Sobre como nervar una pieza de plástico

El otro día en el trabajo un diseñador me hizo una pregunta que me resultó muy interesante.

Estábamos desarrollando una pieza cuyas dimensiones y funcionalidad obligaban a asegurarnos de que fuera bastante robusta. Lógicamente, al ser la pieza de plástico, necesitábamos añadir unos nervios interiores que la hicieran lo suficientemente consistente.
En este momento vino la pregunta, ¿Como han de hacerse las paredes de los nervios? Normalmente éstas siempre son oblicuas a las paredes, pero ¿Por qué?

Yo jamás me había preguntado porque han de ponerse los nervios oblicuos a las paredes, pero la respuesta es bastante obvia, cuando existe un momento flector en la pieza (normalmente paralelo o perpendicular a las paredes exteriores) ,trabajarán ambos nervios, en el otro caso solamente trabajarán aquéllos que son perpendiculares a dicho momento flector.

Por regla general no me suelo quedar satisfecho con mis respuestas si no que busco herramientas que lo demuestren.

Para ello hice un estudio FEM en ambos casos, y en las siguientes imágenes se muestran los resultados.

En el estudio, he desarrollado una pieza de 250x 100x 20 mm nervada, en un caso con nervios paralelos y en el segundo con norvios a 45º de las paredes.

En el estudio FEM he empotrado la pieza por uno de los lados cortos (de 100mm que se ve en el extremo superior de la imagen) y por el otro extremo he aplicado un esfuerzo de 200N (Extremo inferior de la imagen)

Haciendo un análisis comparativo de ambas situaciones se observa que los nervios de la primera trabajan mucho mas que en el segundo caso. Esto es debido a que en la segunda distribución, el esfuerzo queda repartido entre los nervios que se reparten en ambas direcciones mientras que en el primer caso son solo los longitudinales los que soportan todo el esfuerzo.

Sin embargo, ha resultado interesante realizar este estudio porque en el segundo caso, aparecen ciertas concentraciones de tensiones que se tienen que resolver para que aumente la vida de la pieza y no acabe rompiéndose por fatiga.

Para ello, redondeamos un poco los cantos en aquellos puntos mas críticos quedándonos el siguiente resultado;

Como se observará, hemos reducido considerablemente la concentración de tensiones por lo que el resultado definitivo es mucho mas satisfactorio que el primer caso que hemos estudiado.

Finalmente,  y aunque no se vea excesivamente bien, tenemos un par de imágenes que muestran la deformación sufrida por ambas piezas. El primer estudio corresponde a nervios paralelos a las paredes y el segundo a nervios oblicuos.

Mientras que en el primero la deformación máxima es de 20 mm, en el segundo (nervios oblicuos) es de 15mm, es decir, mejoramos la eficiencia del diseño en un 25% en el segundo con respecto al primero.

Como conclusión, podemos decir que un refuerzo oblicuo tiene mayor eficacia sin embargo es importante revisar las posibles concentraciones de tensiones producidas en la pieza y que pudieran disminuir su vida útil.

Acerca de como variar la velocidad en hidraulica y neumática

Por regla general, un esquema de actuación sobre un pistón tanto hidráulico como neumático es el siguiente;

Existen ocasiones, en las que se necesita reducir la velocidad de actuación del pistón. Esta situación suele se normal, y me la he encontrado varias veces, sobretodo en neumática porque el caudal de aire comprimido no suele ser controlable a la entrada, y aunque se controlase, no obtendríamos efectos por el carácter compresible de este.

Cuando necesitamos evitar que se produzcan golpes al final de un movimiento solemos utilizar el esquema que hay en el dibujo que se muestra abajo. Estas situaciones se dan por ejemplo cuando se abre o cierra una tapa de un depósito.

En el esquema que se adjunta, se observa que la válvula antiretorno obliga al fluido a circular por el estrangulamiento durante el recorrido de salida y este estrangulamiento es el que limita la velocidad del movimiento. Se ha de estrangular la salida porque si se hace al revés, el accionamiento funcionará solamente cuando la presión sea suficiente grande como para superar la fuerza de rozamiento, y el movimiento se producirá a saltos.

Hasta aquí, mas o menos todo es lo normal y conocido. Sin embargo hace poco descubrí en un foro un pasito mas allá.

Qué ocurre cuando el recorrido es muy largo? Posiblemente se tarde una eternidad en abrir o cerrar la compuerta. Lo mas normal que nos encontremos es que nuestro jefe o cliente nos dirá que todo funciona perfectamente pero que en cada apertura y cierre, a la empresa le da tiempo a enterrar al operario que se ha muerto del aburrimiento por la inoperatividad del mecanismo.

Esta situación, que no se me ha planteado hasta ahora pero que puede pasarme en el futuro ya ha sido resuelta por alguien y es la que sigue;

En este caso lo que se hace es incorporar una nueva rama con una electroválvula B y un regulador de caudal C (Que podemos eliminarlo si queremos). De esta manera, cuando queremos que el movimiento sea rápido, activaremos la electroválvula B para que se libere un mayor caudal por C y en el momento que nos interese, se cierra B y tendremos el caudal que estará regulado por D.

Un sistema muy sencillo y que me ha parecido interesante para exponerlo aquí.

El GRAFCET en un paro de emergencia

La maniobra de un cilindro mezclador es relativamente sencilla.

Su programación consta de un arranque estrella triángulo, arranque y paro para otros 5 motores de baja potencia y la maniobra de la horquilla de distribución que se mueve de lado a lado del cilindro.

Sin embargo existe una maniobra especialmente delicada en cuanto a seguridad y legalización de maquinaria se refiere. Esta maniobra es el paro de emergencia.

Cuando se activa el paro de emergencia, siempre que el motor general se encuentre en marcha, inicialmente se han de parar todos los motores y acto seguido la normativa dice que hay que abrir la separación entre los cilindros(currones), dar marcha atrás a los motores del blender y el general y de nuevo parar los motores.

La herramienta mas sencilla para desarrollar esta maniobra es el GRAFCET.

Debido a que en los cilindros antiguos no tenemos demasiados elementos que proporcionen una realimentación, todas estas maniobras las tendremos que controlar a través de temporizadores.

El Diagrama Grafcet es el siguiente.

El paso inicial (S3) es el que para todos los motores, el general, el blender y la horquilla (Que tiene dos contactores según vaya a derechas o a izquierdas)

Una vez se han parado los motores, se inicia la inversión en cuatro lineas en paralelo y simultaneas, una para blender otra para el general y una para cada currón.

Una vez finaliza la maniobra se activa la señal de final de maniobra de emergencia y se vuelve a la fase inicial.

Por último, es recomendable que los cilindros lleven un freno para evitar que el motor sufra durante la maniobra de paro de emergencia. Si bien es cierto que cuando la máquina está cargada este freno no es primordial porque quién para a máquina es el producto que está mezclando, en vacío la inercia es tan grande que es importante su inplementación para asegurar su correcto funcionamiento.

ROTURA DE UN BAMBURY

Tengo la desagradable experiencia de haber visto como se rompía un mezclador interno de caucho.

La primera vez que vi un monstruo de estos me parecía imposible que se pudiera romper, pero cuando uno ve las posibles consecuencias que el caucho puede ejercer en una máquina no se sorprende.


Hace pocos meses, me llamó un cliente porque se le había quedado parado el motor del mezclador. Tardó 3 días en decírmelo porque antes intento hacer algo el por su cuenta. Desgraciadamente, la máquina estaba llena y estábamos a 5 grados de temperatura. Así pues, cuando reparé el motor traté de arrancarlo. Todo aquel que haya trabajado con caucho se puede imaginar lo que supone arrancar una máquina cuando está cargada.


Yo lo intenté. Cuando le dí al botón de arranque empezó a girar el motor, se levantó el reductor(18000Kg), se levantó la máquina (20000 Kg ) y el eje que los unía hizo crash. Sobrecogedor. Tremendo el ruido que hace toda esa masa levantándose y reventando.





La rotura del eje planteaba un gran problema. Se tenía que desmontar la máquina entera.



Después de mucho estudiar las posibilidades, llegamos a la siguiente solución,






Vistas por dentro, las piezas son las siguientes.




Evidentemente ha de haber una serie de tornillos que mantengan unidas ambas piezas para que el sistema de chavetas que se montaron no salten teniendo problemas cuando la máquina está trabajando.

Automatizaciones... perfecto, pero.. Y si nos pasamos?

Ante todo quiero dejar claro que soy un fascinado de la automatización y la robótica en líneas generales; no en vano soy ingeniero industrial y me apasiona cualquier mecanismo por pequeño que sea.
A pesar de ello creo que siempre es conveniente introducir a tecnología de una forma adecuada a las características del proceso. Me explicaré.
Hace ya unos cuantos años, la empresa para la que trabajaba, una multinacional Americana, adquirió una empresa Alemana de mucho renombre el ramo del Automóvil.
Por aquel entonces tuve que hacer varias visitas a los alemanes y me mostraron muy orgullosos sus proyectos.
En particular, el mas importante de todos, consistía en el desarrollo de una nueva línea de proceso para un sistema de cambio de marchas. Esta nueva línea de montaje, PASABA DE TENER 10 OPERARIOS A UNO SOLO!!!!! Me dejaron anonadado, con la boca abierta y babeando con las posibilidades que aquello tenia.
Al cabo de 5 meses volví a hacer una visita. La línea de montaje ya estaba en marcha y estaban sirviendo al cliente. Obviamente pedí que me dejasen ver la planta. Cuando entré, me sorprendió el trajín que había en aquella sala. Aquello parecía las Ramblas.
Cuando pregunté, me explicaron que la línea de montaje, como habían predicho, necesitaba un operario, pero detrás tenian 10 ingenieros manejando tamaño monstruo.
Con cada pieza, los alemanes perdían 20 marcos (aproximadamente 10 Euros) y servían cientos por día.
La empresa tuvo tantas pérdidas que loa Americanos la volvieron a vender a su antiguo dueño por 1 €.
No se como acabó esa línea de montaje a ciencia cierta, pero alguien me sopló que volvieron al método tradicional.
Esa experiencia me demostró que no es oro todo lo que reluce y que si bien la tecnología ayuda, puede ser un lastre cuando está mal enfocada.

El Paletizador de goma

Este proyecto se desarrolló con la intención de encontrar un sistema económico que paletizarse las mezclas de caucho de una forma barata sencilla y eficaz.



En la actualidad, los paletizadores para mezclas de caucho son máquinas enormes que automatizan de manera total el empaquetado del caucho, ya sea en cajas o palets. Sin embargo, estos sistemas no resultan muy eficaces para empresas pequeñas tanto por el coste como por el espacio y con una gran variedad de productos en el proceso productivo.

La finalidad de este proyecto consistía, en el desarrollo de una máquina pequeña, modular, sin excesivos sistemas automáticos.

El resultado del proyecto es el que se muestra en la siguiente foto.

Como se observa, su tamaño es aproximadamente el de un Palet, tiene 2 motores regulados por dos variadores de frecuencia. El primer motor es el que mueve la horquilla lateralmente para desplazar la tira de la mezcla a lo ancho del palet y el segundo motor hace girar el rodillo que tiene dos funciones. Por un lado tirar de la tira de la goma hacia el palet y por el otro desplazar el mecanismo a lo largo del palet. Este segundo movimiento se consigue a través de los pistones que según aprieten hacia arriba o hacia abajo, el rodillo se moverá en un sentido o en el otro.

Encontrará una descripción en el siguiente vídeo explicativo.

http://www.youtube.com/watch?v=C4lmR0dnRdI