máquina envasadora

Mquina envasadora farmacutica

Pharmaceutic Packing Machine

Kenneth Laurent-Alvarado1, Silvia Hidalgo-Prez2, Erick Iras-Madrigal3, Luis Quesada Rodrguez4

Fecha de recepcin: 13 de mayo del 2015

Laurent-Alvarado, K.; Hidalgo-Prez, S.; Iras-Madrigal, E; Quesada-Rodrguez, L. Mquina envasadora farmacutica.

1 Estudiante, Ingeniera Mecatrnica, Escuela de Ingeniera Electrnica, Instituto Tecnolgico de Costa Rica. Costa Rica. Telfono: (506)8310-5991. Correo electrnico: [email protected]




Palabras clave

Aluminio; Acero; Mquina envasadora; Materiales.

Resumen

En el presente trabajo se muestra una propuesta elaborada con el fin de dar solucin a un caso de estudio. Dicho caso consisti en investigar, determinar y escoger los parmetros requeridos para mejorar la eficiencia de los procesos de envasado de una empresa embotelladora de productos farmacuticos que emplea un sistema automatizado para la produccin. Estos parmetros consistieron en la seleccin de los materiales ms apropiados (tomando en cuenta condiciones ambientales, caractersticas mecnicas, fsicas, trmicas y qumicas) para siete piezas diferentes de la mquina: tuberas para el transporte del cido producido por la empresa, rodillos, polea de retorno, guas para el elevador del sistema enroscado, pinzas de brazo robtico, columnas y lminas del cuerpo de la mquina.

Keywords

Aluminum; Steel; Packaging machine; Materials.

Abstract

A proposal developed in order to solve a case study shown in this paper. That case was to investigate, identify and choose the parameters required to improve the efficiency of the packaging process of a bottling company of pharmaceutical products employing a computerized system for production. These parameters included the selection of the most appropriate materials (taking into account environmental, mechanical, physical, thermal and chemical) to seven different parts of the machine: pipelines for the transport of acid produced by the company, rollers, pulley return guides for the elevator screwed system robotic arm clamps, columns and sheets in the body of the machine.

ObjetivosObjetivo General

Aplicar los conceptos y caractersticas de aceros al carbono, aceros grado maquinaria, aceros inoxidables, aluminio, cobre, nquel y sus respectivas aleaciones, en la escogencia de los materiales ms adecuados para las piezas de una mquina de envasado.

Objetivos Especficos

Determinar las caractersticas y condiciones requeridas de cada una de las piezas de inters de la mquina. Investigar acerca de diferentes materiales que cumplan con los requerimientos que exigen cada una de las piezas de inters de la mquina. Determinar el material ms adecuado o eficiente para cada una de las piezas de inters de la mquina.

Marco terico

Las mquinas de envasado tienen la funcin principal de combinar el material de envase y el producto a envasar en una unidad simple. El motivo principal por el cual se usa una mquina de este tipo es para evitar desperdicios del producto, y sobre todo, para que el producto envasado est protegido y tenga una buena presentacin. Actualmente existen muchas variables de estas mquinas, una de las cuales se refiere a la envasadora vertical, lo que significa que la direccin principal de avance del material durante la elaboracin del envase se da a lo largo de ese eje (Quiminet, 2015).

En lo que respecta a esta mquina cabe destacar que a la hora de seleccionar la maquinaria es fundamental tener en cuenta tanto el producto que se desea envasar como las necesidades de produccin. Segn el primer punto, se escoger un tipo de equipamiento u otro y segn el segundo, el nivel de automatizacin y la velocidad de la lnea. En este caso de estudio en particular el producto corresponde al cido frmico diluido, un compuesto qumico orgnico presente en la naturaleza utilizado en la industria de la conservacin de alimentos. Entre sus propiedades cabe sealar que es muy voltil y altamente corrosivo, debe manejarse en lugares ventilados, para manipularlo la utilizacin de los guantes es imprescindible (Klages, 2006).

La importancia de conocer el producto con el que se desea desarrollar un sistema automatizado radica en la constitucin de las partes del sistema, pues al conocer las propiedades del producto es posible determinar los parmetros o condiciones especiales con las que se debe contar para que se d una produccin eficaz. A raz de ello, es posible adems seleccionar acertadamente los materiales para la construccin del sistema.

Referente a la mquina de inters para este trabajo es necesario indicar las piezas que se tomarn como objeto de estudio y la funcin que desempean en el sistema. En primer lugar se tienen las tuberas, las cuales segn Valderrama (2003) son la forma ms comn, eficiente y econmica de transportar un fluido. Una tubera industrial tpica consiste en un tubo, a travs del cual se transporta el fluido, protegido por una o varias capas de aislantes para evitar daos mecnicos o minimizar la transferencia de energa. El material mismo con que se construye la tubera se puede considerar como la primera capa aislante, aunque su funcin principal es evitar la dispersin del fluido. De forma ms resumida el mismo autor comenta que una tubera es un ensamble de tubos y componentes de tubera, usado para transportar, distribuir, mezclar, separar, descargar, medir, controlar o repulsar los flujos de un fluido o sustancia.

Segn Kalpakjian et al. (2002) eltransportador de rodilloses un dispositivo que, como su nombre indica, utiliza rodillos metlicos para facilitar el manejo y traslado de una gran diversidad de objetos, tales comocajas, tarimas,llantas,tambos,pals, paquetes, etc. siempre y cuando cumplan la condicin de contar con un fondo regular. En caso contrario, suelen emplearse otro tipo de dispositivos como el transportador de banda, el transportador helicoidal, etc. El transportador de rodillos se utiliza en mltiples procesos industriales y en almacenes.

Asimismo, una parte importante de cualquier mquina es su carcasa, ya que esta provee la proteccin que requieren los elementos internos de la mquina, adems de que se trata de su carta de presentacin. La funcin de las lminas es sencillamente proteger la mquina. El grosor de las lminas depende de la funcin de la mquina y de su entorno.

Adems de ello es importante sealar que estas lminas deben estar aisladas internamente de los circuitos de la mquina, ya que al tratarse de la carcasa puede ser peligroso si esta adquiere un potencial elctrico que pueda liberar una corriente en el operario, o pueda daar componentes como el brazo automatizado para el llenado de la mquina. Adems no es necesario que esta tenga contacto una tierra o referencia, ya que esta debera estar prevista en el diseo del circuito interno de la mquina.

Las columnas por otro lado son elementos utilizados para resistir bsicamente solicitaciones de compresin axial aunque, por lo general, esta acta en combinacin con corte, flexin o torsin. Su funcin estructural es de soporte o sostn, por lo cual estn destinadas a recibir cargas (Harmsen, 2005). Especficamente en el caso de la mquina envasadora, su funcin corresponder a dar sostn al sistema automatizado para la colocacin de las tapas de los envases del cido.

Las guas para el elevador sirven para conducir el elevador del sistema de roscado en la direccin correcta, para evitar faltas de precisin. Bsicamente sobre estas se apoyan los rodamientos del elevador y se desplazan sobre estas. Al ser parte del sistema de enroscado de los productos, puede verse opuesto a derrames que corroan su superficie, por lo que hay que considerar este factor. La gua del elevador es de suma importancia en este mecanismo para posicionar de manera correcta el mecanismo roscador.

En cuanto a la polea, su utilidad principal se centra en la transmisin de movimiento giratorio entre dos ejes distantes; es por ello que la polea se encuentra sometida a esfuerzos de torsin, que se generan cuando se aplica un momento sobre un elemento mecnico (Beer, Johnston, Mazurek, & Eisenberg, 2010).

Por otro lado, la polea se usa con dos objetivos principales cambiar la direccin de una fuerza mediante cuerdas o transmitir un movimiento giratorio de un eje a otro mediante correas. Para el caso de una mquina es comn encontrar poleas de correa, que tiene como utilidad acoplar motores elctricos a otras mquinas pues permiten trasladar un movimiento giratorio de un eje a otro. En el caso de estudio planteado, la polea se encarga de mover una banda transportadora en una mquina de envasado.

Se debe seleccionar un acero que pueda soportar estas condiciones de trabajo, adems se puede aplicar un tratamiento trmico que ayude a resistir estos esfuerzos en la polea, por medio de un incremento en la resistencia mecnica del material.

El cuerpo es el elemento mecnico que se une al cubo con la garganta. El cubo es la parte central de la polea que comprende el agujero; permite aumentar el grosor de la polea para aumentar su estabilidad sobre el eje. Suele llevar un chavetero, el cual permite la unin de la polea con el eje o rbol. La garganta o canal es la parte que entra en contacto con la cuerda o la correa y est diseada para conseguir el mayor agarre posible. Puede adoptar distintas formas (CEJAROSU, 2014).

Finalmente, se tienen las pinzas de brazo robtico. Estas cumplen la funcin de manipular las tapas de los envases para sellar los envases de producto terminado. En esta maquinaria, tambin se utilizarn para el transporte del producto terminado a su respectivo embalaje. Estas pinzas se ven expuestas a posibles salpicaduras de cido frmico, por lo que se debe considerar un material resistente a reaccionar con este qumico y adems que tenga las caractersticas mecnicas apropiadas para soportar los esfuerzos a los que se van a exponer.

Otro aspecto que resulta de gran relevancia a la hora de desarrollar el sistema automatizado se refiere a las condiciones o requerimientos del lugar donde se ubicar la mquina. Debido a las caractersticas del qumico mencionado y a que se trata de industria farmacutica, se debe trabajar en ambientes controlados en cuanto a condiciones de temperatura, humedad, presin, filtracin de aire y aplicando medidas de higiene estrictas (Tait, 2010). En estos espacios la corrosin y la oxidacin tienen gran consideracin as como la longevidad y mantenimiento de la mquina, ya que al tratarse de un campo industrial detener una mquina representa prdidas de dinero y produccin.

Propuesta

Por la normativa estricta (estadounidense, europea o local), la industria farmacutica debe utilizar materiales que sean neutros respecto a los productos que utilizan para que no reaccionen durante el proceso de produccin, envasado y transporte de sus productos. Adems es claro que se deben utilizar materiales con superficies higinicas y que se puedan desinfectar con facilidad.

Estas caractersticas deben aplicar tanto a las superficies que entran en contacto con los productos, as como con los elementos estructurales de la maquinaria y equipo para realizar los procesos. De este modo, adems de cumplir con las caractersticas mecnicas, estos elementos deben ser lo ms inocuos posible y deben de permanecer libres de corrosin y otros procesos que podran alterar los frmacos.

Debido a estas necesidades, se hace necesario el papel que juega el acero inoxidable en este sector industrial. Este material, por sus caractersticas y especialmente por su capa pasiva, se hace idneo para el trabajo con qumicos y reactivos que se utilizan en los frmacos comerciales y experimentales. Su facilidad de limpieza y desinfeccin lo hacen especial para este objetivo.

Tomando en consideracin lo anterior, a continuacin se presenta cada uno de los materiales propuestos para la implementacin de las piezas de inters de la mquina con su respectivo anlisis y justificacin.

TUBERAS PARA EL TRANSPORTE DEL CIDO

Al estar tratando dentro de una industria farmacutica, es necesario trabajar con altos estndares de limpieza. Adems debido al tipo de materia prima que se est trabajando, que en este caso corresponde a cido frmico (por lo tanto este es el requerimiento qumico), hay a una alta probabilidad que los elementos que se vean expuestos directamente a este se vean afectados principalmente por un efecto de corrosin, de la misma manera aunque se tengan condiciones controladas, el ambiente tambin puede causar este efecto de corrosin en los materiales y como se dijo anteriormente esto es un problema porque el xido contaminara a la materia prima.

Por otra parte, la tubera no es una pieza que est sometida a un gran esfuerzo ya que el nico esfuerzo es el del cido pasando en su interior por lo que no es necesario que tenga una gran resistencia a esfuerzos y de la misma manera los requerimientos mecnicos de esta pieza tampoco son de gran importancia ya que nunca se indica que sea una tubera de presin o algo similar por lo que se supondr que trabajara a una presin normal. Por ltimo en cuanto al requerimiento trmico, en general no se comenta que el cido vaya a estar a una temperatura distinta de la ambiente, por lo que tampoco es un factor a considerar. As en resumen se sabe que para esta parte el requerimiento principal a buscar es que resista la corrosin para no contaminar la materia prima.

Por esto es necesario es coger adecuadamente el material para los elementos. En este caso en particular se encuentra que el mejor material para conformar las tuberas para el transporte del cido corresponde a un acero inoxidable y en especfico de tipo austentico de la serie 316.

Primero hay que saber qu caractersticas posee el acero inoxidable que lo hace tan til para este uso. Los aceros inoxidables son aleaciones a base de hierro, con bajo contenido de carbono y un mnimo de 11% de cromo. La mayora de los grados comerciales contiene al menos 11% de cromo y hasta 0.8% de carbono. Algunos grados contienen nquel como segundo elemento de aleacin. Su principal caracterstica es su alta resistencia a la corrosin. Esta resistencia es debido a la formacin espontnea de una capa de xido de cromo en la superficie del acero. A su vez los aceros Inoxidables Austenticos poseen nquel como segundo elemento principal de aleacin. El Ni se utiliza para suprimir la transformacin de la Austenita y hacerla estable incluso a temperatura ambiente y ms baja. As, cuando el nquel se agrega al acero inoxidable en cantidades suficientes, la estructura cambia a Austenita. Los metales de la serie 300 de acero inoxidable Austentico poseen un contenido de Cr que vara desde 15-32% y contenido de Ni de 8-37% aproximadamente. (Ibarra, Nez, & Huerta, 2010)

Algunas caractersticas bsicas que posee la serie 300 y que cumple para el 316 (que es uno de lo ms comerciales) son una elevada resistencia a la corrosin en una amplia gama de ambientes corrosivos, generalmente mejor que la de los aceros Martensticos o Ferrticos. Excelente soldabilidad. Sobresaliente maleabilidad y ductilidad. Excelente factor de higiene y limpieza. Muy buenas propiedades criognicas y buena resistencia a alta temperatura. La plasticidad de la estructura de la Austenita, transmite a estos aceros, su tenacidad, reduccin en rea y excelente resistencia al impacto. Endurecible solamente por trabajo en fro por lo tanto no se lo aplican tratamientos trmicos. Comparado con el acero al carbono posee menor punto de fusin, menor conductividad trmica, mayor resistencia elctrica y coeficientes de expansin trmica aproximadamente 50% mayores. (Gamboa & Alvarez, s.f.)

A partir de estas caractersticas generales es posible evidenciar que este tipo de acero cumple con los requerimientos principales para un sistema de tuberas para la industria farmacutica, primero debido a su resistencia a la corrosin y alto factor de higiene limpieza que evitan la contaminacin de la materia prima. Su excelente soldabilidad que permite unir mediante soldadura distintas secciones con facilidad para formar todo el sistema de tuberas. Adems su maleabilidad y ductilidad y adems su maquinabilidad facilitan el proceso de formar el tubo.

RODILLOS PARA BANDA TRANSPORTADORA

Al igual que con la polea de regreso, los rodillos de la banda transportadora estn expuestos ante un posible derrame del producto en la banda, es por esto que surge la necesidad de usar un material que soporte sin oxidarse o daarse en caso de derrame y que al mismo tiempo soporte cierto esfuerzo mecnico que sucede debido al movimiento de la banda y por ende de la rotacin en los rodillos. El anlisis para este caso es similar que en el caso anterior por lo que nuevamente el acero recomendado es el acero inoxidable austentico 316 ya que en esta zona, aunque originalmente no debe estar en contacto con el cido, en caso de derrame por algn accidente podra estar en contacto, as que se debe escoger un material que le pueda hacer frente a esta situacin de la mejor manera.

Es por esto que si se quiere usar este acero 316 es necesario realizar un endurecimiento en fro para aumentar su resistencia mecnica para luego realizar un proceso de revenido para aliviar las tensiones internas. No se va a profundizar en esta parte ya que las caractersticas y procedimiento son los mismos que los descritos en el caso de la polea de retorno.

POLEA DE RETORNO PARA BANDA TRANSPORTADORA

La polea se asume en una zona de trabajo donde se puede dar corrosin qumica. Se debe seleccionar un acero que impida que esto suceda. Para disminuir la corrosin y mejorar las propiedades mecnicas en la polea se debe preparar la superficie del metal, como por ejemplo agregar sustancia que impidan el paso de agentes oxidantes.

Considerando que la polea de retorno estar en una condicin en la cual puede haber derrames de lquido, esta debe estar hecha de un material que tenga resistencia a la corrosin, adems debe de tener una resistencia mecnica moderada de manera que pueda mantener el movimiento sobre la banda transportadora sin fallarse.

Para una polea el material ideal sera un acero de construccin, ya que estos aportan la resistencia necesaria para soportar la carga, as como el estrs mecnico que esta ejerza sobre la polea. Existen muchos aceros que cumplen estas caractersticas, como por ejemplo los aceros AISI-SAE 1018, 102, 3115 y 4140. No obstante es necesario considerar el hecho que la polea debe cumplir con los estndares de higiene y resistencia a la corrosin que son necesarios para la industria, por lo que estos materiales no son ptimos. El material ptimo para una parte de una mquina con estos requerimientos nuevamente es un acero inoxidable austentico.

El acero comnmente usado para las piezas que requieren condiciones higinicas y de una resistencia moderada a la corrosin AISI 304 para piezas donde no se tenga contacto con las materias primas, no obstante, como ya se coment anteriormente, se tomar en cuenta un posible caso de derrame, por ello se propone utilizar un acero AISI 316 o AISI 316L, ya que este posee una resistencia a la corrosin mayor que el acero AISI 304 (IMINOX, 2015).

El acero AISI 316 es una aleacin de acero inoxidable que contiene cromo, nquel y molibdeno, principalmente. En este acero el porcentaje de cromo mximo es de 18% y el de nquel es de 14%, esto segn el fabricante AK Steel, adems su porcentaje mximo de carbono es de 0.08%. Esto hace de este material, ms dctil que el acero AISI 304, con una dureza de 79 HRB, sin embargo posee una mayor resistencia a la corrosin y a la oxidacin. Ver Anexo 1 para las propiedades qumicas del acero AISI 316 y el Anexo 2 para las propiedades mecnicas de este material.

Ya que la polea se ver sometida a ciertos esfuerzos no es recomendable que el material de la polea no sea tan resistente mecnicamente, por ello se le aplica un tratamiento enfro al material de la polea, aumentado as sus resistencia mecnica. Posterior al tratamiento en fro se debe realizar un tratamiento de recocido de manera que se alivien las tensiones internas del material, segn el fabricante AK Steel, siguiendo los datos de la ficha de fabricante, el recocido debe realizarse a una temperatura de 1038 C 1147 C, seguido de enfriamiento rpido, el cual debe realizarse en aproximadamente tres minutos, si este no se hace lo suficientemente rpido se puede dar la reprecipitacin de carburos de cromo, si esto se da la resistencia a oxidacin no ser ptima (American Metals, 2015). El tiempo de recocido debe ser reducido, ya que se quiere mantener la resistencia, pero disminuyendo las tensiones internas, ver figura 1.

Las normas que rigen la produccin de este acero son las siguientes: AMS 5524, AMS 5507, ASTM A 240 y el ASTM A 666.

Figura 1. Grfica del proceso de recocido para acero 316. Fuente: AK Steel, 316 Datasheet.

LMINAS DEL CUERPO DE LA MQUINA

Al tratarse de una mquina utilizada en la industria farmacutica se requiere que esta sea higinica, en otras palabras, debe ser resistente a la oxidacin, la corrosin y se debe prevenir el crecimiento de bacterias y grmenes en la superficie de sus partes. Los aceros inoxidables austenticos cumplen estas caractersticas (Smith & Hashemi, 2006).

Los aceros ms utilizado para la produccin de mquinas para la industria alimenticia y farmacutica, donde los estndares de higiene deben ser en extremo altos, son el acero AISI 304 y el acero AISI 316, sin embargo para la fabricacin de las zonas que no estn en contacto con la materia prima el acero inoxidable AISI 304 cumple la funcin satisfactoriamente. Este es un acero austentico aleado con cromo-nquel. (IMINOX, 2015).

Su composicin qumica segn la ficha tcnica dada por el fabricante AK Steel, el contenido de carbono no debe superar los 0.08% por lo que este es un acero de muy bajo carbono, sin embargo puede contener un mximo de 20% de cromo y 12% de nquel, esto le da la resistencia a la oxidacin y a la corrosin necesaria para la industria, adems que previene la formacin de bacterias en las superficies de contacto. En el Anexo 3 se tienen las propiedades qumicas de este material.

Esta aleacin tiene excelente formabilidad, una superior resistencia a la corrosin, es endurecible, tiene una excelente soldabilidad, adems de un excelente factor de higiene y limpieza. Tambin tienen la habilidad de ser funcionales en temperaturas extremas (bajas y altas) y adems no es un material magntico (Aplica-Inox). Por lo que este acero es ideal para su uso en la industria farmacutica y alimenticia. Ver Anexo 4 para las propiedades mecnicas de este material.Las normas que rigen la produccin de este acero son las siguientes: AMS 5513, ASTM A 240 y el ASTM A 666.

En el anexo X se adjunta la ficha del fabricante AK Steel para este acero. All se seala la resistencia que posee este material a las condiciones ambientales y qumicas. El acero 304 no se puede endurecer por medio de tratamientos trmicos, en caso de que se requiere endurecer el material se debe realizar un trabajo en fro, no obstante, dado que las lminas solamente cubren la mquina y protegen sus componentes internos de las condiciones externas no se requiere una dureza superior a la estndar, la cual es de 82 HRB (AK Steel, 2007).

Adems existe otra aleacin que se puede tomar en cuenta, el acero 304L, el cual posee una cantidad ligeramente menor de carbono. Sus propiedades son muy similares al acero 304.

COLUMNAS QUE SOPORTAN EL SISTEMA

En lo que respecta a las columnas de la mquina cabe recalcar son elementos que sostienen principalmente cargas a compresin. En general, soportan momentos flectores con respecto a uno o a los dos ejes de seccin transversal y esta accin puede producir fuerzas de tensin sobre una parte de la seccin transversal. Debido a ellos, la falla de una columna en un lugar crtico puede causar el colapso total de la estructura, aparte de que las fallas de compresin proporcionan muy poco advertencia visual (Ahmsa, 2013). De all radica la importancia de escoger el material adecuado para su diseo.

Segn Ahmsa (2013), para columnas muy cortas y bloques de compresin, la falla ocurre esencialmente por fluencia, adems de que el reglamento del American Concrete Institute (ACI) requiere que en el diseo de miembros a compresin se utilicen factores de reduccin a la resistencia, considerablemente menores que los factores para la flexin, el cortante o la torsin. El esfuerzo de fluencia a una indicacin del esfuerzo mximo que se puede desarrollar en un material sin causar una deformacin plstica, es el esfuerzo en el que un material exhibe una deformacin permanente especfica, alrededor de un 0,2%, y es una aproximacin prctica de lmite elstico (Dalmau & Vilardell, 2003). Aparte de ello, se tiene adems la fluencia de la seccin, mecanismo de falla caracterstico de columnas cortas donde la carga de la columna alcanza el esfuerzo de fluencia del acero, por lo cual es un factor extra a considerar.

Con base en lo anterior cabe destacar la existencia de las aleaciones de aluminio y sus caractersticas. Esto pues, aparte de sus aplicaciones elctricas, dichas aleaciones poseen una resistencia mecnica mayor que la del aluminio puro, conservando por otra parte las ventajas del poco peso, buena conductividad y resistencia a la corrosin (DeGarmo et al., 1988). Muchas de estas aleaciones tienen unas caractersticas a la traccin, salvo en lo referente a ductilidad, mejores que las de acero para estructuras de baja aleacin y gran lmite elstico. Casi siempre, el aluminio reemplaza al acero cuando la necesidad de poco peso, resistencia a la corrosin, gastos de mantenimiento reducidos o conductividad trmica, compensa el costo adicional (DeGarmo et al., 1988).

Una de las aleaciones de aluminio que resulta de inters para este caso en particular se refiere a la aleacin 2014-T6. Esto se debe a que una nueva tecnologa de tratamiento de superficie para las aleaciones de aluminio que permiti no slo una mejora en la resistencia a la corrosin, sino tambin un buen brillo tipo espejo, se llev a cabo mediante la realizacin de permeacin electroltico (Hara et al., 2007). Dicho trabajo se logr por una aleacin de aluminio A2014 -T6 y fue destinado a la aplicacin en el rea industrial. Adems, con ello el nmero de reclamos de los productos por la aleacin de aluminio A2014 T6 se ha reducido drsticamente a casi el nivel cero en comparacin con un pasado.La composicin qumica de esta aleacin segn la ficha tcnica dada por el fabricante CRP Mecnica corresponde a: 90.4 95% de aluminio, 0.1% mximo de cromo, 3.9-5% de cobre, mximo 0.7% de hierro, 0.2 - 0.8% de magnesio, 0.4 1.2% de manganeso, 0.5 1.2% de silicio, mximo 0.15% de titanio y mximo 0.25% de zinc. Esta composicin en conjunto con las propiedades mecnicas, elctricas, trmicos y fsicas se encuentra en el anexo x. En dicho anexo cabe destacar que los datos de mayor inters se refieren al porcentaje de aluminio que brinda alta dureza tal y como lo sealan las diferentes escalas de dureza y las fuerzas de compresin y de fatiga.

En lo que respecta a los tratamientos trmicos recomendados para esta aleacin se encuentra el endurecimiento, tratamiento de precipitacin a 935 F seguido por enfriamiento en agua. Esto produce endurecimiento T4. Resulta ser una aleacin fcil de trabajar en fro, el trabajo en caliente se lleva a cabo en el intervalo de 300 a 400 F y el forjado debe hacerse en el intervalo de temperatura de 750 a 850 F (Metal Suppliers Online, 2015).

Tomando en cuenta lo anterior en conjunto con los estndares de higiene mencionados anteriormente, el material propuesto para las columnas de la mquina de inters se refiere a la aleacin 2014-T6.

GUAS PARA EL ELEVADOR DEL SISTEMA DE ENROSCADO

Sobre estas guas se apoyarn los rodamientos del elevador y se desplazarn sobre estas (ver figura 2). Al ser parte del sistema de enroscado de los productos, puede verse opuesto a derrames que corroan su superficie, por lo que hay que considerar un material que no reaccione con este qumico. La gua del elevador es de suma importancia en este mecanismo para posicionar de manera correcta el mecanismo roscador y asegurar la precisin y la fiabilidad del sistema.

Figura 2. Modelo de gua para elevador.

Considerando que:

a. Es componente de maquinaria para la industria farmacutica. Debe ser de fcil limpieza y que mantenga fcilmente la superficie estril.b. El mecanismo de guas no se encuentra bajo esfuerzos excesivos. Ya que al funcionar como guas y al suponer que estn alineados correctamente, el esfuerzo recaer sobre el mecanismo de elevacin del elevador (compuesto del motor, engranajes, cadenas, etc.). Haciendo esta suposicin y determinndola como requisito, se puede disear guas preocuparnos de esfuerzos excesivos sobre las guas.c. La conduccin elctrica no es un factor a considerar. Ya que no se espera que este componente conduzca electricidad debido a su aplicacin. d. La capacidad magntica no un factor necesario para diseo ya que no se espera o se requiere que tenga esta caracterstica por su aplicacin.e. El mecanismo se encuentra en un lugar resguardado de la intemperie con limpieza controlada. Al ser para la industria farmacutica, se puede suponer ambientes controlados, al menos de forma mnima a la inclemencia del clima (lluvia, exposicin al sol y corriente de aire, etc.).f. El material debe ser maquinable y con posibilidad de adoptar nuevas formas por trabajo en fro para adoptar las formas requeridas; esto para adoptar las formas de guas necesarias dependiendo de los rodamientos o soportes del elevador.g. Que est expuesto a la posibilidad de ser baado con los qumicos de los frmacos debido a que al componente del mecanismo roscador, se puede proveer fallas de llenado, rebalses, problemas de alineacin de producto; lo que puede provocar derrames de frmacos que pueden interactuar con las guas.h. Que no se encuentra a elevados y constantes cambios de temperatura. Esto a que al ser parte de un elevador, y que la friccin entre rodamientos del elevador se supone pequea (por el principio mismo de accin de los rodamientos).i. El material debe poseer buena soldabilidad para asegurar un correcto posicionamiento en su lugar de operacin.

Dadas las anteriores caractersticas, vamos a considerar un acero inoxidable AISI 301. Este tipo de acero inoxidable es idneo para la utilizacin en componentes estructurales donde ser requiera tanto la resistencia mecnica como trmica (aunque en nuestro caso, no es tan determinante esta ltima). El AISI 301 es un acero inoxidable austentico con una composicin de 0.15% de carbn, 2% de manganeso, 0.045% de fsforo, 0.03% de azufre, 0.75% de Silicio, Cromo entre 16% - 18%, Nquel entre 6% - 8%, Nitrgeno al 0.10%, entre otras impurezas. (ANEXO X. Ficha tcnica AISI 301). Esta composicin concuerda con la caracterizacin de componentes de los aceros inoxidables austenticos (ver figura 3).

a) b)

Figura 3. Composicin de los aceros inoxidables y su clasificacin a) en funcin del contenido de cromo y nquel y b) en funcin de cromo y carbono. (Mohamed, 2002).

Segn su ficha tcnica, este acero inoxidable tiene la caracterstica de suministrar gran resistencia mecnica y una gran resistencia a la corrosin por factores ambientales y qumicos. Tiene usos tpicos en diversas reas como por ejemplo en la aeronutica, estructuras mecnicas, industria farmacutica, grado alimenticio, y mdico. Este acero no puede ser endurecido trmicamente, pero puede aplicrsele un recocido a 1038 C y alivio de tensiones a 260. Otra caracterstica muy importante es su capacidad de ser soldado, ya que se considera como los aceros austenticos, que puede ser soldado de una manera sencilla.

Por otro lado sus caractersticas mecnicas son aceptables para la aplicacin. Con un mdulo de elasticidad de 193 GPa en tensin y 78 GPa en torsin, es idneo para la aplicacin deseada.

Analizando estas caractersticas, podemos concluir que es una buena opcin construir estas guas con acero inoxidable AISI 301, ya que se satisfacen todas las necesidades presentadas en los requerimientos. Este acero comercial, puede ser utilizado en esta aplicacin gracias a sus caractersticas mecnicas y resistencia a la corrosin.

PINZAS DE BRAZO ROBTICO

Las pinzas son un elemento que funciona para simular el funcionamiento de una mano y el accionamiento de los dedos (ver figura 4). Existen diversos tipos de pinzas dependiendo de la aplicacin que se desee. En nuestro caso, las pinzas se utilizaran para la colocacin de las tapas de los envases llenos y la colocacin del producto terminado para su embalaje. Estas pinzas son un punto vital del mecanismo de nuestro maquina embotelladora por lo que deben tener especial consideracin en su diseo y la seleccin del material. Este elemento est expuesto a esfuerzos debido a la sujecin de los productos, adems existe la posibilidad de ser derramado con cido frmico diluido presente en los productos a manipular. Es por esta razn que se debe tener especial cuidado para la escogencia del material.

Figura 4. Modelo de pinzas del brazo robtico.

Considerando que:

a) Es componente de maquinaria para la industria farmacutica. Debe ser de fcil limpieza y que mantenga fcilmente la superficie estril.b) EL mecanismo de las pinzas se encuentra bajo esfuerzos normales dependientes del peso del producto manipulado. Se pueden suponer, por facilidad de manipulacin del cliente final, un tamao de envase accesible y cmodo para el manejo del producto. Debido a esto podemos suponer esfuerzos considerables para trabajar con un factor de seguridad adecuado.c) La conduccin elctrica no es un factor a considerar. Ya que no se espera que este componente conduzca electricidad debido a su aplicacin. d) La capacidad magntica no un factor necesario para diseo ya que no se espera o se requiere que tenga esta caracterstica por su aplicacin.e) El mecanismo se encuentra en un lugar resguardado de la intemperie con limpieza controlada. Al ser para la industria farmacutica, se puede suponer ambientes controlados, al menos de forma mnima a la inclemencia del clima (lluvia, exposicin al sol y corriente de aire, etc.).f) El material debe ser maquinable y con posibilidad de adoptar nuevas formas por trabajo en fro para adoptar las formas requeridas; esto para adoptar las formas de agarres necesarios para hacer el tapado del envase y su traslado al embalaje.g) Que est expuesto a la posibilidad de ser baado o salpicado con cido frmico diluido debido a que los envases podran derramar y/o salpicar el mecanismo de las pinzas.h) Que no se encuentra a elevados y constantes cambios de temperatura. Ya que se puede considerar baja friccin en el movimiento de las pinzas.i) EL material debe poseer buena soldabilidad para asegurar un correcto posicionamiento en su lugar de operacin.

Como es un elemento estructural, y debe soportar condiciones similares a las guas explicadas anteriormente, ya que se ven sometidos a esfuerzos considerables y se ve expuestos a la posibilidad de ser salpicado con cido frmico diluido. Es por esta razn que se considera utilizar el mismo material utilizado para las guas del elevador. El AISI 301 posee las cualidades mecnicas y resistencia a la corrosin por qumicos y factores ambientales idneos para la aplicacin deseada. Gracias a estas caractersticas, expuestas anteriormente y presentes en l ficha tcnica del material. Concluimos que es una buena opcin construir nuestras pinzas en este material.

Bibliografa

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Apndice A

Apndice A. CDIGO DE LOS ALTERNADORES

/*AUTOMATIZACIN DE DOS ALTERNADORES DE BOMBAS.

Arraq Gener (A) ----->| |Pare o SC (P) ----->| |---> Bomba 1(B1) Nivel Alto (NA) ----->| |Nivel Bajo (NB) ----->| |---> Bomba 2(B2) Nivel Crtc (NC) ----->| |

Este ejemplo es una mquina de estados implementada con la estructura CASELos Pines asignados son del 30 al 37 como entradas para sensores de nively los pines del 46 al 53 como salidas.

Por Ing. Luis D. Murillo , Fecha: 16/01/14*/// Declaracion de variables

int NivelCritico =30;int NivelBajo=31; int NivelAlto=32; int Bomba1=48;int Bomba2 =49;int ArrGeneral=37; int ParGeneral=36; int PinSalida=46;boolean encendido=false;int EstadoAlter1=1;int EstadoAlter2=1;

// Configuracion de Pines de entrada y salidavoid setup(){// initializa los pines:

for (int i = 0; i < 8; i++) { pinMode((30 + i), INPUT); pinMode((PinSalida + i), OUTPUT);}

// Implementacion de la funcion alternador

void alternador(int * estado, int Bomba1, int Bomba2, int NivelAlto, int NivelBajo, int NivelCritico ) {switch (*estado){case 1:digitalWrite(Bomba1, LOW);digitalWrite(Bomba2, LOW);

if (digitalRead(NivelBajo)==HIGH){*estado =2;}break;case 2:digitalWrite(Bomba1, HIGH);digitalWrite(Bomba2, LOW);

if (digitalRead(NivelAlto)==HIGH){*estado =3;}else if (digitalRead(NivelCritico)==HIGH){*estado =5;}break;case 3:digitalWrite(Bomba1, LOW);digitalWrite(Bomba2, LOW);

if (digitalRead(NivelBajo)==HIGH){*estado =4;}break;case 4:digitalWrite(Bomba1, LOW);digitalWrite(Bomba2, HIGH);}

void loop (){if ( encendido == false && (digitalRead(ArrGeneral)==HIGH)){encendido=true;digitalWrite(PinSalida, HIGH);}else if (encendido == true && (digitalRead(ParGener al)==HIGH)){encendido=false;for (int i=0; i

máquina envasadora

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