En las plantas industriales a nivel mundial, ha venido tomando mucha relevancia optimizar los recursos y aumentar la eficiencia los equipos y procesos; los gerentes y administradores de estas tienen el reto de identificar, controlar y en lo posible disminuir las pérdidas, por esta razón surge como una herramienta para medir, determinar la eficiencia del proceso y localizar dichas pérdidas: el OEE (Overall Equipment Effectiveness o Eficiencia general de los equipos).

El área de mantenimiento tiene una gran oportunidad de generar grandes ahorros energéticos y presupuestales, ya que dentro de los costos de la operación se involucra el consumo energético de todos los componentes del proceso, así como los elementos y mano de obra utilizados durante las diferentes intervenciones, ya sean por reparación de averías o por mantenimiento preventivo.

Empecemos por determinar cuál es el costo energético de un motor de 1 HP al año en una planta que trabaja el 70% del año.

Dado que:

La fórmula para determinar el costo energético de operación de un motor eléctrico es:

Costo Energético = $ 1.445.570 año.

En cualquier proceso industrial encontraremos muy seguramente varios motores eléctricos de diferentes capacidades, los cuales generalmente fueron calculados para trabajar entre el 70 y el 80% de su capacidad máxima, es decir que en condiciones de operación óptimas (según diseño de los equipos), no deben consumir toda la corriente eléctrica especificada por la placa de características.

Es en esta condición de operación que encontramos una gran oportunidad de ahorros energéticos, o en su defecto de gasto excesivo de corriente; se preguntaran ¿por qué?

Precisamente, se debe a que en cada correa o cadena que se ajuste en exceso se genera un esfuerzo adicional para su operación y esto se traduce en un incremento de consumo de corriente en los motores que mueven el mecanismo y si en un equipo sumamos varios motores podríamos estar incurriendo en un sobrecosto por consumo energético que fácilmente podría sumar varios millones de pesos: despilfarros.

Si adicionalmente sumamos el deterioro prematuro de los rodamientos de soporte y/o mecanismos accionados por estos elementos, tendríamos un gasto adicional en repuestos y mano de obra para la intervención y corrección; finalmente agregamos el valor del tiempo muerto generado por avería en el equipo y con el posible perjuicio de tener una urgencia de producción y tal vez un incumplimiento del tiempo de entrega ofrecido al cliente final.

Exactamente, lo mismo sucede cuando cambiamos cualquier elemento de máquina que implique algún tipo de esfuerzo o movimiento; mencionemos algunos aspectos a tener en cuenta son:

Todo esto se debe verificar al momento de una intervención, y cuando se presente una falla repetitiva, hacer el correcto análisis de la causa raíz de la avería para no incurrir en los antiguos errores, como sobredimensionado de las partes, redundancia de componentes o simplemente exceso de inventarios.

Estos aspectos pueden significar un ahorro energético y sobre todo ahorros muy importantes y representativos presupuestalmente en mantenimiento de plantas industriales.

Por estas razones debo reiterar la importancia que toma el hecho de tener personal formado técnicamente, con fundamentación estructurada en mecánica industrial.

Se debe tener la claridad de que no es lo mismo que el equipo esté operando y algo muy diferente es el equipo esté funcionando correctamente, la diferencia puede significar productividad, costos energéticos, averías repetitivas, defectos de calidad del producto en proceso, etc. Ing. Leonardo Bueno

Toma entonces una crucial importancia complementar el gerenciamiento del mantenimiento industrial con estrategias como el T.P.M y mejoramiento continuo, con un equipo de trabajo con fundamentación técnica.

Hacer análisis de las fallas para determinar la verdadera causa y poder corregir efectivamente las averías, implementar un programa de mantenimiento preventivo y si se cuenta con los recursos implementar rutinas de predictivo, un muy buen programa de lubricación. Documentar todas las novedades para conocer las tendencias del comportamiento de los elementos de máquinas y determinar las acciones de mejora a emprender, dentro de las cuales se puede considerar el reentrenamiento del personal.

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Algunos de sus antecedentes son técnicas de optimización de procesos y de integración de equipos de diseño, tales como «Despliegue de la función de la calidad – QFD (Años 70)» y «SED, implementada por Honda (Años 80)».

En la actualidad, existen diversas definiciones acerca de lo que significa la ingeniería concurrente, una de las más aceptadas es la que nos proporciona el IDA.

Definición de Ingeniería Concurrente

“La ingeniería concurrente es un esfuerzo sistemático para un diseño integrado, concurrente del producto y de su correspondiente proceso de fabricación y servicio. Pretende que los encargados del desarrollo desde un principio, tengan en cuenta todos los elementos del Ciclo de Vida del Producto (CVP), desde el diseño conceptual hasta su disponibilidad, incluyendo calidad, costo y necesidad de los usuarios”.

En la ingeniería concurrente cada nuevo proyecto se trabaja con técnicas disciplinadas y en conjunto con un grupo multidisciplinario de tiempo completo. Éste equipo de trabajo debe estar formado por:

¿Cuál es la diferencia entre Ingeniería Concurrente e Ingeniería Convencional?

Ingeniería Convencional

La ingeniería convencional utiliza un desarrollo de producto conocido como “Comunicación sobre la pared”. En este enfoque cada área de la empresa, después de ejecutar la parte que le corresponde, transfiere su resultado al sector siguiente. Quien recibe esta etapa indudablemente encontrará fallas según la perspectiva de su propia especialidad y la devolverá al sector de origen para los ajustes correspondientes.

Fundamentos de la Ingeniería Concurrente

Dentro de las características de la ingeniería concurrente, encontramos que esta se basa en cuatro fundamentos principales, estos son:

• 1. El concepto de Ciclo de Vida
• 2. Modelos del proceso de diseño
• 3. Arquitectura del producto
• 4. Flujo de información en el proceso de diseño

Ciclo de vida del producto

El ciclo de vida de un producto es el conjunto de etapas que recorre un producto individual (o conjunto interrelacionado de componentes físicos o intangibles) destinado a satisfacer una necesidad desde que éste es creado hasta su fin de vida.

En éste se reconocen 5 etapas:

• Diseño conceptual y preliminar
• Diseño de detalle y desarrollo
• Producción y/o construcción
• Uso del producto
• Fin de vida y retiro

Es importante considerarlo dado que existe un costo asociado al ciclo de vida. Según la ingeniería concurrente se recomienda poner mayor énfasis en las etapas de definición y diseño ya que es ahí donde se pueden lograr los mayores ahorros pues una vez que se llega a la fabricación es muy poco lo que se puede hacer para mejorar los costos.

Modelos de diseño del producto

Existen múltiples modelos de diseño que pueden manejarse en la ingeniería concurrente, sin embargo, se identifican a grandes rasgos dos tipos de modelos de diseño:

• Modelo del ciclo básico de diseño:
  • Análisis
  • Síntesis
  • Simulación
  • Evaluación
• Modelo de etapas:
  • Ideación
  • Desarrollo conceptual y básico
  • Desarrollo avanzado
  • Lanzamiento

Arquitectura del producto

La arquitectura de un producto se concreta a través del establecimiento de las reglas de diseño, entre las que cabe destacar la definición de los módulos, las interfaces y las plataformas. 

• Regla de diseño: Conceptual, tecnológica, constructiva o comercial.
• Módulo: Parte de un producto delimitado a través de la información asociada.
• Interfaz: Superficie (real o virtual) entre un módulo y su exterior.
• Plataforma: Conjunto de recursos compartidos entre varios productos

Flujo de información en el proceso de diseño

Dentro del entorno de Ingeniería de diseño las necesidades se deben obtener de todos los miembros relacionados con el proyecto/producto, y para todos ellos se deberían satisfacer. En las metodologías de diseño las necesidades se conocen como necesidades del cliente o usuario y son el punto de partida en el proceso de diseño.

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Ventajas y desventajas de la ingeniería concurrente

• Ciclos condensados de desarrollo de productos. 
• Excelente para proyectos en los que se conforman grupos de trabajo independientes.
• Proporciona una imagen exacta del estado actual de un proyecto.
• Mejor integración del sistema.
• Mejor diseño de productos para su fabricación.
• Mayor satisfacción de los clientes y adaptación a los cambios del mercado.
• Menores costos de desarrollo general y de producción en particular.
• Ejecución más rápida del proyecto, tiempo de implementación rápido.
• Un alto aprovechamiento del conocimiento del capital humano.
• Un elevado arraigo de la cultura de innovación en la organización.

• Barreras de entrada de tipo cultural y conflicto de intereses.
• Potenciales conflictos interpersonales.
• Si no se dan las condiciones señaladas no es aplicable.
• Si no existen grupos de trabajo, no se puede trabajar en este método.
• Al compartir recursos pueden surgir problemas que no se tienen en consideración.
• Las empresas de manufactura pequeñas y medianas, no son la más apropiadas para beneficiarse de la ingeniería concurrente
• La estructura de la empresa necesita reorganizarse.

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Conclusiones

• La ingeniería concurrente supone mejoras en el proceso de desarrollo de productos. Tiene el potencial de conseguir proyectos menos fragmentados, mejoras en la calidad de los proyectos, reducir la duración de los mismos y su coste total.
• La ingeniería concurrente es una filosofía implementada por varias metodologías. El logro de un «producto concurrente e integrado» requiere una variedad de facilitadores que incluyen herramientas (aplicaciones de software en 3D), diagramas, tecnologías y estructuras de apoyo.
• Es un método relativamente nuevo. Las empresas multinacionales son los grandes usuarios. Sin embargo, la mayoría de las empresas medianas o pequeñas todavía no han puesto en marcha el desarrollo de esta metodología.
• Implica a todas las personas de la organización, tratando un enfoque sistemático y simultáneo en el desarrollo de un producto o proceso, formando a todas las personas que deben participar en primer lugar.
• Finalmente, indicar que frente de los enfoques tradicionales, para el desarrollo de nuevos productos la ingeniería concurrente destaca la integración multifuncional y el desarrollo concurrente de un producto y sus procesos asociados.

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Curva de Esfuerzo vs Deformación

Propiedades metálicas en los procesos de conformado

Al abordar los procesos de conformado es necesario estudiar una serie de propiedades metálicas influenciadas por la temperatura, dado que estos procesos pueden realizarse mediante un trabajo en frío, como mediante un trabajo en caliente.

Trabajo en frío

Se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original de metal, produciendo a la vez una deformación.

Características

• Mejor precisión
• Menores tolerancias
• Mejores acabados superficiales
• Mayor dureza de las partes
• Requiere mayor esfuerzo

Trabajo en caliente

Se define como la deformación plástica del material metálico a una temperatura mayor que la de recristalización. La ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad.

Características

• Mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo
• Menores esfuerzos
• Opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en  frío

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Clasificación de los procesos de conformado

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Proceso de cizallado

El proceso de cizallado es una operación de corte de láminas que consiste en disminuir la lámina a un menor tamaño. Para hacerlo el metal es sometido a dos bordes cortantes.

Ejemplo de Cizallado

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Proceso de troquelado

El proceso de troquelado es una operación en la cual se cortan láminas sometiéndolas a esfuerzos cortantes, desarrollados entre un punzón y una matriz, se diferencia del cizallado ya que este último solo disminuye el tamaño de lámina sin darle forma alguna. El producto terminado del troquelado puede ser la lámina perforada o las piezas recortadas.

Los bordes de herramientas desafilados contribuyen también a la formación de rebabas, que disminuye si se aumenta la velocidad del punzón.

Partes de una troqueladora

Cálculo de la fuerza de troquelado ejercida por el punzón

La fuerza máxima del punzón, FT, se puede estimar con la ecuación:

Donde:

t: es el espesor de la lámina

l: es la longitud total que se recorta (el perímetro del orificio)

Sult: es la resistencia última a la tensión del material, y

k: es un factor para aumentar la fuerza teórica requerida debida al empaquetamiento de la lámina recortada, dentro de la matriz. El valor de k suele estar alrededor de 1.5.

Ejemplo de troquelado

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Proceso de doblado

El doblado de metales es la deformación de láminas alrededor de un determinado ángulo. Los ángulos pueden ser clasificados como abiertos (si son mayores a 90 grados), cerrados (menores a 90°) o rectos. Durante la operación, las fibras externas del material están en tensión, mientras que las interiores están en compresión. El doblado no produce cambios significativos en el espesor de la lámina metálica.

Doblado entre formas

En este tipo de doblado, la lámina metálica es deformada entre un punzón en forma de V u otra forma y un dado. Se pueden doblar con este punzón desde ángulos muy obtusos hasta ángulos muy agudos. Esta operación se utiliza generalmente para operaciones de bajo volumen de producción.

Doblado deslizante

En el doblado deslizante, una placa presiona la lámina metálica a la matriz o dado mientras el punzón le ejerce una fuerza que la dobla alrededor del borde del dado. Este tipo de doblado está limitado para ángulos de 90°.

Cálculo de la fuerza para doblado de láminas

La fuerza de doblado es función de la resistencia del material, la longitud L de la lámina, el espesor T de la lámina, y el tamaño W de la abertura del dado. Para un dado en V, se suele aproximar la fuerza máxima de doblado, FD, con la siguiente ecuación:

Ejemplo de doblado

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Proceso de embutido

El proceso de embutido consiste en colocar la lámina de metal sobre un dado y luego presionándolo hacia la cavidad con ayuda de un punzón que tiene la forma en la cual quedará formada la lámina.

El número de etapas de embutición depende de la relación que exista entre la magnitud del disco y de las dimensiones de la pieza embutida, de la facilidad de embutición, del material y del espesor de la chapa. Es decir, cuanto más complicadas las formas y más profundidad sea necesaria, tanto más etapas serán incluidas en dicho proceso.

Ejemplo de embutido

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Proceso de laminado

El laminado es un proceso en el que se reduce el espesor de una pieza larga a través de fuerzas de compresión ejercidas por un juego de rodillos, que giran apretando y halando la pieza entre ellos.

El resultado del laminado puede ser la pieza terminada (por ejemplo, el papel aluminio utilizado para la envoltura de alimentos y cigarrillos), y en otras, es la materia prima de procesos posteriores, como el troquelado, el doblado y la embutición.

Proceso de laminado del Acero

Ejemplo de laminado

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Proceso de forjado

El proceso de forjado fue el primero de los procesos del tipo de compresión indirecta y es probablemente el método más antiguo de formado de metales. Involucra la aplicación de esfuerzos de compresión que exceden la resistencia de fluencia del metal. En este proceso de formado se comprime el material entre dos dados, para que tome la forma deseada.

La mayoría de operaciones de forjado se realiza en caliente, dada la deformación demandada en el proceso y la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del metal. Sin embargo este proceso se puede realizar en frío, la ventaja es la mayor resistencia del componente, que resulta del endurecimiento por deformación.

Ejemplo de forjado

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Proceso de extrusión

La extrusión es un proceso por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal. Ejemplos de este proceso son secciones huecas, como tubos.

Existe el proceso de extrusión directa, extrusión indirecta, y para ambos casos la extrusión en caliente para metales (a alta temperatura).

Extrusión directa

En la extrusión directa, se deposita en un recipiente un lingote en bruto llamado tocho, que será comprimido por un pistón. Al ser comprimido, el material se forzará a fluir por el otro extremo adoptando la forma que tenga la geometría del dado.

Extrusión indirecta

La extrusión indirecta o inversa consiste en un dado impresor que está montado directamente sobre el émbolo. La presión ejercida por el émbolo se aplica en sentido contrario al flujo del material. El tocho se coloca en el fondo del dado contenedor.

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