Presupuesto de Faja

7/16/2019 Presupuesto de Faja

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y

ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

TÓPICOS SELECTOS DE INGENIERÍA

DESARROLLO EMPRESARIAL DE INGENIERÍA

“DISEÑO DE UNA BANDA TRANSPORTADORA

SEMIAUTOMÁTICA PARA LA FABRICACIÓN DE TANQUES DE

COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS DE CARGA”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PRESENTAN:

JOSÉ ARMANDO CASTRO MEDINA

GUSTAVO YAFTÉ MARTÍNEZ GONZÁLEZ

FRANCISCO JAVIER RAVELO ACUÑA

ASESORES:

ING. ANA MARÍA VERA JAIME

ING. ENRIQUE LÓPEZ SANTINI

MÉXICO D.F. DICIEMBRE 2011



INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LÓPEZ MATEOS"

T E M A DE TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIONPOR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN TESIS COLECTIVA Y EXAMEN ORAL INDIVIDUALDEBERA(N) DESARROLLAR

c. JOSÉ ARMANDO CASTRO MEDINAC. GUSTAVO y AFTÉ MARTÍNEZ GONZÁLEZC. FRANCISCO JAVIER RAVELO ACUÑA

"DISEÑO DE UNA BANDA TRANSPORTADORA SEMIAUTOMATICA PARA LAFABRICACIÓN DE TANQUES DE COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS DE CARGA"

DISEÑAR UNA BANDA TRANSPORTADORA PARA EL PROCESO DE FABRICACIÓN DE

TANQUES DE COMBUSTIBLE EN LA EMPRESA SAG-MECASA.EL DISEÑO CONTENDRÁ UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO, UN SISTEMANEUMÁTICO Y UN SISTEMA DE CONTROL, ESTE DISEÑO SE HARÁ EN BASE A LASCARACTERISTICAS y NECESIDADES DE LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN OBTENIDAS CON ELFIN DE ASEGURAR Y REDUCIR LOS TIEMPOS DE TRANSPORTE, ENTRE CADA ESTACIÓNDEL PROCESO POR LAS CUALES PARA EL TANQUE y LOS DAÑOS PRODUCIDOS.

•:. INTRODUCCiÓN.•:. OBJETIVO.•:. PLANTEAMIENTO••:. JUSTIFICACIÓN.•:. MARCO TEÓRICO.

•:. PROCESO DE FABRICACIÓN DE TANQUES DE COMBUSTIBLE.•:..:.

•:.•:.•:.•:.

DISEÑO DE LA BANDA TRANSPORTADORAESTUDIO ECONÓMICO.CONCLUSIONES.GLOSARIO.BIBLIOGRAFÍA.ANEXOS.

MÉXICO D. F., A 09 DE MAYO DE 2012.

~ ~ :

A SE SO R E S

MARÍA VERA JAIME



INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 2011

I

ÍNDICE

Contenido Pagina

Índice. ..………...…………….………….…………………………………………...I

Introducción…...…………….…………………………………………………...….V

Objetivo general……….……………………………………………………….… ..VI

Objetivo específico…………………………………………………………………VI

Planteamiento del problema…………………………………………………..…VII

Justificación..……………………………………………………………………....VII

Capitulo 1 - Marco teórico1.1 Manejo de materiales y productos en un proceso industrial…..…………..2

1.2 Historia de las bandas transportadoras………………...……………………3

1.3 Bandas transportadoras………………...………………………………….....4

1.4 Partes que constituyen una banda transportadora…………………………6

1.4.1 Banda cerrada flexible………………………………………..……...7

1.4.2 Rodillos………………………………………………………………..9

1.4.3 Tambores…………………………………………………………….11 1.4.4 Dispositivos de tensado……………………………………….…...12

1.4.5 Bastidores……………………………………………………………13

1.4.6 Motorreductor ……………………………..…………………………13

1.4.7 Otros componentes de la banda transportadora…………….…..14

1.5 Tipos de bandas transportadoras………………………………..………….15

1.5.1 Bandas de rodillos (roller conveyors)………….…………….……15

1.5.2 Bandas con ruedas (skate-wheel conveyors)………….………...16

1.5.3 Bandas planas (belt conveyors)………………………………..….16

1.5.4 Bandas con cadenas (chain conveyors)………………………….18

1.5.5 Bandas con listones (slat conveyors)……………………………..18

1.5.6 Bandas aéreas de carros (overhead trolley conveyors)….…….19




II

1.5.7 Bandas por cable enterrado (in-floor towline conveyors)……....20

1.5.8 Bandas de carro sobre rieles (cart-on-track)……………………..21

Capitulo 2 – Proceso de fabricación de tanques de combustible

2.1 Antecedentes…………………………………………………………………..24

2.2 Localización……………………………………………………………………24

2.3 Ubicación……………………………………………………………………….25

2.4 Descripción de la línea de producción de tanques de aluminio para

vehículos de carga……………………..……………………………..………25

2.4.1 Estación 1. Rolar cuerpo.…………………………………………..26

2.4.2 Estación 2. Puntear cuerpo.………….…………………………....26

2.4.3 Estación 3. Soldar longitudinalmente.…………………………....27

2.4.4 Estación 4. Puntear componentes y soldar mamparas..…….....28

2.4.5 Estación 5. Soldar tapas.……………………………..……………29

2.4.6 Estación 6 y 7. Soldado de componentes..………………...…….30

2.4.7 Estación 8. Prueba de fugas.….……………………………..……31

2.4.8 Estación 9. Colocación de accesorios y limpieza.………………32

2.5 Diagrama de bloques del proceso de fabricación de tanques decombustible de aluminio…………………………………………………..….33

2.6 Diagrama de flujo del proceso de fabricación de tanques de combustible

de aluminio……………………………………..……………………………..……34

2.7 Transporte actual de la línea………..………………………….……………35

2.8 Especificaciones técnicas del tanque………………………………………36

2.9 Balance de la línea de producción…………………………………….…….36

2.10 Ubicación de la línea de producción de tanques de aluminio dentro

de la empresa……………..…………………………………………………39

2.11 Restructuración de la línea de producción de tanques de aluminio

dentro de la empresa……...……………..………………………………….40




III

Capitulo 3 – Diseño de la banda transportadora

3.1 Funcionamiento de la banda transportadora…………..…………………..42

3.2 Diagrama de flujo de la banda transportadora……………………………..43

3.3 Selección del PLC…...………………………………………………………..44

3.4 Programa del PLC (programación en escalera)…………………………...48

3.5 Explicación del programa del PLC…………………………………………..55

3.6 Cálculos eléctricos…………………………………………………………….58

3.6.1 Potencia total...………………………………………………………58

3.6.2 Calibre de los conductores………………………………………...59

3.7 Cálculo del motorreductor ………….………………………………………...59

3.8 Cálculo de la potencia requerida por el motor ……………………………..62

3.9 Selección de los cilindros neumáticos……………..……………………….63

3.9.1 Cálculo de los cilindros neumáticos…………...…………….……64

3.10 Diagramas de la banda transportadora

3.10.1 Base metálica..……………...……………………………………..68

3.10.2 Set de rodillos triples………………………………………………69

3.10.3 Sistema de tracción…………….………………………………….70

3.10.4 Sistema de levantamiento...………………………………………71 3.10.5 Ubicación de sensores, torre de lámparas indicadoras y

estación de botones………………………………………………….……72

3.10.6 Diseño de la banda transportadora semiautomática………..…73

3.10.6 Ubicación de la banda transportadora en la línea de

producción………………………………………………………………….74

3.10.7 Diagrama eléctrico del PLC……..………………………………..75

3.10.8 Diagrama electroneumático………...…………………………….77

Capitulo 4 - Estudio económico

4.1 Cotización de materiales……………………………………………………..79

4.2 Criterio de selección de proveedor …………..……………………………...81




IV

4.3 Costo del diseño de la banda transportadora……………….……………..86

4.4 Costo de la instalación………..………………………………...……………86

4.5 Costos de mantenimiento por área………………….……………………...87

4.6 Inversión total de la banda transportadora……….………………………...88

4.7 Situación actual de la empresa de la producción de tanques………...….89

4.8 Situación estimada de la empresa de la producción de tanques

implementando la banda transportadora…………………..……………….90

4.9 Situación actual del pago de los salarios de los trabajadores por estación

de trabajo…….......……...……………………………………..……………..91

4.10 Situación estimada del pago de los salarios de los trabajadores

implementando la banda………………………...………………………...…92

4. 11 Tabla resumen de la implementación de la banda transportadora..…..93

Conclusiones……………………………………………………………………….94

Glosario………………………………………………………………………….....97

Bibliografía………………………………………………………………………..1 00

Anexos…………………………………………………………………………….102




V

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

Para la fabricación de tanques de combustible de aluminio se tiene

una línea de proceso formada por diferentes estaciones de trabajo, en estas

estaciones los tiempos de trabajo de manufactura del tanque son diferentes,

provocando retardos y tiempos muertos en cada una de ellas, el transporte

entre cada estación es sobre un riel discontinuo donde el tanque es jalado

por el operario y cargado para colocarlo en la siguiente parte del riel, durante

esta acción el tiempo de producción se incrementa y el tanque sufre daños

físicos producidos por el arrastre a través del riel.

Un balance de línea muestra que para incrementar la producción es

necesario reducir los tiempos de transporte, reubicar las estaciones y

eliminar una estación de trabajo, para esto se diseñó una banda

transportadora semiautomática para el proceso de fabricación de tanques de

combustible en la empresa SAG – MECASA, la cual tendrá movimiento

impulsado por motores, un sistema formado por un PLC con sensores,

estaciones de botones y un sistema neumático que permitirá que cuando eltanque avance a través de la línea de producción y llegue a las estaciones se

coloque en una posición que permita su manipulación.

La propuesta del diseño de la banda transportadora reducirá los tiempos de

transporte entre cada estación de trabajo, eliminando los movimientos

innecesarios y aumentando la movilidad en cada estación de trabajo,

reducirá el maltrato del tanque producido por el mal manejo a través del riel,

evitara accidentes durante su transporte y por consecuencia el incremento en

la producción de tanques.




VI

OBJETIVO GENERAL

Diseñar una banda transportadora semiautomática para el proceso de

fabricación de tanques de combustible en la empresa SAG – MECASA.

OBJETIVO ESPECIFICO

Una vez planteado el problema se diseñará una banda transportadora,

proponiendo diferentes sistemas tales como: un sistema de transmisión de

movimiento, un sistema electro-neumático y un sistema de control gobernado

por un PLC con sensores, estaciones de botones que en conjunto permitirán

que cuando el tanque avance a través de la línea de producción y llegue a

las estaciones se coloque en una posición que permita su fácil manipulación.

Este diseño se hará en base a las características y necesidades de la línea

de producción obtenidas por un levantamiento físico, con el fin de asegurar y

reducir los tiempos de transporte, entre cada estación del proceso por las

cuales pasa el tanque.




VII

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Para la fabricación de tanques de combustible de aluminio se tiene

una línea de proceso formada por diferentes estaciones de trabajo (rolado

,punteado, soldado, soldado de componentes, mamparas y tapas, prueba de

fugas, limpieza y empaque), en estas estaciones los tiempos de trabajo de

manufactura del tanque son diferentes, provocando retardos y tiempos

muertos en cada una de ellas, el transporte entre cada estación es sobre un

riel discontinuo donde el tanque es jalado por el operario y cargado para

colocarlo en la siguiente parte del riel, durante esta acción el tiempo de

producción se incrementa y el tanque sufre daños físicos producidos por el

arrastre a través del riel.

La empresa SAG – MECASA realizó un balance de línea en donde

notó que para incrementar la producción es necesario reducir los tiempos de

transporte, reubicar las estaciones y eliminar una estación de trabajo, para

esto es necesario implementar una banda transportadora continua a través

de la línea de producción.

JUSTIFICACIÓN

La propuesta del diseño de la banda transportadora reducirá los tiempos

de transporte entre cada estación de trabajo, eliminando los movimientos

innecesarios y aumentando la movilidad en cada estación de trabajo y

aumentar la producción además de reducir el maltrato del tanque producido

por el mal manejo a través del riel y evitar accidentes durante su transporte.




1

Capitulo 1

Marco teórico




2

1.1 MANEJO DE MATERIALES Y PRODUCTOS EN UN PROCESO

INDUSTRIAL

El manejo de materiales y productos lo podemos definir como la

preparación y colocación de cada uno de ellos para facilitar su movimiento

dentro del proceso industrial, comprende todas las operaciones a las que se

somete el producto, excepto el trabajo de elaboración propiamente dicho y

en muchas ocasiones se incluye al manejo de materiales y productos como

una parte integrante del proceso.

Hoy en día se ha creado un especial interés por el transporte mecánico de

materiales y productos debido a que la mano de obra cada vez es más cara y

en cierto grado peligrosa dependiendo del proceso, utilizando los medios

mecánicos para el trasporte de los materiales y productos, la seguridad en el

hombre es mayor, con menos riesgos de accidentes, efectuando una labor

más ardua a la vez que es más rápido y eficiente.

Para los procesos industriales que incluyen líneas de ensamble o de trasladode materiales ó productos es indispensable el uso de un sistema de

transporte mecánico, en la mayor parte de ellos se recurre a las cintas ó

bandas transportadoras y esto se debe a varias ventajas que presentan,

entre ellas las grandes distancias a las que se efectúa el transporte, facilidad

de adaptación al terreno ó arquitectura del proceso dentro de la planta, su

gran capacidad de transporte, la disponibilidad de transportar diversos

materiales y productos, no alteran al producto transportado.

Las bandas transportadoras pueden presentar diferentes diseños,

construcciones y funcionamientos que dependen del tipo del proceso, del

producto y las disponibilidades de la industria.




3

1.2 HISTORIA DE LAS BANDAS TRANSPORTADORAS

Las primeras cintas transportadoras que se conocieron fueron

empleadas para el transporte de carbón y materiales de la industria minera.

El transporte de material mediante cintas transportadoras, data de

aproximadamente el año 1795. La mayoría de estas tempranas instalaciones

se realizaban sobre terrenos relativamente plano, así como en cortas

distancias.

El primer sistema de cinta transportadora era muy primitivo y consistía en

una cinta de cuero, lona, o cinta de goma que se deslizaba por una tabla de

madera plana o cóncava. Este tipo de sistema no fue calificado como

exitoso, pero proporciono un incentivo a los ingenieros para considerar los

transportadores como un rápido, económico y seguro método para mover

grandes volúmenes de material de un lugar a otro.

Durante los años 20, la compañía minera de Henry Clay Frick demostró quelos transportadores de cinta podían trabajar sin ningún problema en largas

distancias. Estas instalaciones se realizaron bajo tierra, desde una mina de

carbón recorriendo casi 8 kilómetros. La cinta transportadora consistía de

múltiples pliegues de algodón de pato recubierta de goma natural, que eran

los únicos materiales utilizados en esos tiempos para su fabricación.

En 1913, Henry Ford introdujo la cadena de montaje basada en cintas

transportadoras en las fábricas de producción de la Ford Motor Company.

Durante la Segunda Guerra Mundial, los componentes naturales de los

transportadores se volvieron muy escasos, permitiendo que la industria de




4

polímeros se dedicara a crear materiales sintéticos que reemplazaran a los

naturales. Desde entonces se han desarrollado muchos materiales para

aplicaciones muy concretas dentro de la industria, como las bandas con

aditivos antimicrobianos para la industria de la alimentación o las bandas con

características resistentes para altas temperaturas.

Con el paso del tiempo las bandas transportadoras fueron evolucionando su

construcción, diseño y funcionamiento apegándose a las necesidades y

características de los procesos de producción [4].

1.3 BANDAS TRANSPORTADORAS

Las bandas transportadoras se emplean cuando los materiales deben

ser desplazados en cantidades relativamente grandes entre posiciones

específicas de una ruta fija. La mayoría de estos sistemas son impulsados

mecánicamente; algunos emplean la gravedad para trasladar la carga entre

puntos de diferente altura.

Estos equipos comparten los siguientes atributos:

Son generalmente mecanizados y a veces automatizados.

Ocupan posiciones fijas, estableciendo las rutas.

Pueden estar montados sobre el suelo o suspendidos del techo.

Casi siempre están limitados a un flujo unidireccional de materiales.

Generalmente mueven cargas discretas, aunque algunos están

preparados para cargas voluminosas o continuas.

Pueden emplearse sólo para transporte o para transporte más

almacenamiento automático de elementos.




5

Una característica común de las bandas transportadoras es que el

mecanismo de avance está construido sobre el mismo camino de la cinta.

Los elementos transportadores individuales (si se usan carritos u otros

receptáculos) no son impulsados individualmente.

El empleo de las Bandas Transportadoras es muy diverso entre las cuales

podemos destacar los siguientes:

Las industrias extractivas (Minas subterráneas y a cielo abierto,

canteras).

Las Industrias siderúrgicas (Parques de carbón y minerales).

Instalaciones portuarias de almacenamiento, carga y descarga de

barcos, aviones, vehículos terrestres.

Centrales Térmicas (Parques de almacenamiento y transporte a

quemadores de carbón, así como la evacuación de las cenizas

producidas).

Industrias agrícolas (Transporte de cereales, cosechas).

Industria Automotriz.

Industria Químico - Farmacéutica.

Industria Alimenticia.

Las ventajas que tienen las bandas transportadoras son:

Permiten el transporte de materiales a gran distancia.

Se adaptan al terreno.

Tienen una gran capacidad de transporte.

Permiten transportar una variedad grande de materiales.

Es posible la carga y la descarga en cualquier punto del trazado.

Se puede desplazar.




6

Las desventajas que presentan son:

Son caras.

Su instalación y mantenimiento no son sencillos.

El transporte es en una sola dirección.

Para la correcta selección de una banda transportadora se deben considerar

las siguientes variables:

Material a transportar

Características fisicoquímicas.

Capacidad y peso.

Distancia de transporte.

Niveles de transporte.

Interferencias, limitaciones, apoyos.

Función requerida del medio transportador.

Condiciones ambientales.

Recursos energéticos.

Recursos financieros.

Clasificación de usuarios y tiempo de utilización

[5]

.

1.4 PARTES QUE CONSTITUYEN UNA BANDA TRANSPORTADORA

Las bandas transportadoras están constituidas básicamente por una banda

cerrada flexible que se desplaza sobre unos rodillos de giro libre, un tambor

de accionamiento que es el encargado de transmitir movimiento a la banda,

un motor y un moto-reductor que son los encargados de generar y definir el

movimiento y la velocidad, estos y otros componentes están alojados

sobre una estructura metálica llamada bastidor que le brinda soporte y

cohesión como se muestra en la figura 1.1[6]

.




7

Figura 1.1. Partes de una banda transportadora.

1.4.1 BANDA CERRADA FLEXIBLE

La función principal de la banda es soportar directamente el material a

transportar y desplazarlo desde el punto de carga hasta el de descarga,

razón por la cual se la puede considerar el componente principal de las

cintas transportadoras; también en el aspecto económico es, en general, el




8

componente de mayor precio. Se sabe que conforme aumenta la longitud,

también crece el costo de la banda respecto del total.

Pueden llevarse a cabo las siguientes clasificaciones de las bandas:

Según el tipo de tejido:

De algodón.

De tejidos sintéticos.

De cables de acero.

Según la disposición del tejido:

De varias telas o capas.

De tejido sólido.

Según el aspecto de la superficie portante de la carga:

Lisas.

Rugosas.

Con nervios, tacos o bordes laterales vulcanizados.

La Banda al cumplir la función de transportar, está sometida a la acción de

las siguientes influencias.

De las fuerzas longitudinales, que producen alargamientos.

Del peso del material entre las ternas de rodillos portantes, que

producen flexiones locales, tanto en el sentido longitudinal como en el

transversal, y ello a consecuencia de la adaptación de la banda a la

terna de rodillos.

De los impactos del material sobre la cara superior de la banda, que

producen erosiones sobre la misma.

Para soportar adecuadamente las influencias anteriores, la banda está

formada por dos componentes básicos:




9

1.- El tejido o Carcasa, que transmite los esfuerzos.

Los materiales del tejido empleados en la actualidad se muestran en la

tabla 1.1.

Material delTejido

Códigos deIdentificación

Algodón B

Rayón Z

Poliéster E

Poliamida P

Cables De Acero St

Tabla 1.1 Materiales del tejido y códigos de identificación.

2.- Los recubrimientos, que soportan los impactos, erosiones y están en

contacto directo con el producto a transportar.

Los recubrimientos de goma sirven para unir los elementos constitutivos de la

carcasa y constan de dos partes, la superior y la inferior. El espesor del

recubrimiento de la carcasa está en función del tipo de aplicación de la

banda y de la anchura de esta.

1.4.2 RODILLOS

Los rodillos son uno de los componentes principales de una cinta

transportadora, y de su calidad depende en gran medida el buen

funcionamiento de la misma. Si el giro de los mismos no es bueno, además

de aumentar la fricción y por tanto el consumo de energía, también se

producen desgastes de recubrimientos de la banda, con la consiguiente

reducción de la vida de la misma.

La separación entre rodillos se establece en función de la anchura de la

banda y de la densidad del material transportado.




10

La construcción de los rodillos se ve en la figura 1.2.

Figura 1.2. Construcción de los rodillos.

Las funciones a cumplir son principalmente tres:

1. Soportar la banda y el material a transportar por la misma en el ramal

superior, y soportar la banda en el ramal inferior; los rodillos del ramal

superior situados en la zona de carga, deben soportar además el impacto

producido por la caída del material.

2. Contribuir al centrado de la banda, por razones diversas la banda está

sometida a diferentes fuerzas que tienden a decentarla de su posición recta

ideal. El centrado de la misma se logra en parte mediante la adecuada

disposición de los rodillos, tanto portantes como de retorno.

3. Transmitir el movimiento atreves de la banda.

Los rodillos se clasifican de la siguiente forma:

Rodillos de Alineación, sirven para alinear la banda dentro de la propia

instalación.

Rodillos de Impacto; recubiertos de discos de goma para absorber losgolpes provocados por la caída de bloques en las tolvas de recepción.

Rodillos de Retorno; los cuales están formados con discos de goma.

Rodillo cilíndrico; con la superficie exterior lisa, tal como la obtenida

mediante el empleo de tubos de acero; es el más empleado.




11

Rodillo cilíndrico con aros de goma; son adecuados para soportar los

fuertes impactos del material en las zonas de carga, mientras que si

se montan en los rodillos de retorno, deben ser adecuados para

facilitar la limpieza de la banda.

1.4.3 TAMBORES

Los tambores se clasifican de acuerdo a su función en:

Tambores motrices, que transmiten la fuerza tangencial a la banda,

estos están conectados por medio de poleas, catarinas con cadenas o

directamente al motor o moto-reductor.

Tambores no motrices, los cuales realizan la función de cambio de

trayectoria de la banda y su movimiento es inducido por la banda.

Como se muestra en la figura 1.3.

Figura 1.3. Tipos de tambores.




12

Los Principales componentes de los tambores se observa en la figura 1.4.

Figura 1.4. Partes de los tambores.

1.4.4 DISPOSITIVOS DE TENSADO

Los Dispositivos de tensado cumplen las siguientes funciones:

Lograr el adecuado contacto entre la banda y el tambor motriz.

Evitar derrames de material en las proximidades de los puntos de

carga, motivados por falta de tensión en la banda.

Compensar las variaciones de longitud producidas en la banda, estas

variaciones son debidas a cambios de tensión en la banda.

Mantener la tensión adecuada en el ramal de retorno durante el

arranque.




13

1.4.5 BASTIDORES

Los bastidores son estructuras metálicas que constituyen el soporte de

la banda transportadora y demás elementos de la instalación entre el punto

de alimentación y el de descarga del material. Como se observa en la figura

1.5. Los bastidores son el componente más sencillo de las cintas, y su

función es soportar las cargas del material, banda, rodillos y las posibles

cubiertas de protección contra el viento.

Figura 1.5. Bastidor.

1.4.6 MOTORREDUCTOR

La función del motor es generar el movimiento que será transmitido a

la banda, mientras que el moto-reductor se encarga de aumentar o disminuir

la velocidad a la cual la banda transportará el material, como se ilustra en la

figura 1.6.




14

Figura 1.6. Motorreductor.

1.4.7 OTROS COMPONENTES DE LA BANDA TRANSPORTADORA

Los elementos antes mencionados no son los únicos que conforman

una banda transportadora, estas pueden llevar sensores, controladores,

estaciones de botones, sistemas neumáticos, hidráulicos o algún equipo

auxiliar indispensable para realizar alguna acción sobre el producto durante

el proceso, estos componentes se adaptan a la banda haciéndola particular

del proceso.




15

1.5 TIPOS DE BANDAS TRANSPORTADORAS

1.5.1 BANDA DE RODILLOS (ROLLER CONVEYORS)

Es una forma muy común de cinta. El camino consiste en una serie de

rodillos perpendiculares a la dirección de avance, como se muestra en la

figura 1.7. Los rodillos están contenidos en un armazón fijo que eleva la cinta

del suelo a una altura determinada por las necesidades del transporte. Los

materiales o productos son desplazados a medida que giran los rodillos. Las

bandas con rodillos pueden ser impulsadas mecánicamente o por efecto de

la gravedad. Los sistemas de tipo gravitatorio se disponen de tal modo que el

camino desciende una pendiente suficiente para superar la fricción de los

rodillos.

Las cintas con rodillos pueden ser usadas para el reparto de cargas durante

las operaciones de procesado, el reparto hacia y desde el lugar de

almacenamiento y aplicaciones de distribución.

Figura 1.7. Banda de rodillos.




16

1.5.2 BANDAS CON RUEDAS (SKATE-WHEEL CONVEYORS)

Operativamente son similares a los rodillos. Sin embargo en lugar de

rodillos tiene pequeñas ruedas montadas sobre ejes rotatorios conectados al

armazón, como se ilustra en la figura 1.8, se emplean para desplazar el

material o producto, bandeja, u otro contenedor a lo largo de la ruta.

Figura 1.8. Banda con ruedas.

1.5.3 BANDAS PLANAS (BELT CONVEYORS)

Este tipo está disponible en dos formatos comunes: bandas planas

para piezas o incluso ciertos tipos de materiales en masa, figura 1.9; Y

bandas huecas para materiales en masa, figura 1.10. Los materiales se

sitúan en la superficie de la banda y viajan a lo largo del recorrido de la

misma. La banda forma un lazo continuo de manera que una mitad de su

longitud puede emplearse para el reparto del material y la otra mitad para el

retorno (generalmente vacío). La cinta se soporta con un armazón con

rodillos u otros soportes espaciados entre sí. A cada extremo de la cinta




17

están los rodillos motores que impulsan la banda a través de tambores de

accionamiento.

Figura 1.9. Banda plana.

Figura 1.10. Banda hueca.




18

1.5.4 BANDAS CON CADENAS (CHAIN CONVEYORS)

Están formadas por lazos de cadena sin fin en una configuración

arriba-abajo alrededor de ruedas dentadas motorizadas como se observa en

la figura 1.11. Puede haber una o más cadenas operando en paralelo para

formar la cinta. Las cadenas viajan a lo largo de canales que proporcionan

soporte para las secciones flexibles de la cadena. O bien las cadenas se

desplazan por el canal o usan rodillos para montarse al canal. Las cargas

generalmente se montan sobre las cadenas.

Figura 1.11. Bandas con cadenas.

1.5.5 BANDAS CON LISTONES (SLAT CONVEYORS)

Este sistema emplea plataformas individuales, llamadas listones o

tablillas, conectadas a una cadena continua en movimiento. Aunque el

mecanismo impulsor es la cadena, funciona en gran medida como una cinta

plana. Las cargas se sitúan sobre la superficie plana de las tablillas y se




19

desplazan con ellas. Los caminos son generalmente en línea recta, pero al

ser movidas por cadenas y la posibilidad de introducir curvas en el camino

mediante ruedas dentadas, las cintas con listones pueden tener giros en su

lazo continuo. Figura 1.12.

Figura 1.12. Banda con listones.

1.5.6 BANDAS AÉREAS DE CARROS (OVERHEAD TROLLEY

CONVEYORS)

Cuando hablamos de movimiento del material, un carro es un soporte

con ruedas moviéndose en un riel elevado del que puede colgar la carga.

Una banda con carritos es una serie de múltiples carros igualmente

espaciados a lo largo de los raíles mediante una cadena sin fin o cable. La

cadena o cable está unida a una rueda que proporciona energía al sistema.

El camino está determinado por el sistema de rieles; tiene giros y cambios en

elevación formando un lazo sin fin. En los carros se suspenden ganchos,

cestas u otros receptáculos para la carga. Los sistemas de carros aéreos se




20

emplean a menudo en fábricas para mover piezas y conjuntos de ensamblaje

entre los principales departamentos de producción. Pueden emplearse tanto

para reparto como para almacenamiento. Como se muestra en la figura 1.13.

Figura 1.13. Banda aérea de carros.

1.5.7 BANDAS POR CABLE ENTERRADO (IN-FLOOR TOWLINE

CONVEYORS)

Estos sistemas emplean vehículos con ruedas impulsados por medio

de cadenas o cables en movimiento situados en zanjas en el suelo, como se

ilustra en la figura 1.14. Las rutas están definidas por las zanjas y cables. Es

posible el cambio desde un segmento impulsado a otro diferente,

proporcionando cierta flexibilidad en la ruta. Los carros emplean clavijas

reforzadas de acero para acoplarse a la cadena. Dichas clavijas de pueden




21

extraer de la zanja para liberar al carro del avance de la cadena y realizar las

operaciones de carga/descarga.

Figura 1.14. Banda por cable enterrado.

1.5.8 BANDAS DE CARRO SOBRE RIELES (CART-ON-TRACK)

Estos sistemas emplean carros individuales montados en una pista de

dos raíles en una estructura que sitúa la cinta unos decímetros sobre el

suelo. Los carros no son impulsados individualmente; en su lugar, avanzan

mediante un tubo rotatorio entre los dos raíles. Debido a ello también se

llaman cintas de tubo rotatorio (spinning tube). Una rueda motriz, en la parte

inferior del carro y formando un ángulo con el tubo, se apoya en él y

convierte el giro del tubo en avance del carro. La velocidad del carro escontrolada regulando el ángulo de contacto entre la rueda motriz y el tubo.

Una de las ventajas de este sistema con respecto a los vistos es que con él

se logra bastante precisión en el posicionamiento. Esto los permite usar para




22

posicionar piezas para el procesado. Las aplicaciones para este sistema

incluyen las líneas de soldadura robótica y sistemas de ensamblaje

automático, como se ilustra en la figura 1.15.

Figura 1.15. Banda de carro sobre riel.

A lo largo de este capítulo se menciono la importancia del manejo de los

materiales dentro de un proceso industrial así como su evolución a través del

tiempo, siendo las bandas transportadores el medio más utilizado debido a la

gran cantidad de ventajas y adaptabilidad a los procesos, se mencionan los

principales elementos que las constituyen y los diferentes tipos de bandas

que existen.

Obteniendo un panorama para el diseño de la banda transportadora más

adecuada al proceso de fabricación de tanques de aluminio.




23

Capitulo 2

Proceso de fabricación

de tanques de

combustible




24

2.1 ANTECEDENTES

SAG-MECASA es una empresa que cuenta con una experiencia de

más de 35 años en la industria manufacturera (Metal Mecánica Automotriz) y

en la fabricación y desarrollo de tanques de combustible en materiales de

aluminio, acero inoxidable y acero al carbono.

Dentro de la empresa se cuentan con 5 líneas de producción, cada línea está

formada por diferentes estaciones de trabajo en donde se lleva a cabo la

transformación de la materia prima hasta obtener el tanque de combustible.

2.2 LOCALIZACION

La empresa se encuentra ubicada en Estado de México en el

municipio de Tlalnepantla de Baz, figura 2.1.

Figura 2.1. Localización.




25

2.3 UBICACIÓN

SAG – MECASA planta Tlalnepantla se encuentra ubicada en Vía

Gustavo Baz Prada No. 4321, Tlalnepantla, Estado de México. C.P. 54030.

Figura 2.2.

Figura 2.2. Ubicación.

2.4 DESCRIPCION DE LA LINEA DE PRODUCCION DE TANQUES DE

ALUMINIO PARA VEHICULOS DE CARGA

La línea de producción de tanques de aluminio está constituida por 9

estaciones de trabajo, previo a estas estaciones se tienen áreas donde se

almacenan, cortan y perforan las láminas de aluminio.




26

2.4.1 ESTACION 1. ROLAR CUERPO

En esta estación la hoja de lamina de aluminio es colocada en una

maquina roladora operada por una persona, en donde se le da forma

cilíndrica como se observa en la figura 2.3. Esta estación se encuentra

ubicada entre dos líneas de producción, no cuenta con ningún equipo para el

transporte del material hacia la siguiente estación, esta actividad se realiza

en un tiempo promedio de 3 minutos.

Figura 2.3. Estación 1. Rolar cuerpo.

2.4.2 ESTACION 2. PUNTEAR CUERPO

La siguiente estación es la de puntear el cuerpo, aquí un operario

coloca puntos de soldadura a lo largo de la lámina rolada para cerrarla (figura

2.4). En esta estación se realiza el trabajo en un tiempo promedio de 2

minutos 10 segundos ya que el operario tiene que traer a su estación la pieza




27

rolada, una vez soldado los puntos la pieza es colocada sobre un riel donde

se le coloca una etiqueta de registro y características.

Figura 2.4. Estación 2. Puntear cuerpo.

2.4.3 ESTACION 3. SOLDAR LONGITUDINALMENTE

En esta estación el perfil punteado se coloca sobre una maquina

soldadora automática que aplica un cordón de soldadura a lo largo del

cuerpo del tanque para cerrarlo por completo. A partir de esta estación

empieza el traslado del tanque a través de un riel como se observa en la

figura 2.5. El tiempo promedio de trabajo en esta estación es de 3 minutos 18

segundos.




28

Figura 2.5. Estación 3. Soldar longitudinalmente.

2.4.4 ESTACION 4. PUNTEAR COMPONENTES Y SOLDAR MAMPARAS

Esta estación está dividida en dos etapas en la primera se puntean

los componentes tubo de succión-retorno y coples, esta etapa se realiza

sobre un riel que tiene un acoplamiento mecánico que al ser accionado

levanta dos hileras de llantas perpendiculares a las del riel sobre las cuales

el tanque gira sobre su propio eje como se observa en la figura 2.6.

En la segunda etapa se colocan y se sueldan las mamparas como se ve en

la figura 2.7. Esta actividad registra en promedio un tiempo de 4 minutos 17

segundos, el operario de esta estación tiene que ir a la estación anterior por

el tanque y desplazarlo sobre el riel hasta su lugar de trabajo, a lo largo de la

línea de producción el transporte de estación a estación es de la misma

forma.




29

Figura 2.6. Estación 4. Puntear componentes.

Figura 2.7. Estación 4. Soldar mamparas.

2.4.5 ESTACION 5. SOLDAR TAPAS

En esta estación dos operarios llevan el tanque a una maquina de

soldado semiautomática en donde se posicionan las tapas del tanque y se




30

sueldan, ver figura 2.8. El tiempo que pasa el tanque en esta estación es de

3 minutos en promedio, en esta parte de la línea se tiene una interrupción en

el riel, por lo que los operarios tienen que cargar el tanque hasta el siguiente

riel.

Figura 2.8. Estación 5. Soldar tapas.

2.4.6 ESTACION 6 Y 7. SOLDADO DE COMPONENTES

En estas dos estaciones se sueldan los componentes del cilindro que

se puntearon en la estación 4 además de otros componentes como coples,

tubos y tapones como se muestra en la figura 2.9, el motivo de que existan

dos estaciones es el tiempo de operación que es aproximadamente de 9.5

minutos, mientras que una recibe un tanque la otra termina su trabajo.




31

Figura 2.9. Estación 6 y 7. Soldado de componentes.

2.4.7 ESTACION 8. PRUEBA DE FUGAS

Dentro de esta estación se encuentra una tina en donde el tanque es

sometido a un test para determinar si existen fugas en el tanque y en la

soldadura llevándose un tiempo promedio de 6 minutos ver figura 2.10. Si el

tanque presenta alguna fuga o defecto aquí mismo el operario sella la fuga y

vuelve a realizar la prueba (Test).




32

Figura 2.10. Estación 8. Prueba de fugas.

2.4.8 ESTACION 9. COLOCACION DE ACCESORIOS Y LIMPIEZA

En esta estación se lleva cabo el secado, limpieza y colocación de

partes finales (etiqueta de registro, tapones de plástico) del tanque para su

almacenamiento y/o transporte en un tiempo promedio de 2 minutos y medio,

como se ilustra en la figura 2.11. Hasta esta estación termina el riel sobre el

cual se transporta el tanque.




33

Figura 2.11. Estación 9. Colocación de accesorios y limpieza.

Posteriormente el tanque es llevado a otras áreas de la empresa para seguir

con su proceso de fabricación como el área de calidad, registró, empaque

transporte y/o almacenamiento.

2.5 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE

TANQUES DE COMBUSTIBLE DE ALUMINIO

Este diagrama de bloques nos muestra cada una de las etapas a seguir

dentro del proceso de fabricación de tanques de aluminio.

ROLAR

CUERPO

PUNTEAR

CUERPO

SOLDAR

LONGITUDINALMENTE

PUNTEAR

COMPONENTES Y

SOLDAR MAMPARAS

SOLDAR

TAPAS

SOLDADO DE

COMPONENTES

COLOCACION DE

ACCESORIOS Y

LIMPIEZA

PRUEBAS DE

FUGAS




34

2.6 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE

TANQUES DE COMBUSTIBLE DE ALUMINIO




35

2.7 TRANSPORTE ACTUAL DE LA LINEA

Actualmente la línea de producción cuenta con una estructura metálica

en forma de riel que sirve para el transporte de los tanques a través de las

diferentes estaciones del proceso.

La estructura de los rieles es una base metálica, en la parte superior del riel

cuenta con dos canales que tiene empotradas ruedas plásticas como se

observa en la figura 2.12, sobre las cuales el tanque es arrastrado de una

estación a otra por el operario.

Figura 2.12. Estructura del riel.

En ciertas partes de la línea de producción se tiene la necesidad de rotar el

tanque para la colocación de los componentes, para esta acción los rieles

tienen un acoplamiento mecánico que eleva un mecanismo de ruedas

orientadas transversalmente a las demás ruedas permitiendo el giro del

tanque como se observa en la figura 2.13.




36

Figura 2.13. Estructura del riel con acoplamiento mecánico.

2.8 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL TANQUE

El tanque que se fabrica en esta línea de producción tiene las

siguientes características:

Aleación de Aluminio 316.

68.58 cm (27 plg) de diámetro.

1.70 metros de largo.

30 Kg de peso.

2.9 BALANCE DE LA LINEA DE PRODUCCIÓN

La empresa para aumentar la producción de tanques realizó un

balance de la línea teniendo como resultado que es necesario reducir los

tiempos de transporte entre cada estación y la estación 6 y 7 hacerlas una

sola para incrementar el número de trabajadores a 2 y reducir el tiempo de 9




37

minutos a 4 minutos, además de reubicar la estación de rolado junto a la de

puntear cuerpo.

Como resultado final del balance se reducen las estaciones a 7, el proceso

de fabricación de tanques se reduce y se incrementa la producción de

tanques.

En la tabla 2.1 se observa los tiempos de transporte y de trabajo de cada

estación actualmente.

ESTACIÓN TIEMPO DETRANSPORTE

TIEMPO DETRABAJO

TIEMPOTOTAL

1- Rolar Cuerpo 0 seg. 2 min 59 seg. 2 min 59 seg.

2- Puntear Cuerpo 37 seg. 1 min 33 seg. 2 min 10 seg.

3- Soldar Longitudinalmente 42 seg. 2 min 36 seg. 3 min 18 seg.

4- Puntear Componentes ySoldar Mamparas

58 seg. 3 min 19 seg. 4 min 17 seg.

5- Soldar Tapas 23 seg. 2 min 49 seg. 3 min 12 seg.

6- Soldado De Componentes 33 seg. 8 min 43 seg. 9 min 7 seg.


8- Prueba De Fugas 36 seg. 4 min 33 seg. 5 min 9 seg.

9- Colocación De Accesorios yLimpieza


Tabla 2.1 - Situación actual de tiempos de transporte y trabajo de cada

estación de la línea de producción de tanques de aluminio.




38

En la tabla 2.2 se observa la nueva configuración de la línea de producción y

los tiempos de transporte y de trabajo de cada estación implementando la

banda transportadora. En la tabla 2.3 se observa la producción actual y

estimada de tanques y el incremento de ellos por la instalación de la banda.

ESTACIÓNTIEMPO DE

TRANSPORTE

TIEMPO DE

TRABAJO

TIEMPO

TOTAL

1- Rolar Cuerpo y PuntearCuerpo


2- Soldar Longitudinalmente 5 seg. 2 min 36 seg. 2 min 41 seg.

3- Puntear Componentes y

Soldar Mamparas6 seg. 3 min 19 seg. 3 min 25 seg.

4- Soldar Tapas 10 seg. 2 min 49 seg. 2 min 59 seg.


6- Prueba De Fugas 7 seg. 4 min 33 seg. 4 min 40 seg.

7- Colocación De Accesorios yLimpieza


Tabla 2.2 - Situación estimada de tiempos de transporte y trabajo de cada

estación de la línea de producción de tanques de aluminio implementando labanda transportadora.

PRODUCCIÓN DE TANQUES POR DIA

SITUACIÓN ACTUAL 60

SITUACION CON LA BANDA 85

INCRMENTO DE TANQUES 25

Tabla 2.3 - Producción de tanques.



INSTITUTO POLIT CNICO NACIONAL 2011

39

2.10 UBICACIÓN DE LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN DE TANQUES DE ALUMINIO DE LA EMPRESA




40

2.11 RESTRUCTURACIÓN DE LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN DE TANQUES DE ALUMINIO DE LA EMPRESA




41

Capitulo 3Diseño de la banda

transportadora




42

3.1 FUNCIONAMIENTO DE LA BANDA TRANSPORTADORA

La banda transportadora cuenta con un sistema de control, este

sistema ya fue mencionado anteriormente en cuanto a su diseño. El sistema

de control está gobernado por una programación de PLC, esta programación

está basada en la línea de producción del tanque de aluminio. A continuación

se describe el funcionamiento del sistema de control.

Primero se enciende el sistema de control, la banda transportadora y en ese

instante la torre de señalización muestra el color verde, una vez que el

tanque de aluminio se le aplico la soldadura longitudinal el operario tiene quecolocar el tanque en los cargadores triples una vez que el tanque se

encuentra en la banda y empieza a moverse hasta llegar a la otra estación

de trabajo entonces el tanque activa el primer sensor (final de carrera) y

segundos después activa el segundo sensor (final de carrera) . Cuando se

cumple esta condición los pistones son activados y la torre de señalización

hace el cambio de la luz verde a rojo y el avance de los pistones es con un

set de rodillos, este set de rodillos va a sostener al tanque de aluminio, coneste movimiento el tanque se encuentra elevado a 15 cm de los cargadores

triples y es cuando el operario toma el tanque y lo coloca en su mesa de

trabajo en ese momento el operario tiene que bajar los pistones con la

activación de un botón de bajar pistón y en ese momento la torre de

señalización hace el cambio de luz roja a luz verde.

El operario realiza su tiempo de trabajo y una vez que termina de trabajarlo

lo regresa a los cargadores triples en ese momento el tanque repite la

secuencia.




43

Cabe señalar que el funcionamiento del sistema de control es el mismo para

cada estación de trabajo pero cada uno es independiente en cuanto a la

programación.

3.2 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA BANDA TRANSPORTADORA

Energizar laLínea de

Producción

Colocar Tanquesobre

CargadoresTriples

Avanza Banda

Transportadora

Llega Tanque aEstación de

Trabajo

Detecta

sensor Si S1=1

Activación deLuz Verde

El Tanque eselevado y

Enciende Luz

Roja

Detecta

sensor Si S2=1

Trabajo delTanque

Colocar tanqueen Cargador

Triple

Avanza Banda

Transportadora

Activación deLuz Verde

Fin de la

secuencia

Si

Si

No

No

Bajar Pistones




44

3.3 SELECCIÓN DEL PLC

Para la selección del Controlador Lógico Programable es necesario

definir cuáles son las señales de entrada y salida así como las características

que se van a utilizar en la operación de la banda.

Cada estación va a ser independiente, pero va realizar la misma acción.

En las siguientes tablas se enlistan las entradas y salidas de cada estación.

ESTACION - SOLDAR LOGITUDINALMENTE

TAG DESCRIPCION TIPO DE SEÑAL SEÑAL DE SALIDAS1-01 FINALES DE CARRERA TIPO EMBOLO 24VCD DI

S2-01 FINALES DE CARRERA EMBOLO 24VCD DI

P_EMERGENCIA BOTON DE PARO DE EMERGENCIA 24VCD DI

BAJAR_PISTON1 BOTON DE BAJAR PISTONES 24 VCD DI

LV-01 LAMPARA INDICADORA VERDE 24 VCD DO

LR-01 LAMPARA INDICADORA ROJA 24 VCD DO

SOL1-01 SOLENOIDE DE PISTÓN (AVANCE) 110VCA DO

ESTACION - PUNTEAR COMPPONENTES Y SOLDAR MAMPARAS

TAG DESCRIPCION TIPO DE SEÑAL SEÑAL DE SALIDA

S1-02 FINALES DE CARRERA TIPO EMBOLO 24VCD DI










45

ESTACION - SOLDAR TAPAS



S2-03 FINALES DE CARRERA TIPO EMBOLO 24VCD DIP_EMERGENCIA BOTON DE PARO DE EMERGENCIA 24VCD DI





ESTACION - SOLDADO DE COMPONENTES


S1-04 FINALES DE TIPO EMBOLO 24VCD DI







ESTACION - PRUEBA DE FUGAS


S1-05 FINALES DE CARRERA TIPO EMBOLO 24VCD DIS2-05 FINALES DE CARRERA TIPO EMBOLO 24VCD DI









46

ESTACION - COLOCACION DE ACCSESORIOS Y LIMPIEZA



S2-06 FINALES DE CARRERA TIPO EMBOLO 24VCD DIP_EMERGENCIA BOTON DE PARO DE EMERGENCIA 24VCD DI





MOTORES


MOTOR1 MOTOR 1 24 VCD DO

MOTOR2 MOTOR 2 24 VCD DO

GABINETE


B_ARRANQUE BOTON DE ARRANQUE 24 VCD AI

B_PARO BOTON DE PARO 24 VCD AI

START/STOP MODO AUTOMATICO 24 VCD AI




47

En total se tienen 24 entradas y 18 salidas, con estos datos seleccionamos el

PLC y el espere.

SELECCIÓN DEL PLC Y EQUIPO PERIFERICO

CANTIDAD MODELO DESCRIPCIONCONTROLADOR EASY

819

1 Moeller EASY-819-AC-RC 12 Digital Input

6 Digital Output

LC Display, Keypad

Week/ Year Clock

1 Moeller EASY-200-POW 85/264 VAC

MODULOS DE E/S

2 Moeller EASY-618-AC-REDigital Input, 24 VCD (12chanel)Digital Output, 24 VCD (6chanel)

3 Moeller EASY-202-REDigital Output, 24 VCD (2chanel)

GABINETE

1 ALCO DM 2K-GE12080303R 120x80x30. uso general

(para equipo electrónico)




48

3.4 PROGRAMA DEL PLC (PROGRAMACIÓN EN ESCALERA)




49




50




51




52




53




54




55

3.5 EXPLICACION DEL PROGRAMA DE PLC

Para la realización del programa se asigno para cada entrada y salida física

un bit de memoria ver figuras 3.1 y figura 3.2.

Figura 3.1. Asignación de entradas físicas a un bit de memoria.

Figura 3.2. Asignación de salidas físicas a un bit de memoria.




56

Esto se hace con la intención de que en el momento en que se presente unafalla en alguna entrada o salida del PLC, solo se direcciona a otra salida oentrada, desde el inicio del programa y se ahorra el trabajo de hacerlo en

cada una de las etapas del programa.Para activar todo el sistema se coloco un botón de arranque, de paro y deemergencia, una vez que se activa el botón de arranque se enclavan lassalidas de los motores (M1 y M2), como se muestra en la figura 3.3.

Figura 3.3. Encendido de la banda transportadora.

El programa contiene una secuencia lógica para la operación del tanque dealuminio la cual es la siguiente: una vez que se activo el botón de automáticoen el tablero principal los motores siempre estarán en funcionamiento a suvez las torres de señalización se encontraran en color verde, el tanqueavanzara hasta llegar a la estación más próxima en donde se encuentrancolocados dos sensores uno al inicio y otro al final de la bandatransportadora en el momento en que se activen los finales de carreramandaran una señal al plc, y este a su vez cambiara la torre de señalizaciónde color verde a rojo así como activara la electroválvula para la elevación deltanque, como se ilustra en la figura 3.4.




57

Figura 3.4. Funcionamiento de una estación de trabajo.

Una vez que se llevo a cabo la operación del tanque el operario colocara eltanque en la base metálica y oprimirá el botón que retrae los pistones paraque el tanque siga su viaje a la siguiente operación. Cada estación de trabajomantiene la misma filosofía de control.




58

3.6 CÁLCULOS ELECTRICOS

3.6.1 POTENCIA TOTAL

TORRES DE LÁMPARAS INDICADORAS

En 6 estaciones de trabajo colocará una torre de lampas indicadoras

de 2 colores (rojo y verde), cada lámpara consume 7 Watts a 24 VDC su uso

es continuo de tal forma que su carga será:

.….…[1]

MOTORES

Para inducir el movimiento motriz de la banda transportadora se instalarán 2

motores de inducción tipo jaula de ardilla de 1 H.P a 220 V de C.A. Cada

motor consume 745 Watts, (1 HP=745 Watts) por lo que la carga total será:

…….……..[2]

PLC

Para el control de la banda se selecciono un PLC marca Moeller modeloEASY-819 AC-RC de 12 entradas y 6 salidas, con tres módulos de

expansión alimentación de 115-240 V de C.A. Que consumen en total 400

Watts.

..................................[3]

Carga Total Es 2.4675 kW.




59

3.6.2 CALIBRE DE LOS CONDUCTORES

El calibre de los conductores de nuestro sistema está determinado por:

Carga total = 2.4675 kW

Cos φ = 0.85

F.D. =0.70

Tipo de conductor= THWN

Se selecciona este tipo de conductor por sus características de resistencia a

la acción de aceites, grasas, ácidos y gasolina además de ser un tipo de

conductor para uso industrial.

...................................................[4]

...................................................[5]

El calibre del conductor por tablas corresponde a # 14

El diámetro de la tubería para este calibre es:

Se considerará una protección termomagnético contra sobrecargas de 20A,

127 V.

3.7 CALCULO DEL MOTORREDUCTOR

Primero se estableció la velocidad que se requiere que tenga la banda

transportadora, de la siguiente forma:

Se determino una distancia de 6m (sobre el riel),




60

Se colocó el tanque y se deslizó sobre el riel a diferentes velocidades,

con la finalidad de encontrar la velocidad adecuada para que el tanque

no pierda el equilibrio sobre el riel. Se obtuvo la siguiente información

(Tabla 3.1):

Distancia [m] Tiempo [seg]6 236 176 406 156 12

Tabla 3.1 – Determinación de la velocidad para la banda transportadora.

Se selecciono el tiempo de 17 seg. Porque el cilindro no viaja ni muy

rápido ni muy lento por lo que el tanque se mantiene en equilibrio, dados

estos parámetros se obtiene la velocidad que tendrá la banda transportadora.

……………………….……………….[6]

Donde:

V= Velocidad [m/seg]

d= Distancia [m]

t= Tiempo [seg]

Ahora hay que calcular cuantas revoluciones necesita dar la el rodillo tambor

para que tenga esta velocidad, para esto seguimos el siguiente análisis:

La velocidad nos indica que 0.3529 m se recorre en un segundo.El diámetro del cilindro tambor es de 0.0635 m, calculamos el perímetro (P)

del rodillo el cual transmite el movimiento a la banda.

……………………………………[7]




61

Donde:

P = Perímetro.

D= Diámetro [m]

Basándose en la siguiente imagen se observa que la banda tiene contacto

directo sobre la mitad de la circunferencia del rodillo, por lo tanto al haber 1

revolución la banda tiene un avance de 0.2m, pero para que la banda avance

0.3529m cuantas revoluciones tendría que dar el cilindro, esto lo obtenemos

con la siguiente relación:

Por lo tanto para que la banda avance 0.3529 m se necesita dar 1.76

revoluciones en un segundo (RPS) para lograr la velocidad de 0.3529 m/seg.

Se realiza el cambio de RPS a RPM para calcular la relación de reducción

del motor reductor, obteniendo como resultado: 105.6 RPM

Una vez que se tienen las RPM se procede a calcular la relación del moto-

reductor, pero para realizar este cálculo se necesitan saber la velocidad del

motor, la cual es de 1800 RPM.

…………….……………[8]

La relación de reducción que debe tener el moto-reductor es de: 17:1.




62

3.8 CALCULO DE LA POTENCIA REQUERIDA POR EL MOTOR

La potencia eléctrica que se necesita para desplazar la carga de

170Kg estará dada por la ecuación [9]:

…………………………………….[9]

Donde:

P N = Potencia Nominal del Motor en [KW]

F = Fuerza en [N]

v = Velocidad de avance en [m/seg]

n = Rendimiento Mecánico.

El rendimiento mecánico se refiere a que tan eficiente es la transmisión de la

potencia mecánica a través del mecanismo de transmisión. Para esta

aplicación tomaremos como 0.9 la eficiencia ya que se trata de un

acoplamiento directo a la flecha del motor por lo que se considera altamente

eficiente. La fuerza esta dada por la siguiente ecuación [10]:

……………………………………[10]Donde:

m= Masa en [Kg]

m=170 Kg

g= aceleración

g=9.81m/seg2

v= Velocidad

v=0.3529m/seg.N= Rendimiento mecánico

n=0.9

)




63

Sustituyendo los valores en la ecuación [9], tenemos:

La potencia requerida para el motor es de 320.59 W

Por lo tanto los HP´s serán:

……………………………..……….[11]

Donde:

PN= Potencia Nominal del Motor en [watts].

746 W equivalen a 1hp.

Es decir que se necesita un motor de 0.4297 hp. En este caso el motor

comercial que se aproxima al valor obtenido es el de 0.5 hp o ½ hp.

3.9 SELECCIÓN DE LOS CILINDROS NEUMATICOS

El cilindro neumático consiste en un cilindro cerrado con un pistón en

su interior que se desliza y transmite movimiento al exterior mediante un

vástago (Figura 33).

Figura 33. Cilindro neumático.




64

Existen diferentes tipos de cilindros neumáticos para diferentes aplicaciones

entre los cuales se encuentran:

Cilindros de doble efecto. El aire a presión entra por el orificio de la

cámara trasera, y al llenarla, hace avanzar el vástago, que en su

carrera comprime al aire de la cámara delantera que se escapa al

exterior atreves de correspondiente orificio. En la carrera inversa del

vástago se invierte el proceso, entrando aire por la cámara delantera y

siendo evacuado por el orificio de la cámara trasera.

Cilindros de simple efecto. El funcionamiento de estos cilindros es

similar a la de los de doble efecto, exceptuando que la carrera inversa

del vástago se efectúa gracias a la acción de un muelle, efecto de lagravedad o peso del cuerpo.

Cilindro Guiado. En estos cilindros dos o mas vástagos rígidos

guiados proporcionan una anti rotación al mecanismo acoplado al

cilindro, evitando las fuerzas radiales y de torsión que ejercería la

carga en un cilindro de doble o simple efecto.

Cilindro de impacto. El vástago se mueve a una gran velocidad

(10m/s) y son utilizados en las prensas para trabajos de embutición,remachado, etc.

Cilindro de rotación. Proporciona un movimiento de rotación gracias a

una cremallera unida al vástago o a un elemento rotativo de paletas[2].

3.9.1 CALCULO DE LOS CILINDROS NEUMÁTICOS

Las principales variables a considerar en la selección de los cilindros

neumáticos son la fuerza del cilindro, la carga, el consumo de aire y la

velocidad del pistón.




65

La fuerza del cilindro es una función del diámetro del cilindro, de la presión

del aire y del roce del embolo, que depende de la velocidad del embolo y que

se toma en el momento de arranque. La fuerza que el aire ejerce sobre el

pistón es:

…………………………………[12]

Trabajando en unidades del Sistema Internacional de Unidades (SI), la

longitud es el metro (m), la fuerza viene dada en newton (N) y la presión en

Pascales (Pa) que es la presión ejercida por una fuerza de 1 N sobre una

superficie de 1m2 (1 Pa = N/m2). Como el Pascal es una unidad muy

pequeña se utiliza una unidad llamada Bar que equivale a:

1Bar = 100,000 Pa

Para los cilindros de simple efecto la fuerza está dada por:

Convertimos la presión (Pa) de N/m2 a N/mm2.

Sustituimos esta equivalencia en la ecuación [12] y obtenemos la ecuación

de la fuerza que el aire ejerce sobre el pistón.

…………………………[13]

Donde:

F = Fuerza [N]

P aire = Presión del aire [Bar]

A cilindro = Área [mm2]




66

Se sustituye el área del cilindro en la formula:

……………..…………………[14]

…………………………[15]

Donde:

D = Diámetro del cilindro [mm].

Y la relación queda:

…………….……………..[16]

Se procede a realizar los cálculos

Datos

Paire = 7 Bar.

Fmuelle = Despreciable.

F = ?

D = ?

Formulas

Donde:

m = Masa del cuerpo [Kg]

g = Gravedad [9.81]

Cálculos




67

Por lo tanto el diámetro de los pistones es de 21.12 mm, con una carrera de

150mm.

El cilindro neumático que se requiere no es exactamente de estas

dimensiones por lo que se selecciona uno comercial:

Cilindro neumático de simple efecto con retorno por muelle de 25 mm de

diámetro con una carrera de 150mm, con montaje de brida posterior [3].




68

3.10 DIAGRAMAS DE LA BANDA TRANSPORTADORA

3.10.1 BASE METÁLICA




69

3.10.2 SET DE RODILLOS TRIPLES




70

3.10.3 SISTEMA DE TRACCIÓN




71

3.10.4 SISTEMA DE LEVANTAMIENTO




72

3.10.5 UBICACIÓN DE SENSORES, TORRE DE LÁMPARAS INDICADORAS Y ESTACIÓN DE BOTONES




73

3.10.6 DISEÑO DE LA BANDA TRANSPORTADORA SEMIAUTOMATICA




74

3.10.6 UBICACIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA EN LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN




75

3.10.7 DIAGRAMA ELÉCTRICO DEL PLC CLEMA FUNCION

1 VOLTAJE (L1)

2

3

4

5

6

7 BOTON DE ARRANQUE

8

9

1011

VOLTAJE (L1)

BOTON DE PARO

SIN APLICACION (I7)

SENSOR1-01 FINAL DE CARRERA

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

25

26

27

2829

30

31

32

22

23

24

SIN APLICACION

SIN APLICACION

SIN APLICACION

BOTON DE PARO POR EMERGENCIA

SIN APLICACION (R5)

VOLTAJE (L1)

VOLTAJE (L1)

SIN APLICACION (I8)

SENSOR2-01 FINAL DE CARRERABOTON DE BAJAR PISTON1

BOTON DE MODO AUTOMATICO



BOTON DE BAJAR PISTON2






BOTON DE BAJAR PISTON4SENSOR1-05 FINAL DE CARRERA






L1 L2 L3 PLC: EASY 819 AC RC

INTERRUPTORTERMOMAGNETICO

CLEMAS

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 23 24 25 26 27 28 29 30 31 3212 1 3 1 4 15 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 21 2 2

COMPONENTE MARCA MODELO CANTIDAD

INTERRUPTORTERMO MAGNETICO

MOELLER PLS 6 C3/3 1

PLC MOELLEREASY 819 AC-RC

1

RELEVADOR FINDER OCTAL 2

CLEMA PHENIXCONTACT

UK2,5 N 32

RELEVADORES




76

S1-06

S2-06

BAJAR_PISITON6

SENSOR2 FINAL DE CARRERA (R6)

BOTON DE BAJAR PISTON (R7)



BOTON DE BAJAR PISTON6 (R10)

MOTOR (Q1)

LAMPARA VERDE (Q2)

LAMPARA ROJA (Q3)

SOLENOIDE1 (Q4)

LAMPARA VERDE (Q5)

LAMPARA ROJA (Q6)

SOLENOIDE1 (S1)

LAMPARA VERDE (S2)LAMPARA ROJA (S3)

SOLENOIDE1 (S4)

LAMPARA VERDE (S5)

LAMPARA ROJA (S6)

SOLENOIDE (2S1)LAMPARA VERDE (2S2)

LAMPARA ROJA (2S3)

SOLENOIDE1 (2S4)

LAMPARA VERDE (2S5)

LAMPARA ROJA (2S6)SOLENOIDE1 (2S7)

CLEMA FUNCION

L1 LINEA 1

L2

L3

N

BOTON_PARO

BOTON_ARRANQUE

S1-01 SENSOR1 FINAL DE CARRERA (I3)

S2-01

BAJAR_PISTON1

MODO_AUTOMATICO

LINEA 2

BOTON DE ARRANQUE (I2)

SENSOR2 FINAL DE CARRERA (I4)

BOTON DE BAJAR PISTON1 (I5)

BOTON DE MODO AUTOMATICO (I6)

MOTOR

LV-01

LR-01

SOL1-01

LV-02

LR-02

SOL1-02

LV-03LR-03

SOL1-03

LV-04

LR-04

SOL1-04LV-05

LR-05

SOL1-05

LV-06

LR-06

SOL1-06

LINEA 3

NEUTRO

BOTON DE PARO (I1)

B_EMERGENCIAS1-02

S2-02

BOTON DE PARO POR EMERGENCIA (I7)SENSOR1 FINAL DE CARRERA (I8)


BAJAR_PISTON2 BOTON DE BAJAR PISTON2 (I10)

S1-03

S2-03

BAJAR_PISTON3

S1-04



BOTON DE BAJAR PISTON3 (R1)


S2-04

BAJAR_PISTON4S1-05


BOTON DE BAJAR PISTON4 (R4)SENSOR1 FINAL DE CARRERA (R5)

S2-05

BAJAR_PISTON5




77

3.10.8 DIAGRAMA ELECTRONEUMÁTICO

0

1 1 1 1 1 1

111111

3 3 3 3 3 3

1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0

1.01 2.01 3.01 4.01 5.01 6.01

1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1

6.25.24.23.22.21.2 222222

2 2 2 2 2 2

121212121212

SOL1-01 SOL1-02 SOL1-03 SOL1-04 SOL1-05 SOL1-06

FILTRO

REGULADORDE PRESIÓN

LUBRICADOR

COMPRESOR

MANOMETRO




78

Capitulo 4

Estudio Económico




79




80




81




82




83




84




85




86




87




88




89




90




91




92




93

4.11 TABLA RESUMEN DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA

Para la elaboración de esta tabla se tomaron varios resultados de las tablas anteriores con la finalidad de observar y analizar en que tiempo la empresa va a recuperar la inversión del

proyecto y llegar a la conclusión de ver si el proyecto es rentable para su implementación, los valores que se tomaron en cuenta fueron: inversión total del proyecto, el incremento de la

producción de tanques mensuales, ahorros por mano de obra, depreciación, gastos de mantenimiento.

.

FLUJO DE FONDOS EN EL 1er. AÑO AÑO 0 MES 1 MES 2 MES 3 MES 4 MES 5 MES 6 MES 7 MES 8 MES 9 MES 10 MES 11 MES

INGRESOS

INCREMENTO DE PRODUCCIÓN POR ELPROYECTO $1,915,099.75 $1,915,099.75 $1,915,099.75 $1,915,099.75 $1,915,099.75 $1,915,099.75 $1,915,099.75 $1,915,099.75 $1,915,099.75 $1,915,099.75 $1,915,099.75 $1,915,

AHORROS POR MANO DE OBRA $5,345.60 $5,345.60 $5,345.60 $5,345.60 $5,345.60 $5,345.60 $5,345.60 $5,345.60 $5,345.60 $5,345.60 $5,345.60 $5,

EGRESOS

COSTO TOTAL UNITARIO $1,162,315.00 $1,162,315.00 $1,162,315.00 $1,162,315.00 $1,162,315.00 $1,162,315.00 $1,162,315.00 $1,162,315.00 $1,162,315.00 $1,162,315.00 $1,162,315.00 $1,162,

GASTOS FIJOS $478,775.00 $478,775.00 $478,775.00 $478,775.00 $478,775.00 $478,775.00 $478,775.00 $478,775.00 $478,775.00 $478,775.00 $478,775.00 $478,

DEPRECIACIÓN $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,

FLUJO ANTES DE IMPUESTOS $264,110.88 $264,110.88 $264,110.88 $264,110.88 $264,110.88 $264,110.88 $264,110.88 $264,110.88 $264,110.88 $264,110.88 $264,110.88 $264,

MENOS IMPUESTOS 30% -$79,233.27 -$79,233.27 -$79,233.27 -$79,233.27 -$79,233.27 -$79,233.27 -$79,233.27 -$79,233.27 -$79,233.27 -$79,233.27 -$79,233.27 -$79,

FLUJO DESPUES DE IMPUESTOS $184,877.62 $184,877.62 $184,877.62 $184,877.62 $184,877.62 $184,877.62 $184,877.62 $184,877.62 $184,877.62 $184,877.62 $184,877.62 $184,

DEPRECIACIÓN $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,898.87 $9,

INVERSIÓN TOTAL DEL PROYECTO $809,863.90

GASTOS DE MANTENIMIENTO $11,200.00 $11,200.00 $11,200.00 $11,200.00 $11,200.00 $11,200.00 $11,200.00 $11,200.00 $11,200.00 $11,200.00 $11,200.00 $11,

FLUJO NETO -$1,187,863.90 $183,576.48 $183,576.48 $183,576.48 $183,576.48 $183,576.48 $183,576.48 $183,576.48 $183,576.48 $183,576.48 $183,576.48 $183,576.48 $183,

FLUJO ACUMULADO -$1,187,863.90 -$1,004,287.42 -$820,710.93 -$637,134.45 -$453,557.96 -$269,981.48 -$86,404.99 $97,171.49 $280,747.98 $464,324.46 $647,900.95 $831,477.43 $1,015,

Tabla 4.16 – Resumen de la implementación de la banda transportadora.




94

Conclusiones




95

Los objetivos se cumplieron dado que la propuesta de diseño de la

banda transportadora reduce considerablemente los tiempos de transporte

entre cada estación, tabla 2.2, coloca al tanque en cada estación en una

posición en donde el operario puede manipularlo fácilmente reduciendo los

esfuerzos físicos para poder realizar sus respectivos trabajos de estación.

Con la implementación de la banda transportadora en la línea se observa en

el balance de la línea un incremento de la producción de tanques y como

consecuencia de ello un aumento de las utilidades de tal manera que la

inversión total de la banda se recupera en un mes, tabla 4.16.

Con los beneficios que ofrece la implementación de la banda transportadora

en la línea de producción de tanques de aluminio, se demuestra a la

empresa la importancia de automatizar las demás líneas de producción para

el aumento de producción de tanques, tabla 4.13.

El diseño de la banda así como los sistemas que la conforman, la selecciónde piezas, el control fueron basados en los conocimientos adquiridos durante

nuestra preparación como ingenieros dejándonos como experiencia que con

la aplicación de nuestros conocimientos podemos dar soluciones a las

empresas, también como es el desarrollo completo de un proyecto y que

aspectos se deben considerar para que este sea viable, y que papel

desempeñaremos en la industria.

Actualmente en cualquier línea de proceso es de suma importancia la forma

en que los materiales son transportados para su transformación en

productos, una buena opción es la implementación de bandas

transportadoras ya que con su correcta selección brinda grandes beneficios a




96

la líneas de producción, reduciendo tiempos de transporte, eliminando

movimientos innecesarios, aumentando la fluidez de la producción, permite el

control y monitoreo de cada estación de la línea, evita el deterioro y maltrato

del producto y sobre todo disminuye los accidentes de transportes tanto del

operario como en el transporte.




97

Glosario




98

Depreciación - Se refiere a una reducción en un periodo de tiempo

establecido del valor de una propiedad, planta o equipo. Esta depreciación

puede derivarse de tres razones principales: el desgaste debido al uso, el

paso del tiempo, la obsolencia.

DI - Son las siglas que hacen referencia a las Entradas de tipo Digital (en

inglés Digital Inputs) del PLC.

DO - Son las siglas que hacen referencia a las Salidas de tipo Digital (en

ingles Digital Outputs) del PLC.

Electroválvulas – Válvula cuya activación o manipulación es por medio de

impulsos eléctricos a sus solenoides o bobinas eléctricas para el cambio de

posición.

Final de Carrera - Censor que funciona como interruptor ON/OFF, su

aplicación principal es la de establecer límites de movimientos mecánicos.

Flujo Acumulado - Utilidad neta que se obtiene por la producción de un

producto o servicio.

Muelle - Resorte cuya función es la de volver a su estado inicial cualquier

dispositivo neumático (válvulas y cilindros) después de un cambio de estado.

PLC - Son siglas que hacen referencia a un Controlador lógico programable

(en inglés Programmable Logic Controller).




99

Relación de Reducción 17:1 - Significa que por cada 17 revoluciones del

motor, el reductor dará 1 revolución.

Sueldar - Sinónimo de soldar, termino técnico utilizado en las industrias que

hace referencia a unir firmemente dos piezas o partes de una cosa,

generalmente de metal, mediante calor y una sustancia igual o semejante a

las que se pretende unir.

Válvula 3/2 - Expresa la configuración de una válvula, la expresión 3/2 indica

que la válvula tiene 3 vías y es de 2 posiciones.




100

Bibliografía




101

Libros:

[1] Manual De Fabricación De Bandas Y Rodillos TransportadoresPirelly, Willian

Editorial Mac Graw Hill

Impreso en Madrid (España) 1992

[2] Neumática E Hidráulica Antonio Creus Solé .

Edit. Alfaomega.

Primera Edición.

[3] NeumaticaSMC International Training.

Edit. Thomson Paraninfo.

Segunda Edición.

Paginas de internet:

[4] http://es.wikipedia.org/wiki/Cinta_transportadora [5] http://www.monografias.com/trabajos58/diseno-cintas

transportadoras/diseno-cintas-transportadoras.shtml

[6] www.google.com.com Bandas y rodillos transportadoras

http://es.wikipedia.org/wiki/Cinta_transportadora


http://www.monografias.com/trabajos58/diseno-cintas%20transportadoras/diseno-cintas-transportadoras.shtml



http://www.google.com.com/









102

Anexos




TABLA DE FUERZA DE EMPUJE DE UN PISTÓN DE SIMPLE EFECTO

Fuerza de empuje actuando el aire en toda el área del pistónDiámetro

delcilindro

(mm)

Área delpistón(mm2)

Fuerza de empuje en Newton (N) a variaspresiones (Bar)

1 5 7 106 28 2.8 14.1 19.8 28.38 50 5 25.1 35.2 50.2

10 79 7.9 39.3 55 78.512 113 11.3 56.5 79.1 11314 154 15.4 76.9 107.7 153.916 201 20.1 100.5 140.7 20120 314 31.4 157 219.8 31425 491 49.1 245.3 343.4 490.632 804 80.4 401.9 562.7 803.840 1257 125.6 628 879.2 125650 1963 196.3 981.3 1373.8 1962.563 3117 311.6 1557.8 2181 3115.780 5027 502.4 2512 3516.8 5024100 7854 785 3925 5495 7850125 12272 1226.6 6132.8 8585.9 12265.6160 20106 2009.6 10048 14067.2 20096200 31416 3140 15700 21980 31400

Presupuesto de Faja

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