de la banda al no prever cambios en la producción (tiempos), se corrigió con un variador de velocidad, esto en asesoría con un profesor de la Escuela de Ingeniería de la Universidad Panamericana.

1.7 Objetivos alcanzados.

❖ Contribución en la modernización de una industria tradicionalmente artesanal.

❖ Rediseño de una línea y proceso de producción.

❖ Lograr entendimiento real del funcionamiento de las redes eléctricas, así como

neumáticas para una planta de tamaño medio.

❖ Aplicación de los conocimientos adquiridos no solo en las ramas eléctricas y

neumáticas, sino también de producción como de evaluación económica.

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2. Caso VELLUM. Diseño de sistema de extracción y filtración de

polvo. (Proyecto XEROX No 1).

2.1 Antecedentes del caso.

La compañía Xerox, por aquellos años el mayor fabricante de copiadoras en el mundo había

encontrado un importante nicho de negocio, en el reciclado de los cartuchos de tóner.

El negocio consistía en recuperar los cartuchos usados, en planta, desarmar algunos de sus

componentes, vaciar el tóner residual, limpiarlos perfectamente y volver a ensamblarlos con

algunos componentes menores nuevos.

El problema que se presentaba era cuando se tenían que limpiar y vaciar los cartuchos.

Cuando esto se realiza se genera una nube de polvo que contiene tóner. El tóner es un polvo

sub-micrónico (0.1 micras), difícil de filtrar, altamente explosivo y muy dañino para la salud.

El proceso que se existía en ese momento para llevar a cabo la operación consistía en colocar

a una persona en el interior de un cuarto, con dos carritos, en uno le llevaban los cartuchos

sucios, y en otro colocaba los cartuchos una vez que los había limpiado. El proceso de limpieza

se realizaba inyectando aire comprimido al interior del cartucho, así como limpiando el exterior

con la misma presión del aire, con el fin de retirar todo rastro de polvo y suciedad.

Un sistema de extracción con filtros absorbía la nube de polvo generada y un sistema de

filtración separaba el polvo del aire extraído. El sistema de extracción no tenía la capacidad de

filtrar con una eficiencia mínima aceptable el polvo fino, razón por la cual, buena parte de este

salía disparado al exterior del ventilador, contaminado otras partes de la nave, provocando

además que este proceso deficiente que una parte de la nube se quedara en el interior del

cuarto de limpieza con el daño hacía los operadores ya que era el aire que respiraban.

Aunado a esto, el sistema no tenía ningún sistema de seguridad para un eventual caso de

explosión.

2.2 Estructura organizacional.

La estructura organizacional de Vellum se describe en el diagrama 2. Donde mi posición se

movía entre los departamentos indicados en el recuadro con líneas punteadas.

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Diagrama 2. Organigrama Vellum S. A. de C. V.

2.3 Descripción del puesto de trabajo.

❖ Recopilar toda la información técnico-comercial del contrato con el cliente

❖ Planificar y controlar el trabajo que se lleva a cabo.

❖ Canalizar toda la correspondencia con el cliente y hacer la distribución interna que

proceda.

❖ Promover la seguridad laboral en todas las instalaciones a su cargo.

❖ Identificar riesgos, evaluarlos y mitigarlos cuando no sea posible prevenirlos.

❖ Alcanzar los estándares de calidad requeridos.

❖ Controlar el progreso del proyecto en relación con lo dispuesto en el planning del

proyecto.

❖ Controlar los costos en función de los límites establecidos por el presupuesto.

❖ En caso de desviaciones imputables al cliente, documentar y gestionar la

correspondiente ampliación y modificación del pedido.

❖ Asegurarse que al final del pedido el suministro se ha hecho en su totalidad incluyendo

la documentación exigida (planos as-built, certificados de calidad, protocolos de

pruebas, etc.) de tal forma que no exista ningún impedimento para proceder a la

facturación final y cierre de la obra

11

❖ Resolver las cuestiones relativas al cliente.

❖ Motivar a los equipos para alcanzar una mayor productividad

2.4 Descripción del proyecto.

El proyecto se dividió en dos partes:

❖ Diseño y fabricación de un sistema de extracción y filtración.

Debía cumplir con dos criterios básicos:

❖ Máxima eficiencia en capacidad de filtrado para este tipo de polvo.

❖ Mecanismos de seguridad para el caso de una explosión.

❖ Diseño y fabricación de estaciones de trabajo ergonómicas que favoreciera la limpieza

de los cartuchos para los operadores de la planta.

2.5 Actividad profesional desempeñada.

La actividad profesional desempañada tuvo los siguientes alcances:

❖ Selección de los componentes del sistema, tales como colector de polvo, ventilador,

pistones, etc.

❖ Diseño de los bancos de trabajo.

❖ Diseño de la tuberías y balanceo de las mismas.

❖ Diseño del tablero de control.

Para el diseño y fabricación de un sistema de extracción y filtración consideramos utilizar un

colector de polvo, para la elección del colector se deben considerar varias variables, por lo

que había que responder las siguientes preguntas:

¿Cuál es el tamaño del polvo?

¿Es extremadamente pequeño?

¿Es acaso una mezcla de tamaños?

¿Es abrasivo?

¿Es higroscópico o absorbente de humedad?

¿Se aglomera fácilmente o no?

¿Es explosivo/combustible?

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¿Es corrosivo, tóxico o inestable?

Todas estas preguntas, relacionadas con el polvo, son necesarias, pero no son los únicos

factores a considerar. Es fundamental revisar las propiedades y condiciones de la corriente

de aire o gas que ingresa y pasa a través del colector, ya que son también factores en la

selección del colector de polvos, debíamos considerar:

❖ Temperatura

❖ Volumen del aire

❖ Velocidad de filtración AMR (Air to Media Ratio).

Dado lo anterior, se consideró utilizar un colector de polvo, con filtros ultra-web. Este tipo de

filtros ofrecía alta eficiencia (99.999% en partículas de 0.1 micrones), siempre y cuando la

velocidad a la que el aire atraviesa el filtro (AMR) no sea mayor a 1.5 ft/min.

Se estableció un caudal de 18,000 ft³/min (más adelante se explicará este punto 1) por lo que

para cumplir el requerimiento de radio de aire (AR) establecido se requería de una superficie

filtrante de 12,000 ft² (18,000/1.5)

Cada filtro ultra-web tiene un área filtrante de 254 ft², por lo que requeríamos de un colector

de polvo con al menos 47 filtros.

Sobre esta base se seleccionó un colector de polvos Torit Modelo DFT4-48 con 48 filtros tipo

Ultra-web equipado con unas ventilas a prueba de explosión.

Las ventilas a prueba de explosión tienen la función de canalizar la fuerza expansiva de una

explosión hacia un punto determinado del colector de polvo, evitando causar daños tanto a

personas como al equipo.

También se seleccionaron dos ventiladores centrífugos marca Donaldson, con aspas

inclinadas hacia atrás, para mayor eficiencia, cada uno equipado con un motor de 30hp y una

potencia de freno de 27 hp. La selección se hizo directamente de tablas. Los ventiladores

también se equiparon silenciadores de alta eficiencia.

Para la segunda parte se diseñaron dos bancos de trabajo (ver figura 1), cada uno con cuatro

estaciones. En la primera estación se retirarían las tapas del cartucho de tóner con

herramientas especiales, en la segunda estación se vaciaría el contenido del cartucho en un

embudo colocado sobre la superficie de trabajo y conectado a un depósito que recolectaría el

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tóner residual, en la tercera se inyectaría aire comprimido al interior del cartucho y en la cuarta

se limpiaría por la parte exterior, también con aire comprimido.

Cada estación de trabajo tendría una tapa de cristal con mangas acopladas al cristal, para que

el operador colocara sus manos en las mangas y pudiera realizar su operación lejos del

contacto con el polvo.

En los costados de cada estación se colocarían repisas para depositar los cartuchos, de forma

que el operador de cada estación pudiera tomar los cartuchos de las repisas en su lado

izquierdo, realizar su operación y depositar los cartuchos en la repisa del lado derecho, para

que el siguiente operador los tomara y realizara su operación.

Cada estación contaría con extracción frontal, para atrapar el polvo generado en su operación.

Las estaciones 1 y 2 contarían cada una con un caudal de extracción de 1800 ft³/min, mientas

que la estación 3 y 4 con un caudal de 3,000 ft³/min ya que en estas dos estaciones la cantidad

de polvo generada sería mucho mayor. Dado esto (1), se determina que cada banco tendría

un caudal de 9,000 ft³/min, resultando un caudal total de 18,000 ft³/min. Este dato se obtuvo

conociendo el área del plenum3 de las campanas y de tablas del Manual de ventilación.

La extracción se realizaría con campanas frontales, cada una con un plenum y con rendijas

para generar una velocidad de 2,000 ft/min en cada rendija, siguiendo las recomendaciones

del Industrial Ventilation Manual4.

Cada estación contaría con iluminación independiente a prueba de explosión.

Se diseñaron dos ramales de ductos, cada ramal atendía uno de los bancos, con cuatro

derivaciones para cuatro campanas, ya que como se explicó, cada banco tenía cuatro

estaciones.

La ductería se equipó con válvulas neumáticas que permitían abrir o cerrar el flujo de aire en

cada banco, ya que en ocasiones alguno de los bancos no se utilizaba, y de esta forma

podíamos dirigir todo el flujo a una sola de las estaciones, haciendo el flujo mucho más potente.

3 Es un espacio cerrado en donde existen aire u otros gases a bajas velocidades y presiones ligeramente superiores a la atmosférica. 4 ISBN:978-1-607260-57-8/ 2013

14

Se colocó un sistema de seguridad para evitar que por accidente se pudieran cerrar ambas

válvulas a la vez. El sistema de seguridad consistía en un Controlador Lógico Programable

que por sus siglas en ingles PLC (Programming Logical Controller) para control de válvulas.

Se diseñó un tablero de control para arrancar los motores en forma simultánea, con

arrancadores a tensión plena marca Siemens, un sistema de monitoreo para la caída de

presión en los filtros, una tarjeta electrónica para controlar los pulsos de aire comprimido que

servían para la auto-limpieza de los filtros, y controles para las válvulas mencionadas que se

colocaron en los ductos. También un pequeño PLC marca Logo de Siemens para evitar que

ambas compuertas pudieran cerrarse al mismo tiempo.

Figura 1. Diseño general de un sistema de extracción de polvos.

2.6 Descripción de logros y fallos.

Logros.

❖ El principal logro fue que el proyecto se replicó en la planta Xerox en Manos (Brasil).

❖ Diseño de una solución eficiente, segura y económica.

❖ Prueba de sistema de seguridad denominado explosión vent.

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❖ Dominio de tecnología PLC (programación).

❖ Control de proyecto basado en ABC costing5. El sobrecosto del mismo fue mínimo

(menor a 10%) y las adecuaciones y mejoras fueron mínimas.

Fallos.

Los fallos principales se tuvieron en partes que desde su diseño no pensamos en que fallarían:

❖ En las estaciones de trabajo estaba prevista de una pared o ventana de policarbonato,

la cual no funcionó debido a que el polvo se adhería a las ventanas. La solución fue

cambiar las ventanas de policarbonato por cristal.

❖ Un segundo fallo fueron las mangas, las cuales se habían confeccionado con tela, el

problema se presentó en la durabilidad de las mismas. La solución fue confeccionarlas

en mezclilla de alta resistencia.

2.7 Objetivos alcanzados.

❖ Entendimiento de un proceso productivo con sustancias peligrosas. En muchas

ocasiones me ha tocado ver diferentes procesos productivos, pero no estaba

consciente de los peligros que existen con los diferentes elementos con los que se

interactúa en ellos y que a veces los vemos y/o usamos a diario, en este proyecto, pude

aplicar los conocimientos aprendidos y sobre todo consejos de profesores y

profesionales del área.

❖ Diseño de un sistema de extracción y filtración. Considero que la gran mayoría de los

conocimientos adquiridos en la carrera se aplicaron en este diseño. Como comenté

anteriormente, algo que también vemos a diario (por ejemplo, un equipo de aire

acondicionado) vemos como partículas interactúan con un fluido con diferentes

variables.

❖ Análisis, selección y recomendación de mecanismos de seguridad. En la carrera

aprendimos el término factor de seguridad, aquí es donde realmente pude aplicar esos

conocimientos.

5 ABC Costing es una herramienta para el control de costos.

16

3. Caso VELLUM diseño de cabina Shotblasting CO₂ (Proyecto

XEROX No 2).

3.1 Antecedentes.

La compañía Xerox Mexicana necesitaba instalar una nueva línea de producción de re-

manufactura de copiadoras, para lo cual necesitaban previo a la misma, un área destinada

específicamente a limpiar cuidadosamente las tarjetas electrónicas de máquinas copiadoras

usadas.

La compañía estaba en la búsqueda de un proceso que fuera limpio y rápido, nuestra

propuesta fue que la mejor forma de hacerlo era limpiando las tarjetas mediante proceso

conocido como ShotBlasting6 en lugar de SandBlasting7 u otros métodos convencionales

utilizados ese momento. En el proceso conocido como Shotblasting una maquina convierte el

CO₂ en pequeñas bolas de hielo seco, que, colocadas en una cámara presurizada con aire

comprimido, con la finalidad de disparar un chorro de aire comprimido mezclado con las bolitas

de hielo seco. Este chorro se lanza contra las tarjetas electrónicas sucias, logrando una

limpieza excelente sin dañar la tarjeta, ni por el proceso en sí mismo, ni por cargas estáticas.

El chorreado con hielo seco es similar al chorro de arena, el chorro de granalla de plástico o

el chorro de sosa, donde el medio se acelera en una corriente de aire presurizada para

impactar sobre una superficie que se va a limpiar o preparar. Pero ahí es donde termina la

similitud

Para que el proceso fuera efectivo, tendría que realizarse dentro de un cuarto o cabina cerrada,

que tuviera un sistema de extracción para retirar el CO₂ disipado, y para filtrar todas las

partículas de polvo retiradas de las tarjetas sucias (en ocasiones muy sucias).

6 Shotblasting. La limpieza con hielo seco es conocida por varios nombres: dry ice blasting, dry ice cleaning, CO2 blasting, dry ice dusting, incluso limpieza ambientalmente sostenible. La limpieza con hielo seco de Cold Jet es una manera eficiente y rentable para que las industrias maximicen la capacidad de producción y la calidad. 7 Sandblasting. Arenado. Operación de propulsar a alta presión un fluido, que puede ser agua o aire, o una Fuerza centrífuga con fuerza abrasiva, contra una superficie para alisarla o eliminar materiales contaminantes.

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Otro problema era que la operación sería muy ruidosa, se estimaban picos de más de 110

dBs8 lo que es muy malo para la salud. Ver figura 2.

Figura 2. Niveles de ruido.

Por otro lado, considerando que se estaría inyectando CO₂, se tenía la preocupación de que

la concentración de este gas creciera dentro del cuarto, y generara desmayos o incluso la

muerte al operador que estaría dentro de la cabina. ¿Qué tanto y cómo lo controlamos? Se

controló mediante un sensor de concentración de CO2, que detenía la operación y abría las

puertas en el caso de que hubiera una concentración mayor a la permitida. Ver figura 3.

Se estimaba que el nivel de producción sería muy importante por lo que se tendría que estudiar

una solución que además de contemplar todos los puntos mencionados, permitiera gran

agilidad a los operadores.

8 dBs. Decibelios unidad de medida del nivel de ruido.

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Figura 3. Niveles de concentración de CO2.

3.2 Estructura organizacional.

La estructura organizacional de Vellum en el momento del proyecto era la misma que el

diagrama 2 contenida en el caso 2 de este documento.

3.3 Descripción del puesto de trabajo

❖ Desarrollo técnico de los elementos de la instalación asociados al proyecto de la

empresa y el reporting del mismo.

❖ Realizar las listas de materiales Hardware/Software requeridos y su puesta en servicio.

❖ Ejecutar los planes de trabajo previstos, garantizar los plazos y los resultados.

❖ Preparación / realización de la documentación definitiva, manuales de manejo de la

instalación y los específicos para la formación del cliente.

❖ Generar el dosier de resumen de las tareas asignadas.

❖ Participación en las Reuniones planificadas del Proyecto.

❖ Respetar los objetivos de calidad y plazos concernientes. Velar por la satisfacción del

cliente.

3.3 Descripción del proyecto.

La solución presentada a Xerox consistió en:

A. ShotBlasting v/s medios de blasting tradicional

B. Diseño de una cabina acústica que permitiera:

❖ Limpieza de las tarjetas con una alta eficiencia para producción.

❖ Filtrar y extraer el tanto el polvo de las tarjetas como el CO₂.

❖ Reducción a niveles de ruido de acuerdo a norma vigente. En ese momento el nivel

era de 110 dBs.

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❖ Máximo nivel de seguridad para los operarios.

❖ Máxima eficiencia para la producción.

3.4 Actividad profesional desempeñada.

El diseño consistió en la fabricación de una cabina acústica, con paneles de lámina negra

pintada, de cuatro pulgadas de espesor, rellenos de un material acústico (fibra de vidrio

recubierta), que fuera capaz de absorber las ondas sonoras y disiparlas en un delta de

temperatura despreciable.

De acuerdo al calculo que hicimos con las tablas de absorción que el fabricante del material

acústico nos proporcionó, considerando el tamaño que el cliente nos había solicitado para la

cabina, y por ende la cantidad de material acústico que podríamos instalar, reduciríamos el

ruido en el interior de la cabina a > 90 dbA y en el exterior debajo de 60 dbA. Esto era de

particular importancia para el cliente ya que buscaban cumplir la norma vigente, que en aquella

época permitía operar hasta con 90 dbA usando protecciones auditivas y por no más de 8

horas9.

Para resolver el problema de extracción de CO₂ y filtración de partículas, consideramos dos

criterios:

❖ Velocidad del aire con las puertas abiertas: Uno de los requisitos en el diseño de la

cabina era que las puertas fueran de al menos 2 x 2 m; donde buscábamos que al

momento en que estas fueran abiertas, el aire entrara por ellas al menos a una

velocidad de 200 ft/min para evitar que las articulas de polvo pudieran salir. El tamaño

de las puertas nos dio un área de 43 ft2, por lo que nuestro caudal, basados en este

criterio debería sobrepasar los 8,000 ft3/min. Este criterio nos serviría para asegurar

que el polvo generado en el proceso fuera capturado.

❖ Cambios de aire por minuto: Como ya se mencionó, una preocupación importante era

que la concentración de CO2 pudiera aumentar de forma peligrosa dentro de la cabina.

Para evitar este riesgo, se determinó manejar un caudal tal, que nos permitiera cambiar

el aire hasta 6 veces por minuto en el interior de la cabina. Se diseñó una cabina de 4

x 4 x 3 m, lo que daba un volumen total de 1,700 ft³ (48m³), lo que arrojaba un flujo de

9 El valor límite de exposición profesional para exposiciones de 8 horas es de 5,000 ppm con un valor límite para exposiciones cortas de 15 minutos de 15,000 ppm.

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aire entre 9,811 ft³/min y 11,700ft³/min. Se definio por un caudal de 11,000 ft³/min. El

número de cambios por minuto se determinó por las recomendaciones del Manual de

Industrial Ventilation.

En base a eso se decidió equipar la cabina con dos colectores de polvo Donaldson Torit

modelo ECB, cada uno con una capacidad de extracción de 5,500 ft3/min, para un total de

11,000 ft3/min. Estos colectores utilizan filtros Ultra-web que permiten una eficiencia de filtrado

de 99.99% en partículas 0.5 micras, lo cual garantiza filtrar las partículas sólidas, mientras que

el CO₂ pasaría a través del filtro al exterior de la nave donde su efecto sería inocuo.

Los colectores fueron colocados en sobre la cabina, incrustados dentro de esta, tal como se

observa en la figura 4.

Para hacer el sistema ágil, diseñamos un sistema de puertas automáticas, que, mediante un

par de pistones neumáticos sin vástago, y sensores de presencia, permitirían abrirse en el

momento en el que el operador se acercara, tanto para entrar como para salir.

21

En las dos paredes laterales y en las puertas se colocaron ventanas de vidrio templado, con

doble vidrio para aumentar el efecto acústico.

Cuando la cabina estuviera cerrada, y el sistema de extracción operando, siendo que la cabina

era hermética, se generaría un vacío, por lo que era necesario diseñar una entrada de aire

controlada, de forma que entrara la misma cantidad de aire que se iría a extraer. Para este fin

colocamos un par de entradas en el techo de la cabina. Las entradas fueron diseñadas también

con paneles acústicos, para evitar que el ruido saliera a través de ellas, pues debemos

considerar que el sonido se mueve a una velocidad tal, que, pese a que el aire que entra está

acelerado, su velocidad resulta despreciable, es decir que el ruido puede salir fácilmente por

ellas. Por otro lado, calculamos las entradas para lograr una velocidad muy baja de forma que

no hubiera turbulencia que nos incrementara más el nivel de ruido.

El proceso era totalmente nuevo para el cliente y quería colocar medidas de seguridad

redundantes para evita cualquier riesgo de accidente. Sobre esta base colocamos un sensor

de CO₂ y uno de O₂ dentro de la cabina. El sistema de control de la cabina, contemplo una

programación tal, que si el nivel de CO₂ sobrepasada cierto límite, o el de Oxigeno bajaba de

cierto límite, las puertas de la cabina se abrieran, se encendiera una alarma sonora y visual, y

la máquina de shotblasting se detuviera.

Adicionalmente se programó de forma que, si la máquina de shotblasting estaba operando, las

puertas quedaran bloqueadas para evitar que se interrumpiera la operación, pero como

medida adicional de seguridad se colocaron botones de paro de emergencia dentro y fuera de

la cabina, de forma que pudiera detenerse el proceso con máxima rapidez, de ser necesario.

El sistema de control que se diseñó se basó en un PLC marca Allen Bradley que controlaba el

arranque y paro de los colectores de polvo, la apertura de las puertas y el control de las

medidas de seguridad ya descritas.

3.6 Descripción de logros y fallos.

❖ Logros.

Desde mi punto de vista el proyecto en su conjunto fue un gran logro, ya que una vez

concluido fuimos invitados a la planta de Xerox en Rochester Nueva York, en la que

pudimos ver tres cabinas similares fabricadas por una empresa local, que técnicamente

hablando no eran mejores que la nuestra, pero cuya inversión había sido más del doble.

22

❖ El diseño del sistema de extracción fue especialmente eficiente, ya que logramos

eliminar por completo el polvo generado durante la operación, y asegurar el nivel de

oxigeno dentro de la misma. Durante el periodo de pruebas, y los siguientes dos años

(en los que dimos seguimiento) no hubo nunca un evento de alarma por alta

concentración de CO2.

❖ El sistema de automatización de la cabina fue otro logro particular para nosotros, ya

que a pesar de la casi nula experiencia que teníamos en el uso y programación de los

PLC, logramos desarrollar un tablero de control que podía controlar todas las variables

del sistema, monitoreando cada sensor, controlando puertas, ventiladores de

extracción, sistema de limpieza de los filtros, etc.

Fallos.

❖ El diseño de los paneles acústicos dejo algunos puntos por donde el ruido alcanzaba

a salir, para resolverlo, se tuvo que sellar con silicón, demeritando un poco la imagen

de la cabina.

❖ El diseño de las puertas automáticas tuvo oportunidades de mejora importantes, ya

que cada hoja de la puerta era movida por un pistón sin vástago independiente, lo cual

hacia que las puertas no abrieran de forma sincronizada.

❖ La planeación del proyecto fue un poco deficiente, ya que no pudimos cumplir los

tiempos establecidos durante la etapa de planeación, esto se debió principalmente a

aspectos de liquidez de la empresa que no fueron previstos.

3.7 Objetivos alcanzados.

❖ Diseño de una cabina. Si en el proyecto anterior el diseño de bancos de trabajo fue de

mucha exigencia dada las características de aquel proyecto. Para este proyecto, el

desafío fue mucho mayor. El diseño, fabricación y funcionamiento de esta clase de

equipo requirió de nuestra mayor capacidad y conocimiento profesional.

❖ Programación de PLC. Como mencioné en el punto anterior, el funcionamiento de una

cabina como la que se diseñó exigió el utilizar lo más adelantado tecnológicamente

hablando, pero con un nivel muy alto de confiabilidad. En este proyecto recurrimos a la

programación de dispositivos llamados PLC, que nos ayudaron a controlar los sistemas

de seguridad de la cabina.

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Conclusiones.

Como mencioné anteriormente, además de los conocimientos teóricos aprendidos en la

Universidad están los conocimientos prácticos que día a día aprendí tanto de mis colegas

como de las personas encargadas de los proyectos por parte de los clientes.

Para el caso del proyecto No 1 (Calzados Teo/o) podemos concluir adicionalmente que una

vez realizado el proyecto y habiendo hecho un análisis posterior de la empresa y de factores

externos tales como competencia, proveedores, entorno externo y principalmente de la

situación laboral se concluyó que la empresa poseía una estabilidad financiera baja, que

necesitaba ampliar su participación en el mercado realizando inversiones mayores en

automatización que aún quedaron pendientes una vez finalizado el proyecto y tratar de eliminar

su alta dependencia de la mano de obra ligada a un sindicato en particular.

Para los proyectos 2 y 3 (Vellum), podemos concluir que la empresa contaba con el know-how

para superar los diferentes retos que se nos presentaron en los proyectos que participé, esto

quedó demostrado en los logros obtenidos y descritos en cada uno de los proyectos.

Bibliografía

a) Eduard Krick

Fundamentos de Ingeniería

Ed. Limusa

México

1984

b) Gilberto Enríquez

EL ABC de las instalaciones eléctricas industriales

Ed Limusa

México

c) Manual de Fabricación BATA

d) Joseph Edward Shigley – Charles R Mischke

Diseño en Ingeniería Mecánica

Ed Mc Graw Hill (4ª edición español)

México

1990

24

e) Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice,

American Conference of Governmental Industrial

Ed Edward Brothers Inc.

19th edition

1986

f) Eugene A Avallone – Theodore Baumeister III

Mark´s Standard Handbook for Mechanical Engineers

Ed Mc Graw Hill (9th edition)

United

25

Anexo No 1

26

ANEXO No 2 CARTA VELLUM

27

ANEXO No 3 COMPROBANTES SALARIO

28

29

Anexo 4

30

Anexo 5