Nota Técnica

Aplicación de un proceso de reingeniería en el mantenimiento

Application of a reengineering process in maintenance

 

Francisco Martínez-Pérez[1][*]

Ronald Muñoz-Guerrero[ 2]

 

[1] Universidad Tecnológica de La Habana, Facultad de Ingeniería Mecánica, Centro de estudios de Ingeniería de Mantenimiento, CUJAE, Marianao, La Habana, Cuba. Universidad Tecnológica de La Habana Marianao La Habana Cuba

[2] Instituto Universitario de Tecnología “Alonso Gamero” de la Ciudad de Coro, Estado Falcón, República Bolivariana de Venezuela. Instituto Universitario de Tecnología “Alonso Gamero” Ciudad de Coro Falcón Venezuela

 

*Autor para correspondencia: Francisco Martínez-Pérez, Profesor Titular, Universidad Tecnológica de La Habana, Facultad de Ingeniería Mecánica, Centro de estudios de Ingeniería de Mantenimiento, CUJAE, Marianao, La Habana. Correo electrónico: fmartinez@ceim.cujae.edu.cu

 

Resumen:

Este proceso de reingeniería está basado en el análisis de la condición de operación de un torno paralelo perteneciente a un taller de máquinas herramientas multifuncional de un taller de maquinado que da respuesta a organismos de la Agricultura, ya que realiza operaciones de mantenimiento, de elaboración de piezas para el centro y da respuesta a necesidades agrícolas territoriales y tuvo como objetivo general el rediseño de la pieza, causante de la condición de falla, como una estrategia de mantenimiento reactivo de la maquina en cuestión. La razón principal se basa en el tiempo de indisponibilidad, unido a los altos costos de compra de una pieza importada nueva. Para abordar la situación y establecer propuestas para solventar la situación existente, se estudiaron una serie de alternativas cuya salida de trabajo se adaptaba a las condiciones de operación del sistema afectado. En este sentido se seleccionó la que presentó mayor adaptabilidad en cuanto a rigidez, mecanizado y seguridad. Asimismo para garantizar el buen funcionamiento del componente se aplicaron las técnicas adecuadas de diseño mecánico asistido por software de análisis, de manera de predecir cualquier posibilidad futura de falla, así como también seleccionar los materiales y propiedades mecánicas en base a las condiciones operativas. Se efectuó un análisis económico de la solución.

Palabras clave: torno, rediseño, talleres agrícolas

Abstract:

This reengineering process is based on the analysis of the condition of operating a lathe belonging to a machine shop of agricultural work, multifunctional tools, performing maintenance, manufacturing of parts for teaching and response to territorial agricultural needs and had as general objective redesigning the part, causing the fault condition as a strategy of reactive maintenance of the machine in question. The main reason is based on the downtime, coupled with the high cost of purchasing a new imported part. To address the problem and develop proposals to solve the situation, a number of alternatives were studied whose work output is adapted to the operating conditions of the affected system. In this regard it was selected the way, which presented greater adaptability in rigidity, machining and security. Also to ensure the proper functioning of suitable mechanical component aided design analysis software, in order to predict any future possibility of failure, as well as choice of materials and mechanical properties based on the operating conditions were applied techniques. An economic analysis was made of the solution.

Keyword: lathe, redesign, agricultural machine shops

 

Introducción

Reingeniería en un concepto simple, es el rediseño de un proceso en un negocio o un cambio drástico de un proceso. Propiamente hablando: "reingeniería es la revisión fundamental y el rediseño radical de procesos para alcanzar mejoras en medidas críticas y actuales de rendimiento, tales como costos, calidad, servicio y rapidez”.

La aplicación de este concepto al proceso de mantenimiento, no es común. En el mantenimiento, tres son las formas en que la reingeniería puede ser aplicada. Una es la del desarrollo de un nuevo diseño, teniendo en cuenta las insuficiencias de un diseño anterior, otra la de variar elementos de un activo, por rotura, insuficiencias o busca de mejoras en el funcionamiento de un activo y por último, la de aplicación de procesos tecnológicos de restauración de elementos de máquina en un activo dado.

En el presente trabajo se ha aplicado la segunda de estas variantes. La solución a la situación planteada fue acceder al sistema afectado por un elemento, en este caso un engrane perteneciente a la caja de avance de un torno paralelo; el cual presentó un fallo debido al desprendimiento de varios de sus dientes. Para ello se siguió el procedimiento de extraerlo, consultar el manual del fabricante, identificarlo, según la designación, consultar sus especificaciones, caracterizarlo de manera geométrica y tecnológica, modelarlo en programa de diseño CAD, analizarlo desde el punto de vista de la falla (no lineal) desde el punto de vista de diseño (lineal), y establecer planos de fabricación que permitieron su mecanizado y la reactivación del torno. Para desarrollar el trabajo fueron analizadas diferentes alternativas de solución, seleccionando la más adecuada. Se realizó una valoración económica de su implementación, la cual se desarrolló satisfactoriamente, logrando la puesta en marcha de la máquina herramienta, la cual se encuentra trabajando hace un año.

 

Método

Cinco alternativas de solución fueron analizadas, haciendo un extenso análisis del estado del arte de la temática 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 (Milani, 1997; Martínez, 2006; Norton, 2008; Shigley y Mischke, 2011; Mendiola, 2012; Taipe y Fausto, 2012). Las mismas fueron:

  1. Rellenado y mecanizado y tallado de los dientes rotos.

  2. Anillo dentado y cubo acoplados por interferencia.

  3. Anillo dentado y cubo acoplados soldadura.

  4. Anillo dentado y cubo acoplados por prisioneros

  5. Mecanizado de un nuevo elemento en una sola pieza.

De cada alternativa se analizaron los procedimientos, las ventajas y desventajas, según aparece en la Tabla 1.

TABLA 1. Análisis de los procedimientos, las ventajas y desventajas de las alternativas analizadas

Alternativa No. Procedimiento Ventajas Desventajas
1 Esta se basa en el tallado de los dientes considerando rellenar la zona afectada con material de aporte, mecanizar hasta tener la geometría con las especificaciones recomendadas, esta se considera por el hecho de que la pieza está constituida a partir de acero al carbono, lo que le otorga una buena soldabilidad y maquinabilidad. • Económica en cuanto al maquinado. • El tiempo de trabajo es relativamente corto • No se requiere una barra de acero para mecanizar todo el elemento. • Puede incidir en desbalance del elemento • Las porosidades pueden representar un riesgo. • Requiere de ensayos no destructivos (END) para verificar la calidad del trabajo.
2 Esta consiste en la unión de dos piezas, se plantea aprovechar el cubo del elemento original, ya que este posee nervaduras internas para el deslizamiento y acople con el eje, por otra parte se debe mecanizar un anillo con el diámetro externo del engrane y el diámetro interno equivalente al del cubo, tallar los 36 dientes de módulo 2, introducir una pieza dentro de otra enfriando el cubo, calentando el anillo y una vez que se equilibren las temperaturas, ajustar por interferencia. • Pieza con las especificaciones muy aproximadas a la original. • Rigidez en operación • Se aprovecha el cubo de la pieza original. • No requiere de END. • El mecanizado demandado es mayor en comparación con la alternativa 1. • Se debe garantizar que el acople sea concéntrico, de no ser así habría desbalance.
3 Esta consiste en la unión de dos piezas, en esta se plantea aprovechar el cubo del elemento original, ya que este posee nervaduras internas para el deslizamiento y acople con el eje, por otra parte se debe mecanizar un anillo con el diámetro externo del engrane y el diámetro interno equivalente al del cubo, tallar los 36 dientes de módulo 2, introducir una pieza dentro de otra y vincular por soldadura. • Pieza con las especificaciones muy aproximadas a la original. • Rigidez en operación • Se aprovecha el cubo de la pieza original. • El mecanizado es mayor en comparación con la alternativa 1. • Requiere de END para verificar la calidad del trabajo.
4 Esta consiste en la unión de dos piezas, en esta se plantea aprovechar el cubo del elemento original, ya que este posee nervaduras internas para el deslizamiento y acople con el eje, por otra parte se debe mecanizar un anillo con el diámetro externo del engrane y el diámetro interno equivalente al del cubo, tallar los 36 dientes de módulo 2, mecanizar dos agujeros diametralmente opuestos, roscar, y el acople entre los elementos se fija por prisioneros. • Pieza con las especificaciones muy aproximadas a la original. • Rigidez en operación • Seguridad de los elementos • Seguridad del sistema • No requiere de END • El mecanizado demandado es mayor en comparación con el resto de las alternativas • Los costos son mayores que el resto de las alternativas.
5 En esta se estudia la posibilidad de tallar el elemento en una sola pieza, es decir obtener un nuevo elemento. • Pieza fiel y exacta a la original. • Rigidez en operación • Seguridad del sistema • No requiere de END Mecanizar el cubo demanda mucha dificultad.

Selección de la alternativa en función de los parámetros de ponderación

Para la selección de la alternativa se consideraron los parámetros de ponderación presentados a continuación.

  • Confiabilidad (C) garantizar que el elemento propuesto cumpla con su función tomando en cuenta los factores del contexto operacional.

  • Rigidez (R) que las deformaciones se mantengan en la zona lineal.

  • Costo (C) que los costos generados en la construcción sean mínimos.

Estos parámetros representaban consideraciones medulares para garantizar el cumplimiento de las disposiciones de operación del activo.

En atención a tales consideraciones se ponderó cada parámetro en tormenta de ideas con la participación de tecnólogos de taller, operarios y personal de mantenimiento y se asignaron valores en función de la importancia de cada uno, los valores se muestran en la Tabla 2.

TABLA 2. Parámetros de ponderación

Parámetro Ponderación
Confiabilidad 0,5
Rigidez 0,25
Costo Costo 0.25
Total Total 1

 

Resultados y Discusion

En la Tabla 3. Se muestran los resultados de la aplicación de los parámetros de ponderación a las cinco variantes.

TABLA 3. Resultado de la aplicación de los parámetros de ponderación a las cinco variantes analizadas

Alternativa Parámetro
C R C Total
1 0,2 0,1 0,25 0,55
2 0,3 0,2 0,15 0,65
3 0,32 0,2 0,1 0,62
4 0,4 0,22 0,15 0,77
5 0,4 0,25 0,1 0,75

En atención a los resultados de la matriz de selección se consideró la alternativa 4, por lo que a continuación se presentan los resultados correspondientes a la aplicación de la misma.

Cálculo del esfuerzo obtenido y el factor de seguridad, mediante la aplicación de modelo discreto

El modelo discreto para este caso es el enmallado del todo el conjunto ensamblado, para este caso el modelo óptimo es decir, el que se obtuvo a través de las iteraciones de convergencia fue el siguiente.

  • 32 698 nodos

  • 19 135 elementos

  • Tipo de contactos bonded.

El enmallado obtenido puede apreciarse en la Figura 1.

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FIGURA 1. Enmallado obtenido según el modelo discreto.

Los resultados de los valores de esfuerzo y del factor de seguridad se muestran en las Figuras 2 y 3.

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FIGURA 2. Resultado del esfuerzo.

El máximo valor de esfuerzo se muestra en la gráfica y es de 125,6 MPa, este es el esfuerzo inducido con carga tangencial aplicada, lo que representa la condición más extrema (Figura 3).

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FIGURA 3. Resultado del factor de seguridad.

El factor mínimo de seguridad según la solución es de 2,79, lo que resulta aceptable.

Resultados de la simulación de los esfuerzos y el factor de seguridad en el conjunto

Los resultados obtenidos de la simulación de los esfuerzos en el conjunto y del factor de seguridad pueden apreciarse en las Figuras 4 y 5.

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FIGURA 4. Resultado de la simulación de los esfuerzos en el conjunto.

El máximo valor de esfuerzo en el conjunto se muestra en la gráfica y es de 14,37 MPa, el cual es el esfuerzo inducido por la carga tangencial aplicada, lo que resulta la condición extrema.

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FIGURA 5. Resultado del factor de seguridad en el conjunto.

El factor mínimo de seguridad según la solución es de 15, lo que hace que se tome como aceptable.

Resultados de la simulación de los esfuerzos y del factor de seguridad en el cubo (Figuras 6 y 7)

El resultado de la simulación de los esfuerzos en el cubo se puede apreciar en la Figura 6.

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FIGURA 6. Resultado de la simulación de los esfuerzos en el cubo.

El máximo valor de esfuerzo se muestra en la gráfica y es de 4,87 MPa. lo que resulta producto del esfuerzo inducido con carga tangencial aplicada, lo que significa una condición extrema (Figura 7).

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FIGURA 7. Resultado de la simulación del factor de seguridad en el cubo.

El factor mínimo de seguridad según la solución es de 15, lo que hace tomar como aceptable la misma.

Tomando en consideración los resultados obtenidos se consideró aceptable la aplicación de la variante 4 de aplicación del proceso de reingeniería en la rueda dentada del torno paralelo.

Valoración económica de la variante

Para ello se precisaron las operaciones y el tiempo de maquinado en las diferentes operaciones, así como el costo aproximados de estas operaciones. Este análisis puede apreciarse en la Tabla 4.

TABLA 4. Tiempo de maquinado y costo aproximado en cada operación

Operación Tiempo de maquinado (h) Costo (USD)
Cortar la barra en bruto en la sierra. 0,25 10.00
Refrentado en el torno Cilindrado externo Cilindrado interno 4 60.00
Taladrado de agujeros 1 25.00
Tallado de dientes en la fresadora 4 200.00
Total 9,25 295.00

A esto habría que adicionar el costo del material de acero 1045 y que se calcula aproximadamente en 40.00 USD, por lo que, sin tener en cuenta la mano de obra, que se ejecutaría con operarios del propio taller, el costo total sería de 335.00 USD.

 

Conclusiones

  • Para el caso del fallo del engrane se aplicaron técnicas de modelado y análisis computacional basado en la condición de operación más extrema.

  • El rediseño de la propuesta bridó resultados satisfactorios, lo cual fue favorecido porque la modelación se llevó a cabo con las condiciones más críticas de funcionamiento, lo cual resultó como aval de que se podía implementar la solución con plena confiabilidad. La fabricación permitió montar el engranaje, el que se encuentra trabajando satisfactoriamente hace aproximadamente un año. La valoración económica resultó satisfactoria al comparar el valor obtenido con el de un engranaje adquirido en el exterior.

 

Notas

1 Catalogo INDUMA C.S.A induma.com.co, Barcelona, España, 2013.

2 Fundamentos de Materiales, Universidad de Valencia, Valencia, España, 2008.

3 Análisis de Fallas Mecánicas en Piezas. Instituto Mexicano de Transporte, México, 2011.

4 DEL CASTILLO, R.F.: Engranes: historia, fabricación y fallas, Universidad Nacional Autónoma de México, Tesis de Maestría, México, 2010.

5 Manual Torno Paralelo GUANGZHOU, China, 2013.

6 SÁNCHEZ, M. R.: Reparación mecánica y eléctrica a Fresadora CNC DYNA EM 3116, Universidad Tecnológica de Querétaro, México 2013.

7 HAMMER, CH.: Simulation Mechanical, Manual de Autodesk, Michigan, USA, 2015.

8 BERNHARD, H. H.: Reingeniería de Procesos Gerenciales, Michigan, USA, 2010.

9 CASTELLANO. F.: Simulation Mechanical, Manual de Autodesk, Michigan, USA, 2015.

10 CHUSHI, Q.: Rediseño de Caja de Avance de Torno CMZ, Universidad Politécnica Salesiana [en línea], Disponible en: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/1046 [Consulta: 22 de enero de 2015].

11 SUMITEC: Manual de materiales, [en línea] 2004. Disponible en: www.metalmecanica.com/guia-de.../Suministros-Tecnicos [Consulta: 22 de enero de 2015].

 

Referencias Bibliográficas

MARTÍNEZ, F.: Tecnología del Tratamiento Térmico. Un enfoque sistémico, Ed. Félix Varela, 3.a ed., La Habana, Cuba, 2006, ISBN: 978-959-258-113-4.

MENDIOLA, R.: Reconstrucción de Engranes de Caja de Avance del Torno del Taller de Máquinas Herramienta, Ed. REVERTE, México, 2012.

MILANI, M.R.: Diseño para nuestra realidad, [en línea], Ed. Equinoccio, Caracas, 122 p., 1997, Disponible en:Disponible en:http://articulo.mercadolibre.com.ve/MLV-463798074-libro-diseno-para-nuestra-realidad-rodolfo-milani-pto-ordaz-_JM , [Consulta: 27 de febrero de 2017].

NORTON, R.L.: Diseño de maquinaria: síntesis y análisis de máquinas y mecanismos, Ed. McGraw-Hill, 3.a ed., México, 749 p., 2008, ISBN: 978-970-10-4656-2.

SHIGLEY, J.E.; MISCHKE, C.R.: Mechanical Engineering Design, Ed. McGraw-Hill, 10.a ed., México, 2011.

TAIPE, P.; FAUSTO, P.: Rediseño de un Sistema de Desplazamiento para una Abocadora de tubos de PVC, Ed. Pearson Educación, 5.a ed., Barcelona, España, 2012, ISBN: 978-607-707-694-0.

 

Date received: 10 June 2015

Date accepted: 28 February 2017

Publication date (electronic): April 2017

 

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