DISEO SIMULACIN Y AUTOMATIZACIN DE UN SISTEMA MULTIPLICADOR

DISEÑO, SIMULACIÓN Y AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA MULTIPLICADOR DE APARCAMIENTO DE AUTOMOVILES Y ELABORACIÓN DE SU MODELO A ESCALA GONZALO NICOLALDE GONZALEZ CHRISTIAN TORRES RIPALDA

SISTEMAS MULTIPLICADOR DE APARCAMIENTO DE QUE SE TRATA?

TIPOS

NORMAS VIGENTES • MUNICIPALES (ORDENANZAS) – 0031 Ordenanza que contiene el Plan de Uso y Ocupación del Suelo (PUOS). • 3746 Ordenanza que contiene las Normas de Arquitectura y Urbanismo para el Distrito Metropolitano de Quito. – Art. 48. - Clasificación de los estacionamientos. – Art. 50. - Normas generales para la implantación de estacionamientos. – Art. 53. - Dimensiones mínimas para puestos de estacionamiento – Art. 58. - Señalización. - – Art 73. - Corredores o pasillos para edificios de uso público

CODIGOS DE CONSTRUCCIÓN • American Institute of Steel Construction (AISC) – ANSI/AISC 360 -10 Specification for Structural Steel Buildings – Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings (LRFD) • American Welding Society (AWS) – ANSI/AWS D 1. 1 Structural Welding Code Steel. • American Society for testing and materials (ASTM) • American Iron and Steel Institute (AISI) • American Society of Civil Engineers (ASCE) – Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures

Selección del Sistema

Matriz combinada Matriz de decisión

DISEÑO Y SIMULACIÓN • REQUERIMIENTOS DE OPERACIÓN – Carga por norma: 40 psf – Dimensiones

Esquema Estructura Fija

Método LRFD • a) Viga transversal 6 mts Área Colaborante Ac= 14 m 2 o 150. 7 ft 2 Combinación 1. 2 D+1. 6 L • D= 725. 4 lb • L= 6. 028 x 103 lb • Pu = 10. 515 Kips • Cd= 0. 534 Kip/ft

Diagrama de cortante y momento flector IPE 270 Catalogó IPAC Zx= 29. 535 in 3

Comprobación Perfil Compacto Sección Homogénea

ANALISIS DE DEFLEXIÓN

VERIFICACIÓN DE FALLA POR CORTANTE

Para determinar los perfiles de los demás elementos se procede con la misma metodología, lo que da como resultado: Elemento Tipo de perfil b) Viga longitudinal 9. 50 mts IPE 400 c) Vigueta longitudinal de techo 9. 50 mts IPE 330 d) Vigueta transversal de techo 3. 05 mts IPE 240

Diseño Columna Requerimientos de la Columna:

PARAMETROS REFERENCIALES DEMANDA/CAPACIDAD

Criterios de Sección Compacta Perfil IPE 330

Pandeo de la Columna

Accesorios Estructurales Anclaje Placa base Se utilizara una placa 18 x 9 x 3/8 in Perno de anclaje Varilla de acero: D= 25 mm L= 200 mm Junta empernada Platina de sección: 180 x 25 mm Número de pernos: 12 Diámetro del perno: ½ in Grado SAE 5

SIMULACIÓN ESTRUCTURA TIPO PORTICO

DEFINICIÓN GEOMETRIA DE LAS SECCIONES

ESTADOS DE CARGA DEFORMACION

FUNCION ESPECTRO DE RESPUESTA

RESULTADOS: ESFUERZOS (DEMANDA/CAPACIDAD)

ELEVADOR MÓVIL ELEVADOR HIDRAULICO DE TIJERAS TROLLEY

ELEVADOR MOVIL DE TIJERAS Parámetros de Diseño • • Carga máxima a levantar: 40 psf Altura máxima de elevación: 6 mts Ancho máximo del elevador: 2. 5 mts Longitud máxima del elevador: 5 mts

Determinación de las Cargas y Puntos Críticos Ecuación Trabajo Virtual: = 0 Donde: • W: Peso ( 29400 N) • Fpis: Fuerza Pistón • L: Longitud Pistón. • Y: Altura desde el piso a la • plataforma. • θ(Fpis máximo): 5°

Resultados Trabajo Virtual Carrera del pistón = 2070 mm Ecuación General: Como se tienen 2 pistones la fuerza necesaria para cada uno será:

ELEVADOR HIDRAULICO DETERMINACION DE LAS CARGAS Diagrama de Cuerpo Libre ANALISIS ESTATICO Resumen Fuerzas

MODELADO Y ENSAMBLAJE DEL ELEVADOR Componentes del Elevador: • Plataforma • Tijeras • Base • Trolley

SIMULACIÓN ELEVADOR MOVIL • DISEÑO PLATAFORMA

ESFUERZO DE VON MISES 216 Mpa < 310 Mpa<400 Mpa DEFORMACIÓN MÁXIMA Deformación máxima. = 0. 4233

DISEÑO TIJERA Fpis = 116000 N

ESFUERZO DE VON MISES DEFORMACIÓN MÁXIMA Deformación máxima. = 3. 5 mm 291 Mpa < 310 Mpa<400 Mpa

Análisis eslabón Análisis por compresión Análisis por pandeo Carga aplicada = 202. 676 KN = 45. 46 Kips Área de la sección Carga crítica de pandeo Pandeo local

DISEÑO BASE

ESFUERZO DE VON MISES 139 Mpa < 310 Mpa < 400 Mpa DEFORMACIÓN MÁXIMA Deformación máxima. = 0. 08 mm

DISEÑO PIN

ESFUERZO DE VON MISES 110 Mpa < 370 Mpa

DISEÑO TROLLEY Verificación perfil compacto Deflexión máxima Verificación de falla por cortante

Estabilidad del Equipo.

Tabla de Materiales

Simulación Operacional

CIRCUITO HIDRÁULICO Posición Baja Posición Media Posición Alta

Selección del circuito hidráulico Datos: • Fuerza del pistón = 116 KN • Bomba centrifuga horizontal multietapa de presión 3000 psi • Dvpis=85 mm • Velocidad a la que se desplazaran los pistones = 1. 769 cm/seg • Q= 1. 587 GPM • PM= 6 Hp • Reservorio de capacidad 10 GPM Elementos del circuito Hidráulico • Bomba centrifuga multietapa @ 3000 psi con motor acoplado de 6 Hp. • Manguera hidráulica a presión constante -48 Mpa • Manómetros de 300 bar • Válvula reguladora de presión. • Electroválvula direccional 5 vías, 3 posiciones. • Cilindro telescópico multietapa simple efecto D: 85 mm y Carrera: 2150 mm

Selección elementos TROLLEY RUEDAS • Marca DEMAG • Ruedas Guías o Libres: DRS-125 -NA-K NA: No motriz K: Tipo de montaje (superior) • Rueda Motriz: : DRS – 125 -A-K-L (Izquierda) - DRS – 125 -A-K-R (Derecha) A: Motriz, K: Tipo de montaje (superior) MOTOR-REDUCTOR Marca DEMAG Reductor : DFV 11 D-B 5. 0 -30 Motor acoplado: ZBA 63 B 4 – B 003 RUEDA D=125 mm NA: no motriz K: Tipo de montaje superior REDUCTOR D: Reductor de engranajes cilíndricos F: Forma de construcción con Brida V: Árbol macizo con chaveta 11: Tamaño D: Accionamiento directo B 5. 0 Forma de construcción MOTOR Z: Motor de rotor cilíndrico B: Motor con freno A: Motor para aplicaciones generales en servicio discontinuo 63: Tamaño B 4: Numero de polos B 003: Tipo de Freno (Freno pequeño con pares de frenado 1. 3 – 7. 9 N-m)

AUTOMATIZACIÓN REQUERIMIENTOS • Recorrido horizontal de 9. 5 m con detención cada 3. 5 m. • Elevación Posición alta 6 m. • Elevación Posición media 3 m. • Posición baja 0 m. • Avance en ambos sentidos. Parámetros: • Inputs: Posiciones (9), sensor y fines de carrera(3). • Outputs: Motor Bomba hidráulica, Avance y retroceso del motor (3).

Movimiento Horizontal y Retorno Puente H Funcionamiento del pistón

Elementos de Control. PLC Numero de entradas y salidas Elemento Ent. / sal. o Numer Sensor de Entrada digital 9 presencia en cada espacio Sensor fin de Entrada digital 3 carrera Motor eléctrico Salida digital 2 Motor – bomba Salida digital 1 hidráulico Total E/S 14 E/S digitales Selección PLC Schneider SR 3 xxx. FU Características Técnicas Tipo Energía de respaldo Pantalla Corriente máxima SR 3 B 261 10 anos Si 250 V/AC/8 A Tipo de proteccion Temperatura ambiente minima IP 20 -20 °C Extensiones Maxima tenperatura de trabajo Si 55 °C Salidas con rele (máx) Numero de entradas digitales (máx) 10 16 Numero de entradas analogicas (máx) 6 Voltaje de operación 100 – 240 V AC

Sensor Fotoeléctrico de Presencia Voltaje de trabajo Potencia de trabajo Corriente de trabajo Comunicación Dimensión Temperatura Humedad Fuente de luz 16 -24 [V] DC 1[W] 0. 05[A] RS 485, 9600 bps 120*61 [mm] -25 °C a 65 °C 5% a 95% Roja (parqueadero ocupado) Verde (parqueadero vació) Frecuencia de trabajo 40 [KHz] Rango de detección Angulo de detección 1. 2 – 3. 0 [m] 70 °C Sensor Fin de Carrera Durabilidad 30 000 operaciones mínimas (trabajo alto) 10 000 operaciones mínimas (trabajo) Velocidad de operación 1 mm/s a 0. 5 mm/s Frecuencia de operación 120 operaciones/min Rango de frecuencia Resistencia de contacto Temperatura ambiente Protección 50 a 60 Hz 25 mΩ máx. -40 °C a 80 °C IP 67 ELEMENTOS DE CONTROL Ord. Elementos Cant. 1 Relé 110 V bobina y 10 A 2 2 3 3 Base Paralela con pines para relé Borneras 4 Breaker riel DIN 32 A 1 5 Relé bobina y 10 A 1 6 2 7 Porta Fusibles + Fusiblera de 6 A PLC 8 Electroválvula 5 -3 cerrada 1 9 Fuente 12 V D 4 A 1 10 1 11 Transformador 110 V - 16 VAC Transformador 110 V-220 V 12 Fin de Carrera 3 13 Sensor Fotoeléctrico 9 4 1 1

FABRICACIÓN DEL MODELO A ESCALA Pistón Neumático FESTO DSBC-40 -80 -PPVA-N 3

Dimensiones del Modelo Con estos datos podemos obtener las ecuaciones de L y Y en función del ángulo Ø Encontrando así el peso verdadero que el modelo puede elevar

Pistón Neumático Ruedas Tijera Koyo 6200 RS EQUIPOS Motoreductor Eléctrico

Fabricación y Ensamble de Piezas • • • Eslabones Atiesadores Platinas Bases Guías de Ruedas Ejes Ruedas Soportes Rieles

Automatización del Modelo Etapa Electrónico Etapa Neumática

Etapa de Potencia

PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO

PLANEACION DE LA PRODUCCION Variables y Restricciones • Variables – Recursos Humanos – Maquinaria y Equipos – Materias Primas e insumos • Restricciones – Perfiles con las dimensiones ofertadas. – Motores con rpm y frecuencias ofertadas. – Aceros en dimensiones ofertadas Diseño del Sistema de Operaciones • • • Campo de Aplicación: Sistema Maquinas (40%RRHH y 60% maquinaria). Modo de Aplicación: Base física, la materia prima únicamente cambiara de forma. Tipo de Maquinaria: Estándar capaz de ejecutar varias operaciones con volúmenes bajos. Secuencia: Intermitente, se produce de acuerdo al numero de pedidos. Desarrollo del Proceso: Sintético, a partir de varias materias primas se obtiene el producto final. Naturaleza de la Empresa: Industrial generador de bienes

Requerimientos de Mano de Obra Análisis y diseño de procesos (OTIDA) • Capacidad de Trabajo Describe las actividades entre las diferentes estaciones, representando los flujos de los procesos para cada unidad de • Carga de Trabajo producción. Ejemplo Hojas de Procesos Documento destinado a recoger las tareas realizadas en cada pieza. Ejemplo Tabla tiempo total de Producción

Requerimiento de Mano Obra • Mano de Obra Directa Indirecta Producción Administrati vos Servicios Técnico Corte Amoladora Mecánico 1 Doblado Ensamblaje Ajustes Técnico Perforado Mecánico 2 Inspección Técnico Corte Sierra Mecánico 3 Torneado Acabado Embalaje Técnico Soldador Oxicorte Ensamblaje Soldadura SMAW Supervisor Oficina/Producci ón Compras Aprovisionamien to de Materiales Contador Facturas/Impues tos/Balances Limpieza Oficina/Taller

Ejemplo de calculo Requerimiento de Maquinaria Equipo Oxicorte Sierra Mecánica de Vaivén Taladro de Banco Dobladora Hidráulica Amoladora Torno Acabado: Esmeril, Limas, Bandeador y machuelos Taladro Manual Equipo de Soldadura SMAW # de Operación # de Piezas ∑ Tiempo de Fabricación (h) Tiempo Total Proceso (min) Tiempo de Ocupación (h) Tiempo Medio Puesto Trabajo (h) Numero de Maquinas Requeridas 10 6 17 34 24 112 4 17 8 18 50 112 36 87 18, 5 289, 75 62, 5 123 204 1246, 8 224 429 4, 63 17, 04 7, 81 6, 83 4, 08 11, 13 6, 22 4, 93 1, 13 1, 53 1, 26 1, 39 25 64 349, 55 378 13, 98 5, 91 2, 37 53 100 289, 75 176 352 1869 5, 30 16, 67 17, 04 5, 18 14, 67 16, 69 1, 02 1, 14 1, 02

Materiales y Energía Materia Prima Consumo Energético

Objetivos: • • • Distribución de Planta Integrar todos los factores de la producción Mover los materiales distancias mínimas Utilizar efectivamente el espacio Minimizar esfuerzos en trabajadores Facilitar reajustes o ampliaciones. Distribución Por Procesos

Plan y Programa de Producción Plan o Hoja de Ruta

Programa de Producción • Ordena objetivos y acciones • Brinda mayor control sobre los recursos. • Tiene una modalidad operativa de Sistema de producción “sobre pedido” y esquema de producción “por ordenes” • En serie.

Áreas del control de la Producción 1. Control de la Producción (Eficacia, Eficiencia) 2. Control de Stocks (Según la demanda) 3. Control de la Calidad 1. 2. 3. 4. 5. Materiales e Insumos Mano de Obra Maquinaria y Herramientas Método Medio Ambiente. Hojas de Control y Evaluación de la calidad

Análisis Financiero Económico del Equipo y su Operación Activos Fijos Tablas de Activos Fijos Activos Diferidos

Capital de Trabajo o costo de fabricación unitario Descripción Valor Mensual Materia Prima, Equipos e Insumos 36917, 92 Costos de Instalación (Automatización, Civil) 12860, 19 Energía utilizada Producción Costo Nomina Gastos Administrativos Total 263, 99 11826, 37 275, 00 $ 62. 143, 27 Tablas de capital de trabajo Precio de Venta Para esto se ha estimado una utilidad de un 25%. P. V. = 62143, 47 x 1, 25 = $ 77679, 34

Flujo de Caja Proyectado para la Producción

Análisis Financiero Producción VPN = $ 44. 295, 65 TIR = 21%

Análisis Financiero Parqueadero Promedio Ocupación parqueadero DMQ Variables Financieras

Flujo de Caja Proyectado para el Parqueadero

Recomendaciones Conclusiones • • El diseño cumple con los requerimientos de peso y dimensiones de vehículos livianos, además de normativas de construcción y ordenanzas municipales. Esta solución lograría aproximadamente triplicar la capacidad de estacionamientos. Diseño Factible y con un costo no excesivo. Sencilla forma de construcción, guiada a través de pasos detallados en hojas de procesos y respectivos planos. Todos los materiales y equipos se los puede conseguir en el mercado local. El costo unitario de un modulo de parqueadero es accesible ya sea para aumentar el valor de un inmueble o como oportunidad de negocio. De acuerdo al TIR calculado del 21% la inversión para este proyecto es recomendable La construcción del modelo permitió detectar interferencias y problemas de diseño y automatización. • • Se hace necesario un estudio de factibilidad económico y viabilidad técnica, así como de aceptabilidad de la gente hacia esta solución. El sistema no debe ser sobrecargado o ubicar vehículos fuera de las dimensión y peso especificado. Se debe considerar la instalación de una planta eléctrica para no interrumpir su funcionamiento. El mantenimiento se lo debe realizar de acuerdo a las especificaciones de los fabricantes de los equipos.

GRACIAS