Resumen

En el presente trabajo se desarrolla una propuesta de diseño de un sistema de dosificación de tornillo helicoidal para polvos, utilizando la metodología conocida como “Planeación Avanzada de la Calidad del Producto (APQP por sus siglas en inglés)”. La metodología establece plantear en primer lugar, toda la información sobre los requerimientos del cliente. Conociendo esta información se procede a realizar los análisis y cálculos respectivos, hasta llegar a determinar los parámetros más importantes de diseño que ofrecerán seguridad en el funcionamiento del sistema. Para mostrar la rentabilidad del dosificador se realiza un estudio costo beneficio y un comparativo con otros sistemas de dosificación. El resultado es una propuesta de diseño que presenta una productividad de 30 a 40 descargas por minuto con una tasa de retorno de inversión de 26 pesos por cada peso gastado.

Palabras claves: Diseño, Dosificación, Metodología, Productividad, Rentabilidad.

1. I. INTRODUCCION: ENVASADO Y PLANEACION.

La industria de envasado ha buscado conocer los diferentes procesos de envasado de los productos para escoger el más adecuado, económico y menos contaminante (Losada ,2000). Por lo tanto esta tendencia actualmente se ha convertido en una necesidad para las empresas productoras. El envasado de un producto ha tenido una gran importancia para la vida cotidiana. La tecnología ha jugado un papel muy importante con la generación de procesos más eficientes y materiales que cumplen mejor con sus funciones otorgando al diseñador y al productor una amplia gama de posibilidades. El envase es todo recipiente (Bodero Santana, 2008) o soporte que contiene o guarda un producto, protege la mercancía, facilita su transporte, ayuda a distinguirla de otros artículos y presenta el producto para su venta.

En forma más estricta, el envase es cualquier recipiente, lata, caja o envoltura propia para contener algún material o artículo

El empaque es cualquier material que encierra un artículo con o sin envase, con el fin de preservarlo y facilitar su entrega al consumidor

Ej: Producto: Cigarros, Envase: Cajetilla, Empaque: El plástico que envuelve la cajetilla

El envasado, pues no sirve únicamente para proteger el producto de las inclemencias del tiempo, de los olores externos, del polvo, la tierra etc. El embalaje sirve para proteger los productos de cualquier daño que puedan sufrir durante el proceso de transportación. Ver tabla 1.

Del producto a envasar depende la elección del tipo de empaque que se utilizara, y como resultado de esta elección se puede elegir tanto el modelo de dosificador (sistema que descarga la cantidad de producto requerido) como de maquinaria de envasado que permitirá maximizar la producción de empaques individuales.

Es importante destacar que donde se utilizan envases con más frecuencia es en el sector de la alimentación, como es el caso de los productos en polvo que presentan consistencias y densidad variadas por lo que es necesario el desarrollo de sistemas de dosificación automatizados que permitan eficientar el proceso.

La Planeación Avanzada de Calidad del Producto (APQP por sus siglas en inglés) es un proceso estructurado que permite establecer las necesidades, requisitos y expectativas del cliente usando herramientas tales como la hoja de aplicación, fomenta la interacción de grupos de trabajo para discutir la mejor manera de lograr un diseño sin fallas, incrementar la productividad y mantenerse alerta en cuanto a la calidad.

La ingeniería de métodos permite validar alguna propuesta, estableciendo los parámetros que condujeron a la elección del diseño final y hacer hincapié en los ahorros que se pueden lograr. Esto permite eliminar las ambigüedades y tomar decisiones en base a datos cuantitativos.

Por lo tanto, el problema planteado en este trabajo, es aplicar fases de una metodología empleada por la industria automotriz en el desarrollo de una propuesta de diseño de un dosificador de polvos, que sea consistente con los requerimientos del mercado, y presentar un análisis costo-beneficio del sistema utilizando la ingeniería de métodos.

II. PROCESOS DE DOSIFICACION.

La dosificación se realiza con el objeto de suministrar una cantidad exacta de sólidos o líquidos, de manera que no se arroje ni se desperdicie material durante el proceso de envasado, ya que esto incurre en un aumento de costo en el producto final.

Los dosificadores se dividen en:

• Volumétricos

• Gravimétricos

DOSIFICACIÓN VOLUMÉTRICA

Es un método que utiliza “moldes” para medir la cantidad de producto por unidad de empaque. Ver figura 1.

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En principio, la dosificación volumétrica es la solución de dosificación más simple y económica posible para dosificar polvos. El material a granel se mantiene en una tolva y se dosifica constantemente en un proceso por unidad de tiempo

DOSIFICADOR GRAVIMÉTRICO. Este sistema es utilizado normalmente para productos no homogéneos. El llenado del recipiente se realiza por gravedad únicamente y consta de una balanza para asegurar el correcto llenado.

Es el medio más preciso y rápido en la actualidad para el dosificado de sólidos homogéneos y no homogéneos. Dada su gran velocidad este tipo de dosificador no puede ser alimentado de forma manual, es obligatorio para él el uso de un elevador de producto. Consiste de múltiples recipientes donde se aloja el producto a envasar, éstos contienen celdas de cargas en su interior para medir el peso que tienen. Cada recipiente tiene un peso menor que el del envase, mediante la mejor combinación de los distintos pesos que contiene cada recipiente se logra llegar al peso buscado para el envase. Se utiliza para envasar todo tipo de sólidos homogéneos y no homogéneos como legumbres en general, polvos, confites, caramelos, gomitas y un largo etcétera.

III. ANÁLISIS COSTO-BENEFICIO

En esta sección se realiza un estudio comparativo entre el sistema de dosificación propuesto y una báscula Ishida® modelo CCW-R-210W, ambos dosifican azúcar de mesa en una presentación de 1 kg.

Un análisis costo/beneficio es el proceso de colocar en cifras los diferentes costos y beneficios de una actividad. Al utilizarlo, podemos estimar el impacto financiero acumulado de lo que se desea lograr. El análisis costo beneficio permite establecer un enfoque cuantitativo para decidir entre varias alternativas, este procedimiento también se conoce como ingeniería del valor y requiere de cinco pasos. Ver tabla 2.

Análisis costo-beneficio dosificador de tornillo helicoidal

Paso 1. Digamos que una empresa desea adquirir un sistema de dosificación de tornillo helicoidal para dosificar azúcar estándar en varias presentaciones, entre ellas las de 1 kg, por lo que requiere conocer cuáles serían sus expectativas para el primer año de trabajo, de tal manera que se realiza un estudio costo beneficio para obtener la relación de retorno por cada peso que gasten.

Paso 2. En un cálculo de producción previamente realizado en donde se empleó el sistema de tiempos y movimientos se establece que mensualmente el dosificador y una maquina envasadora producen 1,136,554 bolsas de azúcar de 1 kg con un precio de venta promedio de $ 16.00 pesos, el margen de utilidad estimado es de $2.00 pesos por bolsa, la utilidad anual se muestra en la tabla 3.

Paso 3. Fabricar es consumir o transformar insumos para la producción de bienes o servicios. La fabricación es un proceso de transformación que demanda un conjunto de bienes y prestaciones, denominados elementos, y son las partes con las que se elabora un producto o servicio:

• Materiales directos

• Mano de obra directa

• Gastos indirectos de fabricación.

Estos factores determinan en forma general el costo de producción, para el análisis costo beneficio es necesario especificarlos. Ver tabla 4

Paso 4 y 5. Este análisis presenta una relación de beneficios a costos de $26 de retorno por cada peso gastado ($ 272, 772,96/ $ 1030708.5). Esto representa un retorno positivo y rentable. Esta tasa de retorno se calcula con las siguientes consideraciones:

Análisis costo – beneficio báscula Ishida®.

En esta sección se realiza un estudio similar al del dosificador de tornillo helicoidal para determinar la rentabilidad de la báscula modelo CCW-R-210W.

Paso 1. Digamos que una empresa desea adquirir un sistema de balanza multicabezal con 10 cangilones para dosificar azúcar estándar en varias presentaciones, entre ellas las de 1 kg, por lo que requiere conocer cuáles serían sus expectativas para el primer año de trabajo, de tal manera que se realiza un estudio costo beneficio para obtener la relación de retorno por cada peso que gasten.

Paso 2. En un cálculo de producción previamente realizado se establece que mensualmente la báscula y una maquina envasadora producen 1875295 bolsas de azúcar de 1 kg con un precio de venta promedio de $ 16 pesos, el margen de utilidad estimado es de $2 pesos por bolsa donde la utilidad anual se muestra en la tabla 5.

Paso 3. El costo de este tipo de sistemas de dosificación es de alrededor de $60,000 dólares, ($702000 pesos a un tipo de cambio de $11.70) incluyendo las barreras arancelarias y el flete para transportarla desde el país de origen, la parte de materiales directos, mano de obra directa y gastos indirectos de fabricación no aplica, aunque existen otros elementos que es necesario especificarlos. Ver tabla 6.

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Paso 4 y 5. Este análisis presenta una relación de beneficios a costos de $25 de retorno por cada peso gastado ($45, 007,080/ $ $1, 807,000). Esto representa un retorno positivo y rentable muy similar al obtenido en el dosificador de tornillo helicoidal.

IV. METODOLOGIA

La planeación avanzada de la calidad es un método estructurado que establece los pasos necesarios para asegurar que un producto satisface los requerimientos de cliente. La metodología consta de 5 etapas. Ver figura 3.

En este trabajo, las etapas que se seguirán con detalle serán las de Planeación así como Diseño y Desarrollo del Producto que son el principal objetivo de la investigación. Las fases III, IV y V, no se desarrollarán debido a que en éstas se hace una validación del producto y proceso ya puesto en marcha, con partes fabricadas.

Planeación

Como parte de la planeación, en primer lugar, se deben definir las expectativas y necesidades del cliente, de tal manera que éstas sean claramente entendidas, para así planear y definir el programa de calidad. De esto se pueden plantear las siguientes entradas y salidas.

Los datos de entrada para la realización del diseño se encuentran contemplados en la Hoja de Aplicación, es decir, los requerimientos del cliente los cuales deberán estar reflejados en el producto diseñado.

Diseño y desarrollo del producto.

En esta etapa se definen los elementos del proceso de planeación durante el cual, las características y peculiaridades del diseño son desarrolladas dentro de una fase final. Se debe asegurar el cumplimiento de los requerimientos de ingeniería y otra información técnica relacionada.

Las salidas de esta etapa son las siguientes:

• Cálculos en base a los requerimientos de diseño.

• Dibujos.

• Especificaciones de materiales.

La propuesta de diseño busca ofrecer un mecanismo simple con el cual se pueda realizar la dosificación de azúcar de mesa en su presentación de 1 kilogramo; el mecanismo como parte importante del proceso de envasado requiere ser higiénico ,flexible , bajo costo y facilidad de manipulación, permitiendo controlar la medida a dosificar de una manera sencilla.

La propuesta está dividida en 2 sistemas:

• Sistema de agitación

• Sistema de dosificación

De acuerdo al diagrama de bloques anterior las variables a controlar en el proceso son la velocidad y flujo del material que se encuentra al interior de la tolva. El flujo de polvo durante la fabricación dicta la calidad del producto en términos de su peso y la uniformidad de contenido. La combinación de un adecuado cálculo del paso del tornillo así como una velocidad de giro controlada permite satisfacer dichos requerimiento.

V. RESULTADOS

En la tabla 7 se desarrolla un resumen de las características principales del dosificador.

Una perspectiva general del sistema se incorpora en la figura 7.

VI. CONCLUSIONES

En este trabajo se ha demostrado que la planeación avanzada de la calidad del producto también se puede aplicar a un segmento de industria distinta a la automotriz. Al implementarla correctamente, se evitan problemas futuros en el desempeño del producto, ya que se desde la fase del diseño y desarrollo del producto se establecen claramente los requerimientos técnicos, junto con los mecanismos para cumplirlos, también acorta los tiempos de desarrollo. Con la consecuente mejora en el desempeño de procesos y reducción de la variabilidad.

Los conceptos de productividad y rentabilidad están ampliamente relacionados. La rentabilidad es el resultado del proceso productivo. Si este resultado es positivo, la empresa genera utilidades y ha cumplido su objetivo. Si este resultado es negativo, el producto genera pérdidas. En este trabajo se evaluaron estos parámetros para determinar la tasa de retorno de inversión de la báscula Ishida® y del dosificador de polvos.

De los diferentes procesos de dosificación demostramos que el proceso propuesto representa una respuesta a factores sociales, tales como, la necesidad de evitar pérdidas y desperdicios de alimentos, la creciente preocupación por la higiene y por el consumo de alimentos naturales, el deterioro del medio ambiente, etc. Este conjunto de necesidades se debe de acompañar de un costo económico de producción para ser considerado una opción real ya que estamos en una progresiva evolución tecnológica, los resultados que se obtuvieron en esta investigación permite ubicarnos en contexto real y actual, caracterizado por una amplia y variada oferta de materiales y diseños. En ésta, como en otras áreas tecnológicas la innovación es continua, para dar respuesta a las crecientes exigencias sociales.