Proyecto integrador laboratorio de procesos industriales

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
CAMPUS SANTIAGO
LABORATORIO DE PROCESOS INDUTRIALES
PROYECTO INTEGRADOR
Integrantes: Mónica Rodríguez 2860559-5
Esteban Vera 2860503-K
M. Jimena Zapata 2860555-2
Profesor: Pablo Escalona
Paralelo: 5
Fecha: Lunes 19 Julio 2010

Universidad Técnica Federico Santa María
Campus Santiago
Laboratorio de Procesos Industriales
Prof. Pablo Escalona
1
Introducción
A partir de los conocimientos teóricos y prácticos obtenidos durante los laboratorios de
Taller Metal - Mecánico y CIMA, se elaboró un proyecto el cual consiste en crear un sistema básico
de manufactura para 3 modelos de carros mineros, identificando y seleccionando adecuadamente
el proceso y el tipo de máquina que corresponda para la fabricación de cada pieza. Para esto se
utilizará como herramienta los planos de fabricación que entregarán las dimensiones exactas de
cada parte y pieza.
La empresa Maestranza MPE Ltda., es una empresa que fabrica y comercializa equipos
para el rubro minero, de transporte, construcción, seguridad, maquinaria agrícola, sistemas de
calefacción y maquinaria forestal entre otros. Ésta debe abastecer carros de transporte de
mineral, que serán utilizados en minería subterránea. La demanda de carros viene dada por tres
diferentes modelos:
Modelo Demanda Mensual
Andina 100
Teniente 50
Económico 80
Para poder guiar de manera ordenada el proceso de fabricación de carros mineros es
necesario realizar un diagrama de flujo el cual explique de manera general en qué orden deben
realizarse las operaciones a las distintas piezas para obtener el producto final.
Posteriormente es necesario realizar una planilla Excel con todos los cálculos relevantes
para la obtención del producto final, entre ellos las condiciones de proceso (fresado, corte,
torneado, taladrado, soldadura y pintura), ruta de fabricación, tiempo unitario de proceso y
fabricación y tiempo total de fabricación por proceso, entre otras condiciones. Todo esto se
utilizará para poder determinar el número de máquinas requeridas por proceso para
posteriormente determinar los costos unitarios y totales de materias primas, máquinas y mano de
obra que conlleva la fabricación de la demanda de carros.

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Desarrollo
 Fabricación:
Para poder fabricar el carro minero se tienen las siguientes materias primas:
Planchas de acero: De dimensiones 3.000 x 2.0000 mm (largo, ancho), necesarias para fabricar las
piezas 1, 2, 3, 4, 5, 6a, 6b y 7.
Barras cilíndricas de acero: De largo 3.000 mm y diámetro variable dependiendo del tipo de carro
minero, necesarias para fabricar la pieza 8.
Chatarra de acero: Necesaria para fabricar la pieza 9 a través de un proceso de fundición de la
misma en hornos de fundición con capacidad de 50 lt.
Pintura: Necesaria para pintar el carro minero para ser entregado en forma adecuada a la empresa
minera.
También se debe tener en cuenta las condiciones de operación del taller de la empresa, las
cuales son:
- 8 hr. diarias por turno
- 5 días a la semana
- 4 semanas al mes
El número de turnos será elegido de acuerdo a cuál de éstos incurra en el menor costo,
considerando para ello el número real de máquinas y el número de operarios que intervienen en
el proceso de fabricación del carro minero.
 Diagrama de Flujo:
Se utilizará esta herramienta para comprender de manera general y clara el orden en que
se generan los procesos para transformar cada materia prima en sus respectivas piezas, que
completarán finalmente el carro minero.
Como primer paso las planchas de acero son cortadas mediante Corte por Plasma, y de
este proceso salen las piezas 1, 2, 3, 4, 5, 6a, 6b y 7. Posteriormente las piezas 6a y 6b se
ensamblan y se sueldan, para luego ser ensambladas y soldadas junto a las piezas 1, 2 y 3.
La pieza 8 se fabrica mediante un torneado burdo y fino de las barras cilíndricas de acero,
y luego son ensambladas junto a la pieza 7 a la cual se le realizan dos taladrados de diferentes
espesores y diámetros.

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Por otra parte la pieza 9 que se fabrica mediante la fundición de chatarra, primero se
taladra, luego se le realiza un fresado burdo y por último un torneado burdo. Dependiendo del
tipo de modelo del carro (Andina, Teniente y Económico) se decidirá hacer un fresado y torneado
fino. En este caso solo al modelo Andina y Teniente se le realizarán estas operaciones.
Una vez terminada la pieza 9, ésta debe ser ensamblada y soldada a las piezas 7 y 8, y a su
vez este conjunto (piezas 7,8 y 9) se ensambla y se sueldan a las piezas 4 y 5.
Hasta el momento se tienen 2 partes del carro ensambladas y soldadas, el contenedor
(piezas 1, 2, 3 y 6) y la base del carro (piezas 4, 5, 7, 8, 9). Ambas partes son finalmente
ensambladas y pintadas para luego, ser entregadas y utilizadas en una empresa minera.

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Figura 1: Diagrama de Flujo del proceso

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Resultados
A partir de las matrices de velocidades, geométrica, de tiempos unitarios y totales de
proceso y fabricación que se encuentran en la planilla Excel, se obtuvieron los siguientes
resultados de acuerdo a la demanda planteada inicialmente.
TIEMPO TOTAL DE MÁQUINA
Equipo TTDem TTDisp N° Teórico Máquinas N° Real de Máquinas % Utilización
Torno 16228,565 9600 1,690 3 56,35%
Fresa 27979,782 9600 2,915 4 72,86%
Taladro 12181,875 9600 1,269 2 63,45%
Cortadora Plasma 26774,082 9600 2,789 4 69,72%
Cortadora Oxicorte 49487,381 9600 5,155 7 73,64%
Soldadura Manual 216274,403 9600 22,529 28 80,46%
Soldadura MIG 94383,869 9600 9,832 13 75,63%
Fundición 14795,113 9600 1,541 2 77,06%
Pintura y Secado 2341,287 9600 0,244 1 24,39%
Tabla 1: Tiempos totales de máquina de acuerdo a las horas requeridas en 1 turno de trabajo.
De donde el porcentaje de utilización no debe sobrepasar el 80%, ya que se debe dejar un
margen sujeto a posibles cambios en la demanda y así tener capacidad suficiente para futuras
producciones mayores. A partir de lo anterior, se estimó la cantidad real de máquinas a utilizar.
Luego, dependiendo de los turnos de trabajo, el tiempo disponible para la fabricación del
carro variará, al igual que el número real de máquinas y operarios:
NUMERO DE MAQUINAS REAL
Turno/Proceso Torno Fresa Taladro C. Plasma C. Oxicorte Sold. Manual Sold. MIG Fundición Pintura Total
1 3 4 2 4 7 28 13 2 1 64
2 2 2 1 2 4 14 7 1 1 34
3 1 2 1 2 3 10 5 1 1 26
Tabla 2: Número de máquinas y operarios según los turnos de trabajo.
Cabe mencionar que para cada máquina existe una cantidad de operarios asignados, por lo
tanto, al aumentar los turnos disminuirá la cantidad de máquinas y de operarios requeridos, pero
la cantidad total de operarios aumentará al doble o triple dependiendo de los turnos (lo cual ya
viene calculado en la Tabla).
NUMERO DE OPERARIOS
Turno/Proceso Torno Fresa Taladro C. Plasma C. Oxicorte Sold. Electrodo Sold. MIG Fundición Pintura Ensamble Total
1 3 4 2 8 14 28 13 4 1 1 78
2 4 4 2 8 16 28 14 4 2 2 84
3 3 6 3 12 18 30 15 6 3 3 99

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Por otra parte, a partir de la planilla de diseño, fue posible determinar los costos de
fabricación por pieza, producto y proceso, detallando el costo asociado por materias primas,
máquina y mano de obra.
COSTO TOTAL POR PIEZA ($/pieza)
Pieza/Costo Materia Prima Máquina Mano de Obra Total
A1 $ 10.200.000 $ 58.733 $ 234.933 $ 10.493.667
T1 $ 5.100.000 $ 32.680 $ 130.720 $ 5.263.400
E1 $ 6.000.000 $ 36.525 $ 146.101 $ 6.182.627
A2 $ 12.000.000 $ 82.467 $ 329.867 $ 12.412.333
T2 $ 5.100.000 $ 40.360 $ 161.440 $ 5.301.800
E2 $ 6.000.000 $ 44.717 $ 178.869 $ 6.223.587
A3 $ 3.900.000 $ 28.389 $ 113.556 $ 4.041.944
T3 $ 1.800.000 $ 17.289 $ 69.156 $ 1.886.444
E3 $ 2.100.000 $ 18.627 $ 74.507 $ 2.193.133
A4 $ 7.500.000 $ 52.571 $ 210.286 $ 7.762.857
T4 $ 2.700.000 $ 25.324 $ 101.295 $ 2.826.619
E4 $ 3.000.000 $ 24.490 $ 97.958 $ 3.122.448
A5 $ 7.500.000 $ 102.081 $ 408.325 $ 8.010.406
T5 $ 3.000.000 $ 49.270 $ 197.079 $ 3.246.349
E5 $ 3.900.000 $ 42.640 $ 170.561 $ 4.113.202
A6a $ 1.500.000 $ 19.178 $ 76.711 $ 1.595.889
T6a $ 600.000 $ 13.032 $ 52.126 $ 665.158
E6a $ 900.000 $ 13.691 $ 54.764 $ 968.455
A6b $ 600.000 $ 43.696 $ 174.782 $ 818.478
T6b $ 300.000 $ 24.413 $ 97.652 $ 422.065
E6b $ 300.000 $ 20.621 $ 82.484 $ 403.105
A7 $ 900.000 $ 72.712 $ 334.179 $ 1.306.891
T7 $ 300.000 $ 38.672 $ 177.029 $ 515.701
E7 $ 600.000 $ 40.369 $ 195.961 $ 836.331
A8 $ 20.000.000 $ 161.214 $ 322.428 $ 20.483.641
T8 $ 10.000.000 $ 72.865 $ 145.730 $ 10.218.596
E8 $ 10.800.000 $ 63.873 $ 127.746 $ 10.991.619
A9 $ 1.115.999 $ 2.028.008 $ 3.144.007
T9 $ 429.447 $ 811.192 $ 1.240.638
E9 $ 436.303 $ 810.040 $ 1.246.343
Tabla 3: Costos totales por pieza
COSTO TOTAL POR CARRO ($/carro)
Modelo Materia Prima Máquina Mano de Obra Total
Andina $ 646.460 $ 24.221 $ 78.086 $ 748.767
Teniente $ 582.422 $ 20.200 $ 67.031 $ 669.653
Económico $ 423.494 $ 13.400 $ 46.371 $ 483.265
Total $ 1.652.376 $ 57.821 $ 191.488 $ 1.901.684
Tabla 4: Costos totales por carro.

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COSTO TOTAL POR PROCESO ($)
Proceso Andina Teniente Económico Total ($) Porcentaje (%)
Torno $ 678.511 $ 302.370 $ 236.261 $ 1.217.142 6%
Fresa $ 1.052.446 $ 441.252 $ 371.621 $ 1.865.319 10%
Taladro $ 308.527 $ 157.818 $ 244.265 $ 710.609 4%
Corte Plasma $ 2.190.810 $ 1.149.345 $ 1.122.192 $ 4.462.347 23%
Fundición $ 1.739.820 $ 635.986 $ 706.509 $ 3.082.315 16%
Pintura $ 66.947 $ 30.321 $ 43.210 $ 140.477 1%
Soldadura
MIG
$ 4.043.669 $ 1.569.440 $ 1.937.601 $ 7.550.710 39%
Ensamble $ 150.000 $ 75.000 $ 120.000 $ 345.000 2%
Tabla 5: Costos totales por proceso.
Y finalmente, el costo total de todos los carros demandados, y sus respectivos porcentajes:
COSTO TOTAL DE CARROS ($)
Modelo Materia Prima Máquina Mano de Obra Total
Andina $ 64.645.951 $ 2.422.143 $ 7.808.588 $ 74.876.681
Teniente $ 29.121.110 $ 1.009.978 $ 3.351.553 $ 33.482.641
Económico $ 33.879.527 $ 1.071.991 $ 3.709.667 $ 38.661.185
Total $ 127.646.587 $ 4.504.112 $ 14.869.807 $ 147.020.507
86,82% 3,06% 10,11%
Tabla 6: Costo total de carros
PORCENTAJE DE COSTO TOTAL
Modelo Materia Prima Máquina Mano de Obra
Andina 86,34% 3,23% 10,43%
Teniente 86,97% 3,02% 10,01%
Económico 87,63% 2,77% 9,60%
Tabla 7: Porcentaje de Costo total de carros
Automatización
 Propuesta 1: Sistema que permita automatizar cada carro en forma independiente.
Se ha solicitado desarrollar un sistema que cumpla con los siguientes objetivos:
 Desplazarse por su propia cuenta sobre las vías.
 Detectar el lugar de carga y descarga de material.
 Activar una rutina de volcamiento del material (descarga).
 Detectar la presencia de obstáculos en el trayecto ante lo cual debe detenerse.
Para la automatización, serán necesarios los siguientes elementos:

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- PLC: Será necesario un PLC modular, con al menos 10 entradas y 8 salidas
- Motor eléctrico: Para el movimiento del carro será necesario que cuente con un motor
eléctrico que le permitirá desplazarse por las vías, las cuales también suministrarán la
electricidad para su funcionamiento.
- Freno: Impedirán el movimiento del carro mientras estén activos.
- Bandeja: Bandeja lleva el elevador, para que se posicione entre el contenedor y la base
del carro.
- Elevador: Eleva el contenedor separándolo de la base para su posterior descarga.
- Palanca de descarga: Palanca móvil que se adhiere al carro para su volcamiento y
posterior posicionamiento original.
- Sensor de proximidad: Para detectar carros que se encuentren a cierta distancia.
- Sensor detecta obstáculos: Un sensor de proximidad para detectar objetos que
imposibiliten el avance del carro.
- Sensor de carga y descarga: Sensores interruptores que detectan la llegada del carro a
las zonas de carga y descarga respectivamente.
- Sensor carga_ok y descarga_ok: Sensores que indiquen que la carga y descarga se
realizó correctamente.
- Sensor bandeja adelante _ok: Sensor interruptor que detecta la llegada de la bandeja a
su posición adelante.
- Sensor bandeja atrás _ok: Sensor interruptor que detecta la llegada de la bandeja a su
posición atrás.
- Sensor elevador arriba_ok: Sensor interruptor que detecta la llegada del elevador a su
posición arriba.
- Sensor elevador abajo_ ok: Sensor interruptor que detecta la llegada del elevador a su
posición abajo.
 Diagrama de estados 1:

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 Propuesta 2: Sistema que permita automatizar un tren de carros.
Se ha solicitado desarrollar un sistema que cumpla con los siguientes objetivos:
 Desplazarse por su propia cuenta sobre las vías.
 Detectar el lugar de carga y descarga de material.
 Activar una rutina de volcamiento del material para cada uno de los carros (descarga).
 Detectar la presencia de obstáculos en el trayecto ante lo cual debe detenerse.
 Detectar la desconexión de un carro del tren.
 Permitir adicionar carros al mismo (máximo 2).
Esta automatización es una modificación de la Propuesta 1, por lo tanto solo fue necesario
agregarle algunos elementos que permitan realizar en forma correcta la automatización.
- Adiciona carros: Mecanismo que permitirá adicionar carros al tren, según la cantidad
requerida por el operador.
- Mandar señal: Indicará cuando se desconecte algún carro del tren, mandando una
señal al operador.
- Sensor adiciona carros_ok: Sensor que indicará cuando un carro haya sido agregado al
tren de carros.
- Sensor de desconexión: Indicará cuando un carro se desconecte del tren de carros.
- Sensor señal recibida: Sensor que indicará cuando haya sido recibido la señal de que
un carro se ha desconectado.
- Sensor detecta carro: Cuenta los carros antes de llegar a la zona de carga y descarga.
 Diagrama de estados 2:

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Conclusiones
A partir de lo planteado anteriormente en cuanto a diseño y costos, se ha llegado a las siguientes
conclusiones:
- En cuanto a los tiempos totales demandados por cada proceso, se puede observar que el
equipo que requiere más tiempo para llevar a cabo la fabricación total de los carros
mineros es el proceso de soldadura, siendo el equipo manual el que demanda más tiempo.
PORCENTAJE POR EQUIPO
Equipo TTDem
Torno 3,52%
Fresa 6,08%
Taladro 2,65%
Cortadora Plasma 5,81%
Cortadora Oxicorte 10,75%
Soldadura Manual 46,97%
Soldadura MIG 20,50%
Fundición 3,21%
Pintura y Secado 0,51%
Tabla 8: Porcentaje de TTDem por equipo
- Sabiendo que para los procesos de corte y soldadura existen dos opciones de tecnología
para cada uno, se realizó una comparación con respecto a los costos de estas opciones:
COMPARACION COSTOS TOTALES SOLDADURA MANUAL/MIG
Proceso Máquina ($) Mano de obra ($) Total
S. Manual $ 1.802.287 $ 14.418.294 $ 16.220.580
S. MIG $ 1.258.452 $ 6.292.258 $ 7.550.710
COMPARACION COSTOS TOTALES CORTE PLASMA/OXICORTE
Proceso Máquina ($) Mano de obra ($) Total
Oxicorte $ 659.832 $ 6.598.317 $ 7.258.149
Plasma $ 892.469 $ 3.569.878 $ 4.462.347
Tabla 9: Comparaciones de costos por opciones de soldadura y corte
De donde es posible observar que para minimizar los costos es mucho más óptimo utilizar
soldadura MIG y corte por plasma, siendo sus costos aproximadamente la mitad de su
opción alternativa respectiva, los cuales tienen un costo de mano de obra mucho más
elevado. Basándonos en la Tabla 8 mostrada anteriormente, era de esperar este resultado,
ya que el TTDem en ambos procesos (MIG y plasma) es menor en comparación a la
soldadura manual y al oxicorte respectivamente.
Por estas razones, se seleccionó esta combinación de tecnología, ya que de esta forma se
minimizarán los tiempos totales demandados y por ende, los costos.

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- Si bien el proyecto consta de 3 modelos de carros, entre los cuales se encuentra uno
económico, se optó, por lo explicado anteriormente, por utilizar el mismo tipo de
tecnología en soldadura en los 3 tipos de carros (Soldadura MIG). La diferenciación entre
Andina y Teniente con el Económico se realizó en otros procesos como torno, fresa, y el
corte plasma calidad y máximo respectivamente.
- Una vez elegido el proceso de soldadura y corte a utilizar, la Tabla 5 de costos totales por
proceso muestra que el proceso de soldadura (MIG en este caso) es el más caro, con un
38% del total. A pesar de que este ítem ya se encuentra optimizado (al elegir soldadura
MIG), los altos costos se deben a que se trata de un proceso fundamental en la línea de
manufactura del carro, no habiendo alternativas conocidas.
- Observando la Tabla 6 y Tabla 7 con mayor detalle, se aprecia que la materia prima
representa el 86,82% del total, seguido de la mano de obra con un 10,11% y por último las
máquinas con un 3,06%. Por lo tanto, si es necesario minimizar aún más los costos, habría
que enfocarse en las materias primas, buscando una alternativa más barata con otros
distribuidores, cambiando de material u optimizando la demanda de planchas con
distintos tipos de pieza en cada una de ellas.
- En cuanto a los modelos de carros, tanto en el costo unitario como en el total, el más caro
es el modelo Andina, debido a su mayor tamaño y a su alta demanda. En el caso del
económico unitario, éste es el más barato, sin embargo, como su demanda es mayor a la
de Teniente, sus costos totales aumentan superando al modelo Teniente (ver Tabla 4 y 6).
- De la Tabla 3 de costos totales por pieza, se puede ver que la pieza más cara es la 8, lo cual
se puede deber a la poca cantidad de piezas que se pueden obtener por barra,
aumentando la demanda de estas barras, y por lo tanto los costos. Por lo que, si se desea
recortar costos, una opción válida es optar por rediseñar la pieza o bien, buscar
alternativas de materia prima (quizá barras de mayor longitud).
- Finalmente, en cuanto a los turnos, al aumentarlos disminuyen las máquinas necesarias y a
su vez los operarios requeridos. Sin embargo, si bien los operarios disminuyen, más turnos
significa que esa cantidad disminuida se debe multiplicar por la cantidad de turnos,
requiriendo finalmente una cantidad mayor de operarios. A pesar de lo anterior, la
variación de operarios entre los 3 turnos es mínima en comparación a la de las máquinas,
siendo la peor opción la de 1 turno (más máquinas y alta necesidad de operarios) ya que lo
anterior se traduce en mayores costos de inversión (no especificados en el proyecto).

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