DISEÑO DE UNA MÁQUINA PARA LA RECOGIDA DE LONAS DE PROTECCIÓN DE PAVIMENTOS DEPORTIVOS PARA EL SERVEI D’ESPORTS DE LA UNIVERSIDAD JAUME I DE CASTELLÓN
Descripción del producto/servicio/proceso creativo y/o innovador
El proyecto desarrollado fue presentado como proyecto final de carrera de la titulación de Ingeniería Técnica Industrial Mecánica, acabada recientemente, en concreto en la pasada convocatoria de diciembre.
El objeto de proyecto intentaba resolver el problema planteado para los empleados del Servei d’Esports de la Universidad Jaume I de Castellón. Como su nombre indica, el problema constaba del diseño de una máquina/mecanismo automatizado, para la recogida de las lonas de protección de pavimentos deportivos, en concreto para la pista del pabellón de propio Servei d’Esports. Además del diseño de los tubos/rollos sobre los que arrollarán las lonas y las bandejas/tolvas sobre las que se transportarán y almacenarán los rollos de lona.
Esta máquina es requerida para la recogida, transporte y almacenamiento de las anteriormente mencionadas lonas. Esta necesidad es debida, principalmente, al elevado peso de las lonas, casi 100kg. Debido a los problemas desarrollados durante la manipulación de las lonas, el encargado de infraestructuras del citado servicio, solicitó un informe a La Oficina de Prevenció i Gestió Mediambiental (OPGM). En esta solicitud se ponía de manifiesto como problema de urgente resolución la manipulación de los rollos de protección de pavimento deportivo del pabellón.
En dicho informe se cita como la actual manipulación de los rollos, realizada por operarios, y los problemas que acarrea:
· Transporte entre el lugar de utilización y el de almacenaje. Para esta tarea se utiliza la ayuda de una carretilla de transporte.
· Desenrollado y enrollado. Las tareas de desenrollado y enrollado comportan importantes riesgos de lesiones músculo-esqueléticas ya que en la misma se combinan problemas posturales: flexión importante de la columna y flexión de piernas, con problemas de manipulación de cargas: empuje del peso y tensionado de la lona para su correcto enrollado y colocación/desenrollado.
Además el informe cita que la combinación de estas dos tareas no es evaluable de manera conjunta por métodos tradicionales (Ergo-IBH o Ecuación de Manipulación Manual de Cargas del INSHT o NIHOS). Por otro lado cita, que la aunque la frecuencia de utilización es baja, el riesgo se considera no tolerable, por lo que se propone una serie de medidas tendentes a su disminución y control entre las que se encuentra la compra y utilización de ayudas mecánicas que se considera imprescindible. Por lo que se planteaba que esta recogida de las lonas debe de realizarse lo más automatizada posible pero con un coste asequible.
El material protector del suelo del pabellón es taraflex bateco. Las lonas de protección poseen unas dimensiones 30m de longitud y un ancho de 1,5m. La colocación de las lonas se realiza a lo ancho de la pista.
El principal problema de diseño que se planteó fue que la máquina debía de ser ligera, es decir, no sobrepasara la resistencia del suelo. Este problema condiciona los materiales utilizados en el diseño.
El suelo estaba constituido por tarima flotante. La tarima la constituyen dos placas de contrachapado pegadas entre si y posicionadas 45º entre ambas direcciones de la beta; y recubiertas de una material plástico. Los apoyos de la tarima lo constituyen unos apoyos plásticos deparados entre si 310mm en direcciones perpendiculares contenidas en el plano de suelo.
Debido a que el fabricante del suelo no está obligado, según normativa, a proporciona unos datos de resistencia, sólo se le obliga a superara ciertos ensayos de rodadura, rebote de pelota, etc. Se tuvo que realizar un ensayo de flexión para fijarlos.
La máquina tenía que poder desplazar por toda la pista, para ello se plantea que sea autónoma o con conexión directa a la red eléctrica. Se descarto la posibilidad de que fuese autónoma debido al considerable aumento del precio de la misma y su peso ocasionado por la batería. Por otro lado, las ruedas deben de poseer una gran área y ser de una material deformable, para que no se marquen sobre el recubrimiento superficial, ni ocasionen daños graves al parquet.
Los soportes sobre los que se arrollarán las lonas lo constituirán unos tubos de aluminio. Para que al enrollar la lona sobre el tubo la primera vuelta y no deslice sobre si, se le colocaran unas bridas elásticas.
Los tubos se transportarán sobre unas bandejas que agruparán un conjunto de rollos. Estas bandejas serán parecidas a los palets, de manera que puedan ser transportadas con un transpaleta y apiladas unas encima de otras. Este diseño se consideró debido a que se planteaba la compra de una transpaleta apiladora, de manera que resolvía el problema plantado de ahorro de superficie designada para almacén, que hasta de ahora se realizaba en un lugar no destinado a ese fin, una sauna.
Estas bandejas se introducirán en el seno de la maquina de enrollar, de manera que esta pueda coger los rollos para bobinar la lona. Para el bobinado de las lonas se escogió la recogida mediante unos mandrinos.
Los cuales se desplazan en los tres ejes. Los ejes vertical y longitudinal, proyectados sobre las bandejas porta-rollos, serán mediante unas guías lineales, gemelas en dos planos desfasados. Mientras que el moviendo en el tercer eje se realizará con una guía autocentrante.
Estos movimientos son necesarios para desplazar el rollo a enrollar, desde la bandeja al lado exterior de la máquina, para que se pueda colocar la lona sobre el rollo y se bobine, para posteriormente recolocarlo en su posición inicial. Esta bandeja una vez llena se llevará con el transplet y se apilará para coger la siguiente y repetir el proceso.
Métodos creativos utilizados
Se han desarrollado varios métodos para la obtención de la solución final, dependiendo de la fase en que se encontrara el diseño. Los dos principales utilizados han sido el análisis funcional y el método AIDA.
El análisis funcional ha sido desarrollado durante las etapas iniciales del diseño para determinar cada unos de las funciones y procesos que se han de desarrollar durante le proceso de recogida.
Mientras que para las partes finales de determinación exacta del componente a utilizar se ha desarrollado el método AIDA.
La utilización conjunta ha permitido simplificar el desarrollo del producto. Esto es, porque se ha desarrollado para cada una de las partes principales en las que se ha dividido la máquina. Es decir, se ha dividido por agrupaciones de funciones, de la unidad más pequeña, en el análisis funcional. Luego mediante el método AIDA se han buscado las soluciones y se han comparado. Finalmente se han ido agrupando según su desarrollo dentro del conjunto, para estimar la compatibilidad.
Con esto se han conseguido una serie de soluciones a pequeños problemas que después se han compatibilizado para hallar la solución óptima.
Creativo/innovador ¿Por qué?
Cada una de las máquinas que nos rodean fue innovadora, en el sentido en que se ha desarrollado para cubrir una necesidad que en su momento no se podía cumplir con otro servicio. Por ello cada desarrollo de máquina/componente de máquina supone una innovación en medida de la aplicación para la que ha sido desarrollada, ya que supone una mejora en algún campo.
Con el desarrollo de la máquina, requerida por la necesidad de facilitar el trabajo a los operarios del Servei d’Esports, se ha mejorado las condiciones de trabajo. Por lo que se puede considerar innovador ya que no existe otro producto en el mercado que cubra la necesidad, ya que la necesidad se ha requerido desde la compra de las lonas de protección. Esto se puede observar en el informe médico solicitado por el encargado de infraestructuras del Servei d’Esports, en el que cualificaba el trabajo intolerable aunque la frecuencia de desarrollo sea baja. Debido a esto, todos estos años se ha buscado una máquina/dispositivo que mejorase este trabajo, lo que finalmente le ha llevado a la solicitud de diseño bajo demanda de la máquina objeto del proyecto.
Registro industrial ¿Posibilidad?
Debido a todo lo expuesto anteriormente esto se podría considerar como un diseño, ya que no existe aplicación parecida con la que puedan suplir la necesidad. En la que se podrían variar algún sistema que forma parte.
Por otro lado durante el desarrollo de las prácticas y posterior presentación de proyecto se me comento la idea de que podría ser objeto de patente, ya que no existe nada, hasta el momento, parecido en este campo.
Ventajas/desventajas respecto a otros productos/servicios/procesos similares
Hasta el momento no se puede compara directamente con otro dispositivo similar ya que no lo hay. Por ellos se va a compara con respecto al sistema manual, actual, de recogida.
Se ha mejorado en varios ámbitos como son:
· Mejores condiciones de desarrollo del trabajo. Con el sistema se anulan todos los factores desfavorables desarrollas durante le proceso de recogida. Desde la posición de recogida a la manipulación de los propios rollos entre la pista objeto de protección hasta el almacén. Las posiciones actuales de recogida, no existe como tales, ya que se realiza por la comendación de las ordenes del operario a la máquina. Mientras que el transporte se desarrolla en un transpalet, con lo que se evitan todos los esfuerzos.
· Menores bajas. Indirectamente del punto anterior se extrae que las bajas se reducen, ya desaparecen los esfuerzos desarrollados durante el trabajo. Anteriormente, debido a las bajas que ocasionaba la actual recogida, sólo era desarrollado por los operarios que tuviesen una gran fuerza física, intentado que las bajas se reluciesen al máximo. Debido a la supresión de este nivel de esfuerzos se consigue que la actividad pueda ser desarrollado por cualquier miembro del Servei d’Esports sin importar su forma física, ni constitución.
· Ahorro de tiempo y personal. Con el sistema actual la recogida se puede desarrollar el trabajo de recogida de una lona en 10 minutos con dos operarios, respecto a los 2,5 minutos y un operario, con la máquina.
· Ahorro de superficie de almacenamiento. Con el diseño de las bandejas portarrollos se ha conseguido una reducción de espacio, ocasionado por la capacidad de almacenamiento.
Estos beneficios eran de esperara, ya que era lo que se intentaba conseguir con el diseño.
Demandas actuales del mercado
La demanda actual se puede restringir al Servei d’Esports ya que ha sido el único que ha encargado el desarrollo de esta máquina para el desarrollo de dicho trabajo.
Por otro lado, también se ha comentado que el ayuntamiento de Castellón podría utilizar las lonas, con lo que se podría ampliar la demanda si el requerimiento de disposición de estas lonas es alto, sino se trabajaría de manera conjunta entre ambas instituciones.
Demandas futuras
La demanda futura se podría ampliar a todos aquellos pabellones en los que se posean las lonas de protección, ya que la funcionalidad que dan estas lonas al proteger el pavimento, ha hecho que se hayan comprado una gran cantidad de pabellones, ya que se les consigue dar una funcionalidad mayor a dicho pabellón.
Por ello la demanda podría extenderse a toda la zona en la que trabaja la empresa suministradora, si se trabajase conjuntamente con ella. Con ello se conseguiría una demanda de una gran parte de Europa y América del Norte, principalmente.
Tecnologías novedosas aplicadas
La tecnología aplicada a la máquina no responde al grado de tecnología actualmente desarrollada en el mercado, ya que de ser esto así subiría de manera desmesurada el presupuesto de dicho diseño.
Por ello la tecnología aplicada principalmente se basa en guías lineales utilizadas, ya que son de una tecnología que no lleva en el mercado un gran tiempo. Es decir, el método deslizante utilizado para este tipo de guía no es muy actual, polímeros, pero su aplicación, por el contrario sí, ya que para las fuerzas desarrolladas durante la manipulación ha hecho que no se desarrolle hasta hace poco este tipo de guías de “bajo coste”. Por otro lado la perfilaría utilizada, modular, tiene una aplicación de unos pocos años, al igual que las guías lineales, como tales la aplicación en varios ejes. Otra sistema que se puede considerara algo novedoso es la sincronización del sistema mediante la electrónica.
Toda la tecnología desarrollada anteriormente no es nada novedosa, ya que existe desde hace varios años. Pero para mi caso, un recién titulado, si puede suponer algo novedoso ya que no la había visto antes. De hecho durante el diseño ha hablado con fabricantes y se puede ver aplicaciones en las que cada
Mejoras
Como posibles mejoras a crear en un futuro, se enumeran las siguientes:
· Desplazamiento de la maquina accionada, de manera que los operarios no tengan que empujarla.
· Que la energía pueda ser suministrada por baterías integradas dentro del diseño, para que no se tenga problemas de suministro si te encuentra en un lugar en los que coexiste toma de corriente cercana.
· Que se controle la desviación de la lona.
· Que se mejore el sistema de colocación de las lonas.
· Que la propia máquina apiles las bandejas portarrollos. Con lo que no requeriría la transpaleta.
· Que la propia máquina detecte la situación de la lona en función de la recogida, es decir, que no sea el operario el que tenga que ir mandado continuamente las órdenes, que sea más automatizada.
* El caso ideal seria que la propia máquina fuese autónoma, detectase automáticamente la posición de las lonas y las cogiese del suelo las enrollase y las almacenase. Es decir, que a las lonas se les colocase una bande magnética para que la maquina las leyese, además de colocar referencias sobre la pista para que la pudiese poner también. Esto sin ayuda de operarios.
Fuentes de información utilizadas
Disposiciones legales y normas aplicadas
Especificaciones referentes a acústica, dispositivos protección, seguridad eléctrica que se han tenido en cuenta a la hora de diseñar, abarcando la reglamentación que afectara. La normativa empleada en el proyecto tiene relación con la “Seguridad de las máquinas”. Las normas citadas vienen incluidas en los volúmenes AENOR, que contiene 106 normas europeas UNE, además del Real Decreto respecto a la legislación frente al ruido.
Principios y conceptos básicos de seguridad:
· A UNE-EN 292-2/A1:1996 Conceptos básicos. Principios generales para el diseño.
· A UNE-EN 414:2001 Reglas para el diseño y presentación de las normas de seguridad.
Acústica
· Real Decreto 286/2006, de 10 de marzo: Protección de la salud y la seguridad de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición al ruido.
Dispositivos de protección
· B2 UNE-EN 418:1993 Equipo parada de emergencia, aspectos funcionales.
· B2 UNE-EN 983:1996 Seguridad para componentes neumáticos.
· B2 UNE-EN 1037:1996 Prevención de una puesta en marcha intempestiva.
Ergonomía:
· B1 UNE-EN 614-2:2001 Principios de diseño ergonómico.
Seguridad eléctrica:
· B1 UNE-EN 60204-1:1999 Equipo eléctrico de máquinas.
· B2 UNE-EN 60947-5-5:1999 Aparamenta eléctrica de baja tensión. Aparatos y elementos de conmutación para circuitos de mando.
Por otro lado para los ensayos de resistencia del suelo, ensayo a flexión:
· UNE 56 537 79 (características fisico-mecánicas. Determinación de la resistencia a flexión estática).
Bibliografía
Diseño conceptual (U.P. de Tecnología UJI)
Shigley’s – Mechanical Engineering Design
Joseph E. Shigley- Diseño en ingeniería mecánic. Ed. Mc Graw Hill
Reglamento Electrotécnico en Baja Tensión
Plan de gestión de la calidad
Marcado CE
Normas anteriormente mencionadas
Otras referencias
Catálogos comerciales
· ITEM-Sinerges
· INA-buenaventura giner S.A.
· NSK
· Soldevilla
· Bonifliglioli-INA
· Alumafet
· Sistemas Industriales y Recambios (SIR)
· Nachi
· Telemecanique
· Ergarinox
· Motorvario
· Lika
· Mig
Fuentes de información en Internet
· www.Berger-lahr.com
· www.mecmod.com
· http://www.intertronic.com
· http://www.sick.com
· http://www.lika.biz
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