jueves, 12 de marzo de 2015
FMEA
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Sub-sistema
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Componente
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Modo
de Falla
|
Causa
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Efectos
|
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Sistema
Motor Reductor
|
Engranajes
Ejes Poleas Correas Motor Tornillo Sinfín |
No
transmite
potencia |
1.
Desgaste de los elementos
2. Mal ensamblaje 3. Sobrecargas |
Se
interrumpe el funcionamiento del Sistema
|
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Sistema
de
Pistón |
Pistón
Émbolo |
Fractura
|
1.
Sobrecargas.
2. Aumento de la Presión |
No
se desplaza el fluido
|
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Tanque
|
Tanque
|
Desgaste
|
1.
Roce seco entre pistón y tanque
2. Falta de Lubricación |
Se
crean fugas del fluido
|
|
Manguera
de
Suministro |
Manguera
|
Obstrucción
|
1.
Aire atrapado que solidifique el fluido
|
El
fluido no puede movilizarse por la manguera
|
|
Cabezal
de
Descarga |
Boquilla
Cabezal Acople |
Obstrucción
de la boquilla
|
Solidificación
de la boquilla
|
No
se puede depositar el filamento
|
|
Sub-sistema
|
Ocurrencia
|
Severidad
|
Detección
|
Total
|
|
Sistema
Motor Reductor
|
0.2
|
0.25
|
0.1
|
0.005
|
|
Sistema
de
Pistón |
0.1
|
0.25
|
0.1
|
0.0025
|
|
Tanque
|
0.6
|
0.25
|
0.1
|
0.015
|
|
Manguera
de
Suministro |
0.4
|
0.25
|
0.1
|
0.01
|
|
Cabezal
de
Descarga |
0.6
|
0.5
|
0.1
|
0.03
|
Propuesta de Diseño
Propuesta de Diseño
Se pueden Observar las distintas partes del sistema propuesto. Un sistema de motor eléctrico acoplado a una transmisión. La Transmisión mueve el sistema de pistón para comprimir el fluido de trabajo, permitiendo que el mismo salga por el otro extremo a través de la manguera que lo llevaría hacia el cabezal final que permitiría regular el diámetro de salida.
El sistema se divide en las siguiente partes para independientes para un ensamblaje más fácil.
1. Sistema motor.
2. Transmisión
3. Sistema de pistón
4. Tanque
5. Manguera de suministro
6. Cabezal de descarga
En el sistema se observa la propuesta de Diseño conceptual. Las dos cajas representan el motor y la transmisión.
Fig. Donde se muestra el pistón interno que comprime el fluido
Fig. Muestra El Tanque-Manguera-Cabezal de Salida
Ingeniería Básica.
El diseño presentado, permite
regular el caudal del sistema con simplemente variar la frecuencia del motor y
eligiendo el paso de rosca para el eje entre el pistón y la transmisión
deseados.
Para saber el caudal de entrada
basta con saber la velocidad lineal del pistón y el área de la base del tanque.
También, de ésta forma
sabemos el área de salida del cabezal, podemos determinar su velocidad con
V_salida=V_piston*A_basetanque/A_salida
Una cosa con la que se
debe tener cuidado, es con grandes gradientes de presión. Ya que si el diámetro
de salida es muy pequeño con respecto al diámetro de entrada, al ser un flujo
compresible, puede generar mucha presión y causar que se suelten los sujetadores.
Interfaz Humana.
La propuesta presentada, se
destina a tener la menor interacción posible con una persona, (Solo para
efectos de mantenimiento) La misma, se propone que se active por una señal que
active el motor a la frecuencia deseada (Recordando que la velocidad de salida
deseada depende de esto)
La forma en que la persona
controle el mecanismo, será a través de una computadora, al activar el motor que
controla el cabezal y los sistemas que estos mueven.
El mantenimiento de la misma, se específica mas abajo. Esta forma de interfaz, aumenta la seguridad del prototipo ya que evita contacto alguno entre la persona y el equipo durante la operación.
Mantenimiento
Recomendaciones de mantenimiento.
1. Sellar bien el cabezal de salida al terminar, así no se
solidifica el sólido en el mismo.
2. Solo será necesario cambiar la manguera junto con el
tanque al finalizar de consumir todo el fluido de trabajo.
3. En caso de solidificarse en la manguera por alguna
entrada de aire desconocida. Cambiar la misma.
4. Sellar bien la tapa del cabezal, de no hacerlo puede
perderse el mismo al solidificarse el fluidodentro de él.
Selección de Materiales
1. El fluido de trabajo seleccionado, fue Silicón líquido. El mismo presenta propiedades favorables para la realización de moldes
2. Plástico para el tanque, por su bajo costo para ser reemplazado cada vez que se acabe el suministro.
3. Manguera 1/2'' o inferior, transparente para poder observar posibles obstrucciones.
4. Cabezal de Plástico, o aluminio delgado, para poder asegurar que se pueda limpiar fácilmente con algún solvente
5. Motor Eléctrico con variador de frecuencia, de ésta forma se puede asegurar distintos caudales a conveniencia.
6. Transmisión para poder desplazar el eje del pistón de manera lineal
7. Pistón de acero 1020 por bajos costos y suficientemente fuertes.
8. Membranas plásticas para evitar exposición del fluido al aire
9. Sujetadores, para asegurar los montajes del tanque - manguera y manguera-cabezal sin fugas de fluido.
10. Sargentos y lámina de acero 1020 para montar el sistema al portaherramientas.
Costos
Estimado de costos totales |
||
| Costos | Cant | Costo(bs) |
| Fluido de Trabajo | 8000 cm^3 | 25000 |
| Tanque Almacenaje | 1 | 1000 |
| Manguera | 3mts | 300 |
| Cabezal | 1 | 1000 |
| Motor | 1 | 5000 |
| Transmisión | 1 | 5000 |
| Pistón | 1 | 3000 |
| Membrana | 1 | 1000 |
| Sujetadores | 3 | 2000 |
| Sistema de montaje | 1 | 5000 |
| Diseño | 1 | 10000 |
| Total | - | 58300 |
Toma de decisiones
Análisis KT
Mapa Metal
A continuación mostramos un mapa metal que resume nuestras investigaciones y la decisión tomada está representada por el color verde. El amarillo representa nuestras otras opciones más factibles.
Para ver el mapa con mayor detalle ver: http://www.spiderscribe.net/app/?2556272880de1b130163b0cafbb7b765
En nuestro análisis KT, vemos que estas 2 opciones son semejantes a nivel de factibilidad técnica. Sin embargo, por cuestiones de tiempo y por resultar ser un sistema más económico y simple, para construir un prototipo; se eligió la opción 2 "Extrusión de silicón industrial".
Mapa Metal
A continuación mostramos un mapa metal que resume nuestras investigaciones y la decisión tomada está representada por el color verde. El amarillo representa nuestras otras opciones más factibles.
Para ver el mapa con mayor detalle ver: http://www.spiderscribe.net/app/?2556272880de1b130163b0cafbb7b765
TRIZ
Aplicación de los Principios de la Inventiva para la Resolución de Conflictos
Problema 1. Desgaste por roce con posterior Generación de Fugas
Principio 27. Objeto barato de vida corta. Colocar un tanque barato, de tal manera que al acabarse el fluido de trabajo se cambia el contenedor por uno nuevo. Así no se utiliza tanto tiempo como para que el desgaste sea suficiente para generar fugas.
Problema 2. Fugas entre las uniones tanque-manguera de suministro y manguera de suministro-cabezal
Principio 10 Acción previa y Principio 27 Objeto barato de vida corta. Se combinan dos principios Anticipando a la aparición de fugas, se utiliza un sistema de manguera desmontable y ajustable. En caso de presentarse una fuga, se utiliza una manguera que se reemplace fácilmente y sean de bajo costo.
Problema 3. Cabezal Obstruye salida al secarse fluido de trabajo.
Como el fluido de trabajo seleccionado, Silicón líquido se endurece un par de horas después al entrar en contacto con el aire.
Se Utiliza el “Principio 30. Películas Flexibles o Membrana delgada” Se hace uso de un dispositivo de membrana para cubrir la salida del cabezal, una vez finalizada su uso en el día. De ésta forma, se asegura que el aire no entrará en contacto con el fluido dentro del cabezal, evitando que el mismo se seque.
Evaluación de Ideas
Siendo las ideas tomadas para un análisis en primera instancia:
1. Utilizar un dispositivo que caliente la cera para pasarla
por un conducto hacia el cabezal distribución.
2. Utilizar un sistema de extrusión de cera combinado con un
calentador.
3. Prefabricar los hilos de cera y utilizar rodillos para
desplazarlos (Se fusionan a la salida por un láser que los caliente para
unirse).
4. Combinar una de las ideas cambiando el material a
utilizar (Considerar otras opciones aparte de la cera)
5. El material que se propone es utilizar Silicón
Industrial.
Procedemos a realizar un análisis en primera instancia marcando lo positivo (P), negativo (N) e interesante (I) de la idea:
IDEAS
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
P
|
·Derretir
cera es simple
|
·Control
del caudal
·Control
del diámetro del filamento.
|
·Control
del caudal
·Control
del diámetro de los filamentos.
|
·Los
problemas debidos a las propiedades físicas de la cera, pueden ser
resueltos.
|
·No
necesita ser calentado, ya viene en estado líquido.
·Se
puede trabajar con un sistema de extrusión.
·Se
puede controlar el caudal y el diámetro de salida de manera sencilla.
|
N
|
·La
cera se seca muy rápido.
·Posibilidad
de obstruir el tubo si no se controla bien la temperatura de la cera.
|
·La
cera al salir derretida puede que se solidifique muy rápido o muy lento.
Ambos casos ocasionarían problema para construir el modelo deseado.
|
·La
cera solida no es maleable, se quiebra.
·Dificultad
de enrollar un carrete prefabricado para obtener la autonomía deseada.
·Debe
ser precisa la utilización del láser.
|
·Puede
aumentar los costos de fabricación.
|
·Debe
manejarse con cuidado. No puede exponerse al aire, ya que se solidifica la
cera.
|
I
|
·La cera es fácil
de manipular, no tóxica. Al solidificarse, se vuelve lo suficiente
resistente para el objetivo planteado.
|
·Es un sistema
bastante simple
·Fácil de
manipular.
·El canal de
suministro puede estar anclado al banco.
|
·El láser es muy
costoso
|
·Pueden ser
materiales que requieran cierta cautela al manejar. Porque bajo ciertas
condiciones pueden ser tóxicas.
|
·Mientras el
contenedor, ni el sistema de suministro se mantenga expuesto al aire antes o
después de utilizar el equipo, el mismo no se solidifica y no causará
obstrucciones del mismo.
|
De aquí se tomarán dos opciones a analizar en el análisis KT:
1. Sistema de extrusión de cera combinado con un calentador
2. Sistema de extrusión con Silicón
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