Tesis / 0046 / I.M.

AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE PALETIZADO PARA BULTOS DE FERTILIZANTES

ANDRÉS MAURICIO PACHÓN GÓMEZ

UNIVERSIDAD AGRARIA DE COLOMBIA INGENIERÍA MECATRÓNICA BOGOTÁ 2015

AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE PALETIZADO PARA BULTOS DE FERTILIZANTES

ANDRÉS MAURICIO PACHÓN GÓMEZ

Monografía

Director Andrés Felipe Sánchez Cristo Ingeniero mecatrónico

UNIVERSIDAD AGRARIA DE COLOMBIA INGENIERÍA MECATRÓNICA BOGOTÁ 2015

Nota de Aceptación

Jurado

BOGOTÁ, 5 DE NOVIEMBRE DE 2015

AGRADECIMIENTOS

Doy gracias principalmente a mis padres Francisco Procopio Pachón Ardila y María Esperanza Gómez Pardo que han sido quienes me han acompañado en todas las situaciones de mi vida desde las más desagradables hasta las más agradables, fortaleciéndome con sus conocimientos y cariño; permitiéndome estudiar esta carrera profesional tan maravillosa que es la ingeniería mecatrónica.

Al ingeniero Andres Felipe Sánchez Cristo y la ingeniera Heidy Melissa Bautista Ojeda que me ha acompañado y colaborado con el desarrollo de este proyecto, adicionalmente a todos los docentes que me han ayudado a prepararme como un excelente profesional para el mundo laboral, enriqueciéndome con sus conocimientos, realizando aportes de importancia para este trabajo de monografía y mi vida laboral.

A la ingeniera y anterior decana del programa de ingeniería mecatrónica Elizabeth Beltrán Roa que desde mi primer semestre de ingeniería mecatrónica hasta mi último semestre ha estado presente guiándome en mi formación como profesional.

A mis excompañeros de trabajo en CAV Ingenieros que han realizado aportes para esta monografía, me han dado la idea de cómo es el ámbito laboral y la oportunidad de guiarme en un proceso de paletizado automatizado por celda robótica desde su concepción hasta su puesta en marcha.

A mis compañeros de estudio que me han estado presentes durante mi carrera profesional acompañándonos a conseguir nuestros objetivos como estudiantes.

A Dios que me ha dado una infinidad de bendiciones convirtiéndome en el ser humano que soy hoy en día.

CONTENIDO pág.

1.

INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 12

2.

PLANTEAMINETO DEL PROBLEMA ............................................................ 15

3.

OBJETIVOS ................................................................................................... 17

4.

JUSTIFICACIÓN ............................................................................................ 18

5.

DISEÑO METODOLÓGICO ........................................................................... 20

6.

MARCO TEÓRICO......................................................................................... 22 6.1 PALETIZACIÓN........................................................................................... 22 6.1.1 Importancia de la paletización ............................................................... 22 6.1.2 Beneficios de la paletización ................................................................. 23 6.1.3 Costos asociados a la paletización ........................................................ 24 6.1.4 Tipos de paletización en la actualidad ................................................... 24 6.2 PALLET O ESTIBA...................................................................................... 27 6.2.1 ¿Qué es una estiba? ............................................................................. 27 6.2.2 Materiales de estibas............................................................................. 28 6.2.3 Clasificación de las estibas.................................................................... 28 6.2.4 Dimensiones de las estibas ................................................................... 30 6.2.5 Normatividad de estiba estándar ........................................................... 30 6.3 ROBOTS ..................................................................................................... 32 6.3.1 ¿Qué es un robot? ................................................................................ 32 6.3.2 Partes de los manipuladores robóticos .................................................. 33 6.3.3 Estructura de los manipuladores robóticos. ........................................... 35 6.3.4 Consideraciones de mayor importancia para escoger un robot ............. 37 6.4 MANIPULACION DE CARGAS ................................................................... 38 6.4.1 Manipulación de cargas manual ............................................................ 38 6.4.2 Ecuaciones para hallar el peso recomendado de manipulación de cargas manual................................................................................................ 42

7.

ESTADO DEL ARTE ...................................................................................... 57 7.1 Manipulación de cargas automatizada ......................................................... 57 7.1.1 Paletizado automatizado (TMI) .............................................................. 57 7.1.2 Paletizado automatizado de cajas multi-referencia (ROBOTEC) ........... 70 7.1.3 Paletizado automatizado (PTC) ............................................................. 75

8. IDENTIFICACION Y EVALUACION DE RIESGOS DEL PALETIZADO MANUAL .............................................................................................................. 79 8.1 Factores de manipulación de cargas para paletizado de bultos ................... 82 8.2 Consideraciones para resolver ecuaciones de INSHT y NIOSH .................. 86 8.3 Ecuación de INSHT para paletizado manual de bultos ................................ 91 8.4 Ecuación de NIOSH para paletizado manual de bultos................................ 99 8.5 Comparación tipos de paletizado. .............................................................. 112 9. PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE PALETIZADO PARA BULTOS .................................................................................................. 115 9.1 Componentes de la celda robótica ............................................................ 116 9.2 Layout de la celda robótica ........................................................................ 117 9.3 Manipulador robótico ................................................................................. 128 9.4 KUKA KR 180 R3200 PA (KR QUANTEC) ................................................ 129 9.4.1 Características manipulador KR 180: .................................................. 130 9.4.2 Componentes y partes del robot KR 180 ............................................. 131 9.4.3 Sistema de ejes del manipulador robótico KR 180 PA ......................... 133 9.5 Gripper SAS referencia FBG-50 ................................................................ 136 9.5.1 Arquitectura y especificaciones del gripper.......................................... 137 9.6 Instalación mecánica y eléctrica de la celda robótica ................................. 142 9.7 Aportes de programación para la celda robótica ........................................ 144 8.8 Rutina de paletizado bultos de fertilizantes de 50 kg ................................. 146 10.

CONCLUSIONES ..................................................................................... 148

11.

RECOMENDACIONES Y TABAJOS FUTUROS....................................... 152

12.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .......................................................... 153

LISTADO DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Comparación de tiempos de paletización .............................................. 23 Figura 2. Estibas por entradas .............................................................................. 29 Figura 3. Estibas por piso y cubierta ..................................................................... 29 Figura 4. Estibas por manipulación ....................................................................... 30 Figura 5. Estiba estándar ...................................................................................... 32 Figura 6. Partes del robot ..................................................................................... 34 Figura 7. Movimientos de la muñeca del robot ...................................................... 34 Figura 8. Configuraciones mecánicas del robot .................................................... 35 Figura 9. Estructura robot paralelo ........................................................................ 35 Figura 10. Robot cartesiano .................................................................................. 36 Figura 11. Robot angular ..................................................................................... 36 Figura 12.Peso máximo recomendado por edad. ................................................. 40 Figura 13. Peso Teórico según la distancia .......................................................... 45 Figura 14. Angulo talones - hombros .................................................................... 46 Figura 15. Agarre malo INSTH.............................................................................. 47 Figura 16. Agarre regular INSHT .......................................................................... 47 Figura 17. Agarre malo INSHT.............................................................................. 47 Figura 18. Diagrama de decisiones ...................................................................... 49 Figura 19. Distancias de manipulación de cargas ................................................. 51 Figura 20. Giros de torso ...................................................................................... 53 Figura 21. Carga de bultos por alto ILERPAL C .................................................... 58 Figura 22. Rodillo para pisar bulto ILERPAL C ..................................................... 58 Figura 23. Giro de bultos ILERPAL C ................................................................... 59 Figura 24. Movimiento de estibas ILERPAL C ...................................................... 59 Figura 25. Variación de altura de la estiba ILERPAL C ......................................... 60 Figura 26. Bultos sin ajuste final ILERPAL C ........................................................ 60 Figura 27. Bultos con ajuste fina ILERPAL C ........................................................ 61 Figura 28. Elevador recogiendo y subiendo bulto ILERPAL H .............................. 63 Figura 29. Pinza robotica ILERPAL H ................................................................... 63 Figura 30. Pinza recogiendo y dejando bulto ILERPAL H ..................................... 64 Figura 31. ILERPAL H .......................................................................................... 65 Figura 32. Manipulador cartesiano y pinza robotica ILERPAL P ........................... 66 Figura 33. ILERPAL P .......................................................................................... 67 Figura 34. Pinza central ILERPAL R ..................................................................... 68

Figura 35. Pinza lateral ILERPAL R ...................................................................... 69 Figura 36. ILERPAL R .......................................................................................... 70 Figura 37. Manipulador angula KUKA ................................................................... 71 Figura 38. Gripper con ventosas de vacío ............................................................ 71 Figura 39. Gripper agarrando estiba ..................................................................... 72 Figura 40. Banda de alimentación de cajas ROBOTEC ........................................ 72 Figura 41. Girador de cajas Robotec .................................................................... 73 Figura 42. Bandas de entrada y salida de producto Robotec ................................ 73 Figura 43. Suministro automático de estibas Robotec .......................................... 74 Figura 44. Paletizado de cajas Robotec ................................................................ 74 Figura 45. Paletizador LOPAL PTC ...................................................................... 76 Figura 46. Actuador de giro de cajas LOPAL PTC ................................................ 77 Figura 47. Mecanismo de empuje de cajas LOPAL PTC ...................................... 77 Figura 48. Plataforma por capa LOPAL PTC ........................................................ 78 Figura 49. Bultos de fertilizante............................................................................. 80 Figura 50. Bultos NPK 15-15-15 ........................................................................... 81 Figura 51. Bultos Urea .......................................................................................... 81 Figura 52. Agarre de bulto ................................................................................... 83 Figura 53. Carga descompensada (Bulto) ............................................................ 83 Figura 54. Bulto levantado por dos personas ........................................................ 84 Figura 55. Agarre bulto de 50 kg........................................................................... 88 Figura 56. Agarre (2) bulto de 50 kg ..................................................................... 89 Figura 57. Altura de bandas transportadoras ........................................................ 90 Figura 58. Altura por capa de estiba paletiza con bultos de 50 kg ........................ 91 Figura 59. Peso aceptable para hombres (Distancia y ángulo variable) ................ 96 Figura 60. Peso aceptable para mujeres (Distancia y ángulo variable) ................. 97 Figura 61. LPR NIOSH, hombres (altura y ángulo variable) ................................ 104 Figura 62. LPR NIOSH, hombres (altura y Distancia horizontal variable) ............ 104 Figura 63. LPR NIOSH, hombres (ángulo y Distancia horizontal variable) .......... 106 Figura 64. LPR NIOSH, mujeres (altura y ángulo variable) ................................. 107 Figura 65. LPR NIOSH, mujeres (altura y Distancia horizontal variable) ............. 107 Figura 66. LPR NIOSH, mujeres (ángulo y Distancia horizontal variable) ........... 108 Figura 67. Peso recomendado INSTH - NIOSH, paletizado de bultos................ 110 Figura 68. Layout general vista superior ............................................................. 118 Figura 69 Layout general vista superior diagonal izquierda ................................ 118 Figura 70 Ubicación del manipulador robótico .................................................... 119 Figura 71 Ubicación del controlador del manipulador robótico ............................ 120 Figura 72 Ubicación del tablero de control .......................................................... 121 Figura 73 Ubicación de bandas buffer ................................................................ 122

Figura 74 Ubicación bandas Pick-Up .................................................................. 123 Figura 75. Ubicación de pantalla táctil para operar el robot ................................ 124 Figura 76. Ubicación del sistema de estibas ....................................................... 125 Figura 77 Ubicación de elementos de seguridad ................................................ 126 Figura 78 Ubicación del cerramiento en malla y canaleta a piso ......................... 127 Figura 79 KR 180................................................................................................ 130 Figura 80 Componentes del robot KUKA ............................................................ 131 Figura 81 Partes del robot KR 180 ...................................................................... 132 Figura 82. Ejes del manipulador robótico ........................................................... 134 Figura 83. Eje 5, robot KUKA ............................................................................. 135 Figura 84. Robot con seis ejes........................................................................... 135 Figura 85. Gripper SAS ...................................................................................... 137 Figura 86. Dedos del gripper .............................................................................. 138 Figura 87. Manos o centradores del gripper........................................................ 138 Figura 88. Pisadores del gripper ......................................................................... 139 Figura 89. Manija del gripper para cambiar medidas .......................................... 140 Figura 90. Gripper y Banda pick-up .................................................................... 141 Figura 91. Caída correcta del bulto ..................................................................... 142 Figura 92. Configuración por capa bultos 50kg ................................................... 146

LISTADO DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Peso máximo permitido según la edad. .................................................. 40 Tabla 2. Peso Teórico INSHT ............................................................................... 44 Tabla 3. Factor de Corrección INSHT ................................................................... 45 Tabla 4. Factor de Giro INSTH ............................................................................. 46 Tabla 5 Factor de Agarre INSTH .......................................................................... 48 Tabla 6. Factor de Frecuencia INSTH................................................................... 48 Tabla 7. Factor de Frecuencia NIOSH .................................................................. 54 Tabla 8. Factor de Agarre NIOSH ......................................................................... 55 Tabla 9. Dimensiones de bultos 50 kg. ................................................................. 82 Tabla 10. Máximo peso recomendado distintas fuente ......................................... 87 Tabla 11. Tiempos de paletizado manual de bultos de 50 kg ................................ 88 Tabla 12. Altura de bandas transportadoras ......................................................... 90 Tabla 13. Altura de destino de bulto ..................................................................... 92 Tabla 14. Factor de corrección por capa, paletizado de bultos ............................. 93 Tabla 15. Factor de frecuencia INSHT, paletizado de bultos ................................ 94 Tabla 16. Peso aceptable a 30°, paletizado de bultos........................................... 95 Tabla 17. Peso aceptable a 60°, paletizado de bultos........................................... 95 Tabla 18. Peso aceptable a 90°, paletizado de bultos........................................... 96 Tabla 19. Peso aceptable por grupo poblacional, paletizado de bultos ................. 98 Tabla 20. Factor de Desplazamiento NIOSH, paletizado de bultos ..................... 100 Tabla 21. Factor de frecuencia NIOSH, paletizado de bultos .............................. 101 Tabla 22. Factor de agarre NIOSH, paletizado de bultos .................................... 102 Tabla 23. LPR NIOSH (ángulo variable), paletizado de bultos ............................ 103 Tabla 24. LPR NIOSH (Distancia horizontal variable), paletizado de bultos ........ 105 Tabla 25. LPR NIOSH (ángulo y distancia horizontal variable), paletizado ......... 106 Tabla 26. LPR por grupo poblacional, paletizado de bultos ................................ 109 Tabla 27. Comparación de tipos de paletizado ................................................... 112 Tabla 28. Comparación de robots angulares ...................................................... 128 Tabla 29. Especificaciones KR 180 .................................................................... 130 Tabla 30. Especificación de los ejes ................................................................... 136

RESUMEN

El término de paletización se refiere, a las actividades de manipulación de diferentes objetos, está acción permite agrupar una gran cantidad de productos de la misma referencia sobre una superficie móvil conocida como estiba. El objetivo de paletizar es reducir y agilizar las operaciones de logística al unificar las cargas, y adicionalmente permite almacenar y transportar la mercancía en menor tiempo, con un menor costo y esfuerzo.

En el desarrollo de la monografía se procederá a identificar y describir adecuadamente los elementos fundamentales que intervienen en un proceso de paletizado. Principalmente, se enfocará en el estudio detallado de los factores, efectos y riesgos de realizar el paletizado de bultos de forma tradicional, es decir, manualmente.

Posteriormente de identificar y analizar las condiciones en las que se realiza el paletizado manual, se emplearán las ecuaciones que determinan el peso recomendado del objeto para ser manipulado manualmente. Teniendo en cuenta la diferencia del peso real del objeto y el peso recomendado según las ecuaciones, será posible evidenciar los riegos ligados a la salud de la persona que realiza la manipulación de bultos, los riesgos para la empresa y el producto.

A partir del estudio realizado, se logró reconocer que el paletizado manual de bultos de fertilizantes es una actividad riesgosa principalmente para la salud del trabajador; y además que el nivel de riesgo varía según los factores de manipulación, por ejemplo: el tipo de agarre, la frecuencia con que se realiza los levantamientos, las distancias horizontales y verticales de desplazamiento del bulto, las condiciones físicas de la persona, los movimientos del torso durante la manipulación, entre otros.

Finalmente, teniendo en cuenta los distintos métodos de automatización para aplicaciones de paletizado, se propone una celda robotica encargada del proceso de paletizado de bultos de fertilizante, con la finalidad de reducir los riesgos de la manipulación manual de cargas y dando la posibilidad de realizar el paletizado en menor tiempo, con mayor calidad, menor riesgo operacional y cumplimiento de entrega del producto, es decir, ejecutar este proceso de una manera más eficiente y eficaz.

1. INTRODUCCIÓN

El concepto paletizar significa: “agrupar sobre una superficie (pallet, tarima, paleta, estiba*) una cierta cantidad de objetos que en forma individual son poco manejables, pesados y/o voluminosos; o bien objetos fáciles de desplazar pero numerosos, cuya manipulación y transporte requerirían de mucho tiempo y trabajo; con la finalidad de conformar una unidad de manejo que pueda ser transportada y almacenada con el mínimo esfuerzo y en una sola operación y en un tiempo muy corto.”1 Considerando la definición anterior, es lógico que la paletización se encuentre presente en una gran mayoría de los procesos de producción, puesto que para las empresas es de gran importancia la manipulación adecuada del producto que ofrecen.

Aunque se conoce la importancia del paletizado en un proceso industrial, siguen existiendo una gran cantidad de empresas que realizan de manera inadecuada la manipulación del producto. Generalmente las empresas que desarrollan equívocamente el paletizado, son las que aún lo están realizando de forma manual, es decir; los operarios son los encargados de apilar los productos sobre la superficie móvil (estiba). Al mencionarse que el proceso de paletizado se está haciendo inadecuadamente, se refiere a los riesgos ergonómicos intolerables para la salud del trabajador, que a su vez afectan la productividad de la empresa.

Entonces, el objetivo de este trabajo es proponer una solución automatizada para el proceso de paletizado de un producto específico (bultos de fertilizante), de tal manera que se disminuyan los riesgos a la salud del trabajador, dando la posibilidad de mejorar la productividad.

Específicamente en el mercado de los fertilizantes se encuentra que este producto es distribuido en bultos de diferentes referencias, y las empresas que se encargan de su producción deben necesariamente aplicar el proceso de paletizado para asegurar que se facilite el almacenamiento y transporte de los bultos. Por esto la automatización del proceso de paletizado se ha convertido imprescindible para * En algunos apartados de este trabajo se mencionará el término de pallet, estiba

o paleta, este concepto hace referencia a una base fácilmente movible, sobre la que se puede descargar diferentes objetos facilitando su desplazamiento.

1

Grupo Costa Rica. Manual de logística de paletización [en línea]. Edición 2. Costa Rica.

Nov 2003. [citado en 2015-08-08].

Disponible en Internet< http://logisgroup.wikispaces.com/file/view/costa+rica+manual+paletizacion.pdf

~ 12 ~

estas empresas, teniendo en cuenta que es un proceso repetitivo y que adicionalmente los bultos de fertilizantes con pesos hasta de 50 kg, representan sobre esfuerzos y riesgos ergonómicos para la salud de los trabajadores.

Con el propósito de mejorar las etapas de almacenamiento y transporte de mercancías, el paletizado se ha convertido en una de las actividades que con frecuencia es realizada por robots; estás maquinas ejecutan con gran ventaja aplicaciones de paletización, en las que las características generales de los productos dificultan la manipulación manual, puesto que un controlador permite realizar las actividades de carga y descarga, optimizando los movimientos del robot y utilizando al máximo la estiba.

Los siguientes son antecedentes en los cuales se ha implementado la automatización por medio de celdas robóticas: 



Londoño. J2, en su trabajo de grado “diseño cinemático de un sistema paletizador de producto terminado de la industria licorera de Caldas (ILC)”, ha evidenciado la importancia de automatizar el proceso de paletizado, al estudiar los riesgos que representa para la salud del trabajador al manipular cajas con un peso neto de 15 kg, las cuales contienen 12 botellas con 750 ml de licor. Después del análisis realizado, el autor determinó que el máximo peso recomendado para ser levantado por el trabajador es de 6,2 kg, quiere decir, que el peso recomendado es muy inferior al peso real de la carga (15 kg), lo cual representa un alto riesgo ergonómico. Adicionalmente Londoño pretendía solucionar la problemática en el paletizado manual de la industria licorera de Caldas implementando un robot cartesiano que se encargue de la manipulación de las cajas.

La empresa Robotec3 implementó una celda paletizadora de cajas, este diseño consiste en un manipulador de marca KUKA con referencia KR 180 PA y una pinza robótica (gripper), que es capaz de sujetar hasta 7 cajas al mismo tiempo. Esta celda robótica tiene el siguiente funcionamiento: 1° El Robot se dirige hasta el suministro de estibas vacías, donde una de éstas espera ser recogida, el manipulador sujeta la estiba por medio del gripper.

2° El brazo robótico KR 180 PA lleva y deposita la estiba hasta un camino de rodillos, que permite la salida del producto.

3° Paralelamente el producto en cajas va ingresando a la celda robótica por una banda de alimentación.

2

Londoño, J. Diseño cinemático de un sistema paletizador de producto terminado de la industria licorera de Caldas (ILC) [trabajo de grado en línea]. 2013. Pereira. [Citado en 2015-09-26].

Disponible en Internet < http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/3903/1/621815L847.pdf> 3 Robotec. Celdas de paletizado [en línea]. Chile. [citado en 2015-09-24]. Disponible en internet < http://www.robotec.cl/celdas_paletizado.php>

~ 13 ~

4° Posteriormente estas cajas pasan a una banda de recolección del producto, donde se divide en grupos de 7 o de 3 cajas según corresponda, el robot se posiciona con el gripper abierto sobre las cajas.

5° El manipulador desciende a la altura predeterminada y cierra el gripper sujetando un grupo de cajas a la vez.

6° El robot transporta y deposita las cajas sobre la estiba según corresponda, se explica que para esta situación el número de cajas por grupo puede ser de 7 o 3, dependiendo como se desee organizar el producto sobre la estiba.

7° Se repite los pasos del 3 al 6 hasta completar la estiba paletizada, es decir, los 7 pisos de cajas.

8° Sobre el camino de rodillos de salida de producto se desplaza la estiba paletizada, para su posterior almacenamiento o transporte.

9° Finalmente se repite el ciclo descrito (Del 1 al 8).

De los dos diseños anteriores, es posible evidenciar y contextualizar la forma en la que se ha abordado la automatización para la etapa de paletizado.

En esta monografía se realizará un análisis detallado, en el cual se logra identificar el proceso de manipulación manual de bultos y los diferentes riesgos que puede implicar para el trabajador y la empresa. Además de ampliar el estudio sobre los diferentes métodos con los que se ha solucionado la problemática y posteriormente se planteará la propuesta automatizada para la situación específica del paletizado de bultos de fertilizante.

~ 14 ~

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El problema fundamental del paletizado manual es el esfuerzo y riesgo que implica manipular el producto terminado, especialmente cuando el producto tiene unas dimensiones y un peso, que lo convierte en un producto de difícil manipulación para los operarios. Es decir, para una persona levantar y transportar los bultos de fertilizante durante toda su jornada laboral, lo hace una tarea difícil de realizar y con riesgos ergonómicos no tolerables para su salud, siendo afectada principalmente la espalda del trabajador, debido a los movimientos, fuerza y tareas repetitivas necesarias para ejecutar el proceso de paletizado.

Lo anterior conlleva a riesgos operacionales para la empresa y para el producto que se manipula, estos riesgos representan los siguientes inconvenientes para la producción:    

 

Un mayor número de personal encargados de la labor de paletizado, lo que implica un incremento de costos y un incremento de trabajo para la logística de la empresa.

Los tiempos de paletización también se verán afectados, ya que por más que se desee el operario sólo podrá trabajar durante periodos de tiempo no continuos.

El trabajador estará sometido a un mayor riesgo para la salud, debido a la operación manual.

La empresa deberá asumir riesgos a su productividad en el proceso de paletizado, sí se cuenta con un proceso de paletizado tradicional realizado por operarios, existe la posibilidad de que el trabajador asignado a este proceso incurra en: ausencias laborales, incumplimiento del horario estipulado, permisos para ausentarse, accidentes laborales, accidentes ajenos a su labor, incapacidades médicas, estados emocionales negativos.

Y al ocurrir uno o más de los hechos mencionados anteriormente, implicará efectos negativos a la productividad del proceso de paletizado, ya que se detendrá o se realizará de una manera equivoca.

Se deberá designar un presupuesto mayor para cubrir los gastos de: incapacidades, seguros médicos, prestaciones sociales, elementos de seguridad industrial, capacitaciones.

Adicionalmente un trabajador requiere de una capacitación y una curva de aprendizaje para poder desempeñar adecuadamente el paletizado, generando un incremento en los costos para cubrir los gastos de la capacitación; y efectos negativos de la productividad durante el periodo que se consigue llegar al periodo óptimo de la curva de aprendizaje.

~ 15 ~

En resumen, el problema fundamental es que el trabajador es afectado ergonรณmicamente implicando riesgo para su salud, y de lo anterior se derivan los demรกs problemas del paletizado manual (exceso de trabajadores, periodos no continuos de trabajo, aumento de gastos, entre otros) los cuales afectan negativamente la utilidad y la productividad de la empresa. Puesto que los riesgos son muy altos tanto para el trabajador como para la empresa, serรก primordial tener como objetivo solucionar o reducir los problemas mencionados.

~ 16 ~

3. OBJETIVOS

GENERAL:

Proponer una solución automatizada para el proceso de paletizado de bultos de fertilizante, de tal manera que se reduzcan los riesgos a los que está sometido el trabajador.

ESPECIFICOS: 

Identificar los efectos que conllevan un proceso de paletizado manual para la salud del trabajador, la productividad de la empresa y el cuidado del producto terminado.



Abordar el estado del arte al analizar el actual proceso de los distintos tipos de paletizado para diferentes productos.



Seleccionar el tipo adecuado de herramienta para el proceso de paletizado de bultos, a partir de las diferentes opciones examinadas y los riesgos identificados del paletizado manual.



Desarrollar la propuesta de automatización del proceso de paletizado de bultos de fertilizante, teniendo en cuenta los análisis realizados.

~ 17 ~

4. JUSTIFICACIÓN

Para toda empresa industrializada es necesario la interacción con los clientes y otras empresas, lo que implica un constante movimiento de materia prima, productos y documentos. Por esto, las actividades de manipulación de mercancías son repetitivas, y es necesario un adecuado almacenamiento y transporte; la manera más distintiva y común para disminuir tiempos y costos durante la manipulación es por medio de la agrupación de los materiales, permitiendo trasladar con una menor manipulación varios elementos a la vez. Esta es la principal justificación del paletizado.

Sí una empresa realiza la actividad de paletizado dentro de su ciclo de producción, es primordial que se conozcan los efectos que se pueden generar a la salud de funcionario y a la productividad de la empresa, por realizar este proceso de paletizado manualmente, más aún cuando las características del producto hacen que este sea de difícil manipulación, debido a su peso y/o dimensiones.

Entonces es necesario identificar y analizar los efectos negativos del paletizado manual, así quedarán en evidencia los riesgos que debe asumir la empresa como empleador al someter los trabajadores a realizar el levantamiento, desplazamiento y colocación de cargas, es decir, las acciones que se realizan de manera repetitiva durante el proceso de paletizado manual. Produciendo consecuencias como la baja productividad por periodos de operación no continuos, detener el proceso de paletizado por accidentes o lesiones de los trabajadores, riesgos para la vida útil y calidad del producto.

Cuando se desea realizar la automatización de un proceso de paletización lo que se busca es mejorar de una u otra forma ese proceso respecto a la forma tradicional en la cual se estaba realizando. Puede ser que se busque reducir costos, tiempos, asegurar la calidad a veces hasta reducir esfuerzos realizados por los trabajadores, riesgos al funcionario y a la empresa entre otros beneficios; Salazar, B.4 menciona los siguientes beneficios que se pueden obtener con un paletizado automatizado.    

Anular el esfuerzo y riesgos de los operarios al levantar y transportar cargas pesadas Disminuir los riesgos operaciones del proceso de paletizado Mantener los ciclos de paletizado con una mayor continuidad.

Realizar un trabajo con calidad.

4

Salazar, B. Logística y cadena de abastecimiento [en línea]. [citado en 2015-07-29].

Disponible en Internet <http://logisticayabastecimiento.jimdo.com/qu%C3%A9-es-cadenade-abastecimiento/>

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     

Anular perdidas de los productos por exceso de manipulación.

Aumento de productividad de la planta.

Reducción de costos en transporte del producto.

Mejorar los tiempos de entrega del producto al cliente.

Contribuir en el proceso de producción para cumplir con la demanda de producto.

Garantizar el cuidado del producto y su empaque

Teniendo en cuenta lo mencionado anteriormente, es justificable realizar el estudio del problema planteado, para lograr el desarrollo de una propuesta automatizada que se oponga a los efectos negativos del paletizado manual.

Ya justificada la selección de la temática de estudio, se procederá en el capítulo siguiente a describir el desarrollo metodológico que se empleó para la elaboración de esta monografía.

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5. DISEÑO METODOLÓGICO

Para desarrollar esta monografía, se aplicó el siguiente método de estudio: En primera instancia se definieron los conceptos fundamentales para los procesos de paletizado, como: ¿qué es el paletizado?, importancia y beneficio del paletizado, tipos de paletizado, ¿qué es una estiba?, dimensiones y normatividad de las estibas, ¿qué es un robot?, los componentes de los robots, la importancia de un gripper o efector final para realizar procesos a cargo de manipuladores robóticos, entre muchos más, que permitirá entender todo lo referente a la automatización en procesos de paletizado industrial.

Posteriormente se analizó el proceso de paletizado manual, teniendo en cuenta los factores que influyen en este proceso, describiendo las condiciones en las que se realiza el paletizado manual, es decir, el tipo de carga que se debe manipular, el peso y las dimensiones de la carga, la cantidad de operarios asignados a esa labor, el ambiente físico de trabajo, la condiciones de la persona (genero, edad, experiencia, contextura física, historial médico), la cantidad de productos que debe paletizar por estiba, las dimensiones de la estiba, la repetitividad de las actividades.

Una vez identificada cada una de las condiciones, bajo las que se realiza el paletizado manual, se emplearon las ecuaciones mencionadas en el desarrollo del proyecto, con las que se permitió determinar el máximo peso recomendado, según la situación estudiada. Dependiendo este resultado se conoció; sí la manipulación manual de bultos implica riesgos para la salud del funcionario. Al igual se analizó sí el paletizado manual de bultos de fertilizante implica riesgos para la empresa y el producto manipulado.

Adicionalmente se empleó el método analítico y comparativo, con el cual se estudiaron las diferentes alternativas de paletizado automatizado, confrontando éstas opciones con el paletizado manual. Analizando los resultados, se seleccionó el tipo de paletizado más adecuado para este proyecto.

A partir del estudio realizado, se logró plantear una propuesta conceptual para automatizar el proceso de paletizado de bultos de fertilizante. Siendo este un estudio no experimental, ya que la propuesta es estrictamente conceptual, adicionalmente, los medios por los cuales se obtuvieron los datos fueron netamente documentales, tomando aportes significativos de diferentes fuentes que contribuyen con la temática.

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El proyecto de grado se estableció cumpliendo con los siguientes principios misionales de la Universidad Agraria de Colombia:  Desarrollo regional y rural sostenible El paletizado es una etapa necesaria dentro de los procesos de producción en una empresa dedica al desarrollo de productos utilizados en el tratamiento de cultivos; es por esto que al convertir el paletizado en un procedimiento más eficiente y eficaz, se favorece el almacenamiento y transporte de los productos que se dirigen al agro, para ser implementados en la producción y mantenimiento de diversos cultivos. Los fertilizantes son productos que se distribuyen generalmente en bultos de diversas dimensiones y pesos, que posteriormente serán aplicados en los cultivos para fortalecer las cosechas, es decir, el paletizado es un proceso más de la cadena de producción de bienes del agro, que al mejorarlo se logra contribuir en el desarrollo de cultivos en zonas rurales.  El emprendimiento e innovación Cuando una empresa decide avanzar y optar por tomar alternativas tecnológicas para cambiar los procesos que se realizaban tradicionalmente, significará para esta empresa un proceso innovador, consiguiendo beneficios que se resumirán en: mayor eficiencia y efectividad en su proceso de producción, aumentar y conservar la clientela, mejorar las utilidades de la empresa, evitar los riesgos ligados al proceso de paletizado manual, entre otras.

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6. MARCO TEÓRICO

Es de gran importancia entender los conceptos fundamentales al tema principal del documento, para lograr un adecuado desarrollo y cumplimiento de los objetivos de esta monografía, además para que todo aquel que inicie su lectura logre una comprensión adecuada del texto. Por esto a continuación se dispondrá información sobre paletización, estibas, automatización, robots, riesgos de manipulación manual de cargas y entre otros temas relevantes.

6.1 PALETIZACIÓN La paletización es el concepto que rodea todo el desarrollo del documento, por esto en las primeras páginas del documento se adelantó a la definición de este término, sin embargo se ampliará con información de importancia con lo concerniente al paletizado.

6.1.1 Importancia de la paletización Teniendo en cuenta que el paletizado permite reducir y agilizar las operaciones al unificar las cargas, es considerado como un importante recurso sistemático de logística que representa una gran utilidad, eficacia y rentabilidad para distintos sectores industriales entre los cuales existe un continuo flujo de materiales e información.

Entonces se puede entender que con el paletizado se logra una menor manipulación del producto durante el almacenamiento y transporte, lo que resulta en una mayor calidad, cuidado y vida útil para el producto y a su vez se consigue mejorar los tiempos de transporte de éste.

Con la ayuda de información adquirida en el trabajo de Reyes O 5, se demostrará gráficamente la importancia y el beneficio del proceso de paletización en la industria, en ese documento se menciona sobre “un estudio comparativo con otros sistemas de manipulación para demostrar el ahorro de tiempo que ofrece la paletización. En el caso concretos de una carga de 100 paquetes de 20 kg cada uno. Que deben desplazarse una distancia de 5m.” como se muestra en la figura 1.

5

Reyes, O. Paletización y contenedores [en línea]. Medellín. 2002. [citado en 2015-08-12].

Disponible en Internet <http://www.slideshare.net/oscarreyesnova/16-manual-depaletizacin-y-contenedores>

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Figura 1. Comparación de tiempos de paletización

Fuente. Reyes, O

6.1.2 Beneficios de la paletización Al realizar la paletización lo que se busca principalmente es contribuir y mejorar el almacenamiento y transporte de un elemento o producto determinado, esto se alcanza cuando se reduce los tiempos, costos, esfuerzos y riesgos; Paralelamente aumenta la calidad, el cuidado y la vida útil del producto durante las etapas de almacenamiento y transporte.

Según Salazar. B6, algunos de los beneficios de la paletización son:   

Disminución de los tiempos de preparación y cargue de vehículos.

Menores costos de cargue y descargue.

Disminución del tiempo de atención.

6

Salazar, B. Logística y cadena de abastecimiento [en línea]. [citado en 2015-07-29].

Disponible en Internet <http://logisticayabastecimiento.jimdo.com/qu%C3%A9-es-cadenade-abastecimiento/>

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            

Aumento de la productividad.

Menor manipulación de los productos.

Optimización del espacio disponible y facilidad de rotación de lo que se almacena.

Fomenta mejores relaciones entre proveedores y comerciantes.

La disminución en las averías por la manipulación de los productos.

Uso más eficiente de la flota de transporte Mejor imagen de los productos en el punto de venta.

Mayor velocidad y estabilidad al estibar sobre otros productos.

Mayor seguridad para el personal involucrado en el manejo de mercancías.

Mejora los procesos de clasificación de productos en bodega Simplificación en el manejo de los inventarios Mayor rentabilidad por metro cuadrado de almacenamiento Optimización en general de la logística de almacenamiento y distribución

6.1.3 Costos asociados a la paletización Cabe resaltar que un proceso de paletización también tendrá incluidos unos costos que se deben tener en cuenta antes de optar por implementarlo, más aún, cuando lo que desea es emplear tecnología de punta para automatizar. A partir de lo demostrado por Salazar. B7, se mencionará algunos de los costos que influyen en un proceso de paletización sin la necesidad de automatización.

Los factores a tener en cuenta son:     

Costo de la estiba: Comúnmente la vida útil de una estiba estándar es de 5 años, es decir que presenta una depreciación anual del 20%.

Costos del transporte: Los costos de camión por Kilómetro recorrido se pueden agrupar en: Costos fijos: Como seguros, amortizaciones, salarios de los conductores, entre otros.

Costos variables: Como gasolina, llantas, aceite, peajes, entre otros.

Costos Asociados a la operación logística: Equipo, personal, papelería y elementos de seguridad

6.1.4 Tipos de paletización en la actualidad A continuación se identificarán las diferentes formas de realizar el proceso de paletizado, las cuales principalmente son tres: manual, automatizado convencional y automatizado por celdas robotizadas. Esto se realizará gracias a la información 7

Salazar, B. Logística y cadena de abastecimiento [en línea]. [citado en 2015-07-29]. Disponible en Internet <http://logisticayabastecimiento.jimdo.com/qu%C3%A9-es-cadena-de-abastecimiento/>

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adquirida en la tesis de trabajo de grado de Avilés, T; Vázquez, S; Reyes, A 8 sobre: “Propuesta de automatización para el paletizado de cajas de producto terminado, empleando RobotStudio para la simulación de un robot industrial.”

Sin embargo para entender claramente los tipos de paletizado automatizados es necesario conocer el concepto de automatización, que se define como el proceso en el cual se puede sustituir el trabajo realizado por humanos a tareas realizadas por máquinas y diferentes elementos tecnológicos, con el fin de mejorar el procedimiento asegurando que se realice correctamente, con calidad, en menor tiempo, reduciendo riesgos y si es posible a menor costo. Es decir, en un proceso automatizado de paletizado, las actividades de manipulación del producto las realizará una máquina, permitiendo que los esfuerzos y riesgos del trabajador disminuyan.

Paletizado manual: Este proceso de paletizado es realizado por operarios, quienes se encargan durante toda su jornada laboral de realizar las operaciones de manipulación de cargas manual, generalmente cumplen con una rutina de trabajo como la siguiente: 

      

Recibir el producto ya terminado empacado y prácticamente listo para su distribución de una línea, es decir, que el producto es normalmente entregado por una banda trasportadora donde espera que el operario encargado del paletizado lo recoja.

El operario debe levantar este producto.

Transportar el producto hasta la estiba Depositar de forma organizada el producto sobre la estiba, según corresponda, ya que cada producto ocupa un lugar en específico.

En ocasiones es necesario halar o empujar el producto sobre la estiba para acomodarlo adecuadamente.

Y el operario retoma su posición inicial para recibir otro producto y comenzar de nuevo el ciclo hasta terminar una estiba debidamente paletizada.

Una vez terminada la estiba otro funcionario se encarga de retirar la estiba paletizada con ayudas mecánicas y depositar una nueva estiba vacía.

Se inicia nuevamente el proceso de paletizado manual.

8

Avilés, T; Vázquez, S y Reyes, A. Propuesta de automatización para el paletizado de cajas de producto terminado, empleando robotstudio para la simulación de un robot industrial [tesis en línea]. Instituto Politécnico Nacional, (México D.F). 2012. [citado en 2015-08-06].

Disponible en Internet < http://tesis.ipn.mx:8080/xmlui/handle/123456789/12185 >

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Este procedimiento manual y tradicional de paletizado requiere realizar una labor repetitiva y de gran esfuerzo, lo cual generará unos posibles errores en el paletizado por ejemplo: una acomodación del producto inadecuada, maltrato y hasta posible pérdida del producto, sobretiempo en el ciclo, tiempos muertos del proceso y entre otros.

Es importante resaltar que el procedimiento de paletizado manual es una tarea que implica riesgos físicos para el operario y una mayor responsabilidad para aquel que realice este proceso y la empresa a cargo del trabajador.

Se puede resumir que el proceso de paletizado manual o tradicional, es aquel que tiene una inversión tecnológica aproximadamente nula, pero es el tipo de paletizado que requiere de un mayor recurso humano para su desarrollo.

Adicionalmente se entiende que los funcionarios son los encargados de realizar la manipulación de los objetos, es decir, desplazar uno a uno desde su lugar de origen o recolección hasta la posición adecuada sobre la estiba. La manipulación manual mencionada anteriormente es la que implica los riesgos ergonómicos para la salud del trabajador y los riesgos operacionales para la empresa; por lo tanto la identificación de dichos riesgos será de gran importancia para el desarrollo de esta monografía.

Paletizado automático convencional: En una empresa donde se asegure una alta productividad y en la que se pueda alimentar con grandes cantidades constantes de producto la etapa de paletizado ubicada al final de una línea de producción, vale la pena implementar una automatización convencional para este procedimiento, consiguiendo que mejore la calidad y tiempos de productividad en esta parte de la cadena de abastecimiento.

El procedimiento de paletizado automático convencional es realizado por unas máquinas de gran tamaño que se encargan de realizar las tareas de organización del producto sobre estibas. Normalmente estas máquinas industriales son elaboradas con la finalidad de realizar labores específicas las cuales pueden satisfacer las necesidades de rentabilidad y tiempos, pero siempre y cuando se cuente con un espacio suficiente en la fábrica de producción y teniendo en cuenta que normalmente son diseñadas para una sola referencia de producto.

En pocas palabras, para este tipo de paletizado la manipulación de las cargas es realizada por máquinas de gran tamaño, esta automatización convencional logra realizar un proceso de paletizado rápido y adecuado, sin embargo es utilizado solamente en situaciones de alta productividad y sin variaciones en la referencia del producto a paletizar.

Paletizado automático por celdas robotizadas Las celdas robotizadas para automatizar el proceso de paletizado, principalmente son reconocidas y destacadas por utilizar brazos robóticos, claro está que para un

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adecuado funcionamiento de la celda robótica hay que tener en cuenta otros elementos de importancia como lo son las bandas transportadoras, el gripper o efector final, sensores, controladores, mecanismos de seguridad industrial, etc.

En este tipo de paletizado el brazo robótico sustituirá al operario en sus actividades de manipulación de cargas, en algunos casos la celda estará en constante acompañamiento por un trabajador, que se encargará de procesos como iniciar, pausar, restablecer y supervisar el funcionamiento de la celda.

Una automatización de este tipo tiene las ventajas de: disminuir o anular los riesgos del operario, aumentar la productividad de la etapa de paletizado, disminuir los tiempos de paletizado por estiba, mantener una calidad del producto final, menor desperdicio o pérdida del producto, mayor exactitud en la organización del producto y puede trabajar por periodos prolongados y continuos.

Este proceso de paletizado y el de automatizado convencional son excelentes soluciones para disminuir los riesgos y mejorar la productividad en la etapa que se instala; teniendo en cuenta que se requiere evaluar las condiciones en los cuales se va a realizar el trabajo.

Por lo tanto el proceso de paletizado por celda robotizado está integrada por gran variedad elementos tecnológicos, de los cuales principalmente se resalta el manipulador robótico, que cumple la función de desplazar el producto terminado.

Este tipo de paletizado ocupa un menor tamaño que el automatizado convencional y adicionalmente tiene la ventaja de paletizar más de una referencia del producto a la vez.

6.2 PALLET O ESTIBA Si bien ya se puede entender básicamente que es la estiba, no estaría mal ampliar el conocimiento sobre este elemento, que es fundamental para un proceso de paletización, por esto a continuación se hablará en detalle de la estiba.

6.2.1 ¿Qué es una estiba?

Reyes, O9 indica que la "Estiba”, "Pallet" o "Paleta" es una plataforma horizontal, de una estructura definida a las necesidades de mercado, de altura mínima compatible con los equipos de manejo de materiales (montacargas, estibadores), usada como base para el ensamblaje, el almacenamiento, el manejo y el 9

Reyes, O. Paletización y contenedores [en línea]. Medellín. 2002. [citado en 2015-08-12].

Disponible en Internet <http://www.slideshare.net/oscarreyesnova/16-manual-depaletizacin-y-contenedores>

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transporte de mercancías y cargas, que permite manipular y almacenar en un solo movimiento varios objetos poco manejables, pesados o voluminosos.

6.2.2 Materiales de estibas A continuación se mencionará los materiales que comúnmente son empleados para la fabricación de estibas, ya que pueden ser fabricadas de diferentes materiales y de esto determinará la resistencia las dimensiones, peso, costo, reciclabilidad y la vida útil. 

Madera; Es la principal materia prima en la fabricación de estiba, el 95% de estibas son de madera.



Metal y Plástico; Son las que más empleadas cuando las condiciones del ambiente presentan altas temperaturas o humedad excesiva, adicionalmente si se requiere de un constante lavado.



Fibra y Cartón; Generalmente solo se utilizan para el movimiento de objetos dentro de la empresa, son poco resistentes.



Compuestas o Mixtas; Rara vez se utilizan y se fabrican de la combinación de materiales por ejemplo: Madera – Metal, Metal – Plástico, Cartón – Plástico, Madera – Plástico.

6.2.3 Clasificación de las estibas Cuando se va a realizar la selección de una estiba es necesario saber que existen diferentes tipos y que se puede realizar la elección de está según los requerimientos que se tengan. 

Estibas no retornables

Son las que comúnmente utilizan para enviar productos a otros países desde donde se dificulta la recuperación de la estiba, por este motivo se usan superficies móviles de un solo uso. 

Estibas retornables

La mayoría de empresas prefieren utilizar estibas retornables aunque sean más costosas, pero se destaca que son estibas de mejor calidad, permiten ser utilizadas más de una vez y en algunos casos se logra la recuperación. 

Según su número de entradas

Existen estibas de dos y cuatro entradas. Las entradas hacen referencias a los orificios laterales que permiten la manipulación de la estiba con ayudas mecánicas

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como montacargas o gatos hidráulicos. En la figura 2 se puede observar una estiba de 2 y una de 4 entradas respectivamente.

Es fundamental tener claro que estiba se empleará en el proceso de paletizado de bultos, porque esto determina la forma en la que el montacargas o gato hidráulico recogerá la estiba paletizada.

Figura 2. Estibas por entradas

Fuente. Salazar. B 

Según su piso y cubiertas

Las estibas pueden estar diseñadas con una sola superficie (cubierta) o con dos (piso y cubierta), y cada una de esas plataformas puede variar según el requerimiento de la estiba, en la figura 3 se visualiza algunos ejemplos de las estibas dependiendo su piso y cubierta.

Figura 3. Estibas por piso y cubierta

Fuente. Salazar. B 

De acuerdo a su manipulación

Adicionalmente las estibas pueden ser o no manipuladas de sus extremos, por esto es que se menciona este tipo de clasificación. Hay estibas estilo caja y aleta, las de aleta son las que permiten ser manipuladas por los extremos. En la figura 4 se demuestra las estibas caja y aleta respectivamente.

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Figura 4. Estibas por manipulación

Fuente. Salazar. B 6.2.4 Dimensiones de las estibas Es frecuente encontrar estibas con diferentes dimensiones, ya que son diseñadas según los requerimientos del cliente, según Reyes. O 10 y Madepal11 (empresa dedicada a la fabricación de estibas) los tamaños más comunes para las estibas son:       

1000mm x 1200mm Estiba estándar 800mm x 1200mm Estiba europea 600mm x 800mm Mini estiba europea 1120mm x 1420mm Estiba para latas 1200mm x 1200mm Estiba para sacos y toneles 1250mm x 1500mm Estiba para sacos y toneles 1200mm x 1800mm Estiba marítima

Para el proceso de paletizado de bultos de fertilizante se empelará preferiblemente estibas estandarizadas, pero es necesario evaluar si estas dimensiones cumplen con los requerimientos que impone el producto en este caso los bultos.

6.2.5 Normatividad de estiba estándar Estandarizar las dimensiones y características de la estiba es la forma con la cual se logra asegurar que estas superficies móviles pueden ser empleadas para más de un producto o referencia del mismo y que al momento de ser transportadas se adecuen al medio de transporté utilizado, además que asegura un margen de 10

Reyes, O. Paletización y contenedores [en línea]. Medellín. 2002. [citado en 2015-0812]. Disponible en Internet <http://www.slideshare.net/oscarreyesnova/16-manual-depaletizacin-y-contenedores> 11 Madepal. Estibas (Pallets). [en línea]. Valle del Cauca. [citado en 2015-09-20].

Disponible en Internet <http://madepal.com/productos/estibas-pallets/>

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calidad. Por esto es que en una gran mayoría de procesos de paletizado se define estrictamente el uso la estiba estandarizada. Es importante resaltar que en Colombia existe una norma para regular las estibas, esta es la NTC 4680 de ICONTEC, el objetivo de esta norma es definir y regular las características de las estibas para quienes las fabrican y así asegurar confiabilidad, uniformidad y calidad a las personas o empresas que utilice las estibas para el transporte y manipulación de productos A continuación con información virtual adquiría en Universidad Nacional Abierta y a Distancia12 y Cabra. Y13, se presenta los datos más importantes que estipula la norma NTC 4680 respecto a la estandarización de estibas. Adicionalmente en la figura 5 se puede observar una estiba estándar con sus dimensiones.   

      

Nombre: Estiba intercambiable de madera, no reversible, de cuatro entradas.

Tipo de madera: Coníferas o latifoliadas, procedentes de bosques cultivados. Las coníferas son plantas y árboles de fruto cónico en el que se destacan el pino espátula y el ciprés.

Dimensiones externas: o Largo: 1200mm (+/- 3mm) o Ancho: 1000mm (+/- 3mm) o Alto: 145mm (+/- 7mm).

Capacidad nominal: la estiba en movimiento como estática debe soportar una carga de 1000 kg sin sufrir cambios en la estructura.

Densidad de la madera: 0.50 +/- 0.10 g / cm3 Humedad de la madera: Debe ser de un 16% con una tolerancia de +/- 2%.

Peso: Debe pesar aproximadamente 30 kg con una tolerancia de +/- 2 kg.

Construcción: Las tablas de los pisos y los tacos, que se encuentran en caras adyacentes deben formar un ángulo recto entre sí. Y las superficies de carga deben ser planas y paralelas a la superficie inferior.

Número de entradas 4 La NTC 4680 especifica que para las estibas desechables no se aplica esta norma.

12

UNAD, Paletización. Universidad Nacional Abierta y a Distancia, (Colombia). [citado en 2015-08-12].

Disponible en Internet <http://datateca.unad.edu.co/contenidos/256594/256594_MOD/225paletizacin.html> 13 Cabra, Y. Estandarización de estibas en los países miembros de la CAN. Colombia [citado en 2015-09-18].

Disponible en Internet <https://docs.google.com/document/d/1azD0-HS4FzDu3T8-P1oAGrAEk4ZfukDNvYpULUn7LQ/edit?hl=es&pli=1>

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Figura 5. Estiba estándar

Fuente. Universidad Nacional Abierta y a Distancia 6.3 ROBOTS El elemento fundamental y por el cual se caracteriza una celda robótica es el robot o manipulador robótico. Por esto es vital para esta monografía tratar la temática de los robots, la morfología del robot, los tipos de articulación. Esto se hace para ampliar el conocimiento sobre los robots que es indispensable para realizar un trabajo adecuado y poder escoger el tipo de robot más indicado para el proceso de paletizado de bultos.

6.3.1 ¿Qué es un robot?

Se empezará entregando más de una definición de los robots encontradas en fuentes electrónicas y así dejar claro a que se refiere cuando se usa el término robot.

Según un documento de la Universidad Nacional de Colombia 14 se realiza la siguiente definición “La palabra robot deriva del checo robota que significa trabajador, pero no es eso exactamente lo que se entiende hoy en día como el significado de ésta palabra. Actualmente se define como robot a un manipulador multifuncional, reprogramable, diseñado para mover materiales, piezas, herramientas u otros dispositivos especializados, a través de distintos movimientos, para el desempeño de una variedad de tareas.”

14

UNAL. Robótica Industrial [en línea]. Universidad Nacional, (Colombia). [citado en 201508-21].

Disponible en Internet <http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/mecatronica/docs_curso/Anexos/TUTOR IALcnc/DOCUMENTOS/TEORIA/ROBOTICA%20INDUSTRIAL.pdf>

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Para ampliar la definición dada se cita a González. V 15, quien menciona en su trabajo de robots industriales; que los manipuladores generalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una muñeca, este elemento final del manipulador se especificará en el desarrollo de la monografía y se conocerá como gripper que se encargará de sujetar los bultos. Retomando la cita anterior se dice que la unidad de control del robot incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepción del entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cíclica, y es posible reprogramar a este robot para que cumpla otra actividad sin necesidad de hacer cambios permanentes a su estructura Adicionalmente Barraza. D16, dice que por lo general un robot, es un dispositivo mecánico articulado capaz de imitar ciertas funciones humanas como la manipulación de objetos o el movimiento, con el fin de sustituir al humano en la realización de ciertas tareas.

De las definiciones anteriores se puede resumir que el robot, entonces, es un artefacto electromecánico y reprogramable con la función de realizar cierto tipo de labores que anteriormente eran realizadas por seres humanos y tiene como finalidad mejorar la calidad y facilitar el trabajo en ciertas aplicaciones; por ejemplo en esta propuesta de paletizado el robot sustituirá al operario u operarios en su trabajo de levantamiento, transporte y acomodación de bultos.

6.3.2 Partes de los manipuladores robóticos Un robot es un conjunto de partes eléctricas, mecánicas y de control.

Principalmente es un brazo mecánico articulado, es decir, se puede entender como una trasferencia de movimiento en la que un conjunto de partes fijas o eslabones que se interconectan por medio de unas partes móviles o articulaciones, para conseguir un movimiento uniforme, y finalmente realizar la tarea que se le programo.

En la figura 6 se puede visualizar la ubicación de las articulaciones en un tipo de robot industrial, estas partes móviles son las que ofrecen diferentes alternativas de movilidad, para que el efector final del manipulador pueda alcanzar un punto determinado dentro de su espacio de trabajo.

15

González, V. Robots Industriales [en línea]. Mar 2002. [citado en 2015-08-08].

Disponible en Internet<http://platea.pntic.mec.es/vgonzale/cyr_0204/ctrl_rob/robotica/industrial.ht m> 16

Barraza, D. Robótica integrada a la manufactura [en línea]. Nov 2012. [citado en 201508-10]. Disponible en Internet <http://es.slideshare.net/daniabarrazaq/robtica-aplicada-ala-manufactura>

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Figura 6. Partes del robot

Fuente. UNAL Efector o herramienta final Una las partes más importantes que compone a un robot es el efector final o llamado también el gripper. Este cumple un papel fundamental, el cual permitirá que el robot cumpla correctamente con el objetivo dispuesto, es tan importante que con el solo simple hecho de cambiar el gripper o efecto final el mismo robot puede ser usado para un gran número de distintas aplicaciones, por ejemplo el corte por chorro de agua, corte por plasma, pintado, paletizado, despaletizado, de ensamblaje, etc.

Los tres ejes de movimiento de la muñeca del robot son pitch, yaw y roll. En la figura 7 se puede observar los movimientos mencionados, teniendo en cuenta que no necesariamente se debe contar con los tres movimientos, esto dependerá de la labor que se necesite realizar.

Figura 7. Movimientos de la muñeca del robot

Fuente. UNAL Entre la gran variedad de herramientas finales existentes, hay unos que están diseñados para no estar en contacto directo con la pieza a trabajar, por ejemplo los de corte por chorro de agua o los que cumplen funciones de pintado, éstos son

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de los que requieren de un mayor número de grados de libertad de cinco a seis; y entre otros diseños de grippers están los que cumplen funciones de agarre, transporte y acomodación de objetos, con ayuda de dedos articulados, elementos magnéticos o de vacío, por ejemplo el que se dispondrá para el proceso de paletizado de bultos.

6.3.3 Estructura de los manipuladores robóticos.

Los manipuladores robóticos se pueden clasificar dependiendo su estructura o morfología con la que es diseñado. Para elegir adecuadamente un robot, según la actividad que vaya a realizar se debe tener en cuenta la estructura del mismo, ya que dependiendo de su diseño el manipulador podrá o no hacer ciertos tipos de movimientos y con esto concluir si esa máquina es apta para el proceso a ejecutar. A continuación en la figura 8 y 9 se puede visualizar los tipos de robots según su estructura mecánica.

Figura 8. Configuraciones mecánicas del robot

Fuente. Creando el futuro.

Figura 9. Estructura robot paralelo

Fuente. Borjanen.

A continuación se podrá observar el sistema de coordenadas, el espacio de trabajo, los tipos de articulaciones y una ilustración real del robot cartesiano y angular, se específica únicamente estas dos estructuras de robot puesto que, son las más utilizadas en las celdas robóticas de paletizado.

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

Configuración cartesiana

Tiene una estructura PPP (Prismática – Prismática - Prismática) y sigue los movimientos mediante las coordenadas X, Y y Z, en la figura 10 se visualiza respectivamente, el sistema de coordenadas, el espacio de trabajo y un ejemplo de robot cartesiano real.

Figura 10. Robot cartesiano

Fuente. Itchihuahua 

Configuración angular o antropomórfica

Tiene una estructura RRR (Rotacional - Rotacional - Rotacional). Frecuentemente es uno de los más usados en las celdas robóticas para paletizado, corte por plasma o chorro de agua, pintado y entre otras, por su diseño tiene la oportunidad de ubicarse perfectamente alcanzando un sinfín de coordenadas dentro de su espacio de trabajo. En la figura 11 se demuestra el sistema de coordenadas, el espacio de trabajo y un ejemplo de un robot angular.

Figura 11. Robot angular

Fuente. Itchihuahua

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6.3.4 Consideraciones de mayor importancia para escoger un robot Cuando se piensa disponer a un manipulador robótico para cumplir con una tarea específica es necesario tener presente los factores que influyen para la elección entre uno u otro robot, con esto se logra realizar la selección adecuada del robot dependiendo de la tarea y entorno en que se desenvolverá.

Por esto es conveniente explicar los factores de mayor importancia en la elección de un robot, esto se hará con ayuda de un artículo virtual de la revista Metal actual17. 

Carrera

Se refiere a la distancia o coordenadas que el robot es capaz de alcanzar, en este factor es necesario tener presente la ubicación del objeto o pieza a manipular y las dimensiones de la máquina. Generalmente la carrera está dada en milímetros por los fabricantes y por parámetros X, Y, Z. y sus movimientos angulares. 

Área de trabajo

Este factor se estudia con el fin de analizar el entorno al que se dispondrá el robot, por esto mismo es importante tener en cuenta el punto anterior junto con las dimensiones del robot, para que el manipulador no vaya ocasionar accidentes o interrumpa con otras funciones. Es decir se estudia la ubicación de otras máquinas, estructura y operarios respeto a la ubicación de robot. 

Capacidad de carga

Es primordial realizar un análisis de las cargas que debe soportar el robot, se refiere al peso de la pieza que debe agarra o levantar en dado caso el robot y adicionalmente a la herramienta final, ya que en la mayoría de casos el peso del efector final se le debe restar a la carga máxima soportada por un robot, para así saber exactamente cuánto es el máximo peso que puede levantar el manipulador dependiendo el gripper que se le integre y no llevar a sobreesfuerzos, daños o accidentes a la máquina y personas cercanas a este. 

Velocidad y aceleración.

Este factor sirve para conocer qué tan ágil el robot puede ejecutar sus movimientos o ciclos, las forma en que normalmente se identifica este factor es

17

Metal actual. Robótica hacia la automatización industrial [en línea]. 2008. [citado en 2015-08-14].

Disponible en Internet <http://www.metalactual.com/revista/10/tecnologia_robotica.pdf>

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conociendo cuanto tiempo se demora el manipulador en recorrer una distancia concreta. 

Seguridad y facilidad de manejo

Este es otro parámetro de importancia a la hora de escoger un robot, sirve para tener presenta la facilidad con la que se puede operar y supervisar el manipulador, adicionalmente tener en cuenta la posibilidad de que el robot se comunique con otras máquinas o elementos de control; Además que tan fiable y seguro es operarlo en determinada aplicación industrial. 

Precio

El precio de los robots es muy variado según su estructura, tamaño, fabricante, y otras características, de esto puede ser que indique si un proyecto es viable o no; pero es fundamental analizar todos los beneficios que un robot otorga en un proceso de producción; por ejemplo comparar la inversión necesaria para la implementación y en cuanto tiempo se puede recuperar por medio de ahorro en tiempos perdidos en la producción y los riesgos que puede disminuir ésta máquina para los operarios, producto y para la empresa en general

6.4 MANIPULACION DE CARGAS 6.4.1 Manipulación de cargas manual Para lograr hacer un estudio adecuado del procedimiento de paletizado manual en las empresas, es necesario entender el concepto de manipulación manual de cargas, según una fuente informativa sobre la Seguridad y Salud en el Trabajo 18, se define el término como; cualquier operación de levantamiento, colocación, empuje, tracción, desplazamiento y sujeción de objetos. Si las características o condiciones ergonómicas en las que se realice estas actividades son inadecuadas, se entrañe riesgos para el trabajador. A modo de indicación general, el peso máximo que se recomienda no sobrepasar es de 25 Kg. De lo anterior se puede entender que son cinco las actividades principales en la manipulación manual de cargas, las cuales son: 

Levantamiento y descenso de cargas: Durante el levantamiento se realiza movimientos verticales o fuerza que se hace en contra de la fuerza de

18

Seguridad y salud en el trabajo. Manipulación de cargas [en línea]. Colombia. [citado en 2015-09-19].

Disponible en Internet<http://normaohsas18001.blogspot.com.co/2012/09/manipulacion-de-cargas.html>

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 

gravedad; y para el descenso se entiende como los movimientos que se hacen a favor de la fuerza gravitacional.

Transporte: Se entiende como la actividad de trasladar la carga cuando es sostenida en los brazos, o con otra parte del cuerpo sin ayuda de algún elemento mecánico.

Arrastre y empuje: Son las actividades que se hacen para mover la carga horizontalmente sin mantenerla sostenida. El arrastre implica que la carga se dirija hacia el cuerpo y durante el empuje la carga se aparta del cuerpo.

Estas dos tareas son un poco menos agotadoras y perjudiciales para la espalda que las de elevación, descenso o transporte.

A demás es primordial conocer la normatividad referente a la manipulación manual de cargas como primera instancia, lo que permitirá saber si se está cumpliendo o incumpliendo con estos parámetros. Es por esto que se mencionan los artículos 390 y 392 de la resolución 2400 de 1979, del Ministerio de Trabajo y Seguridad Social19, donde se estipula que:  

Artículo 390. En ningún caso un trabajador podrá cargar en hombros bultos u objetos con peso superior a los 50 kilogramos, ni una trabajadora pesos que excedan de los 20 kilogramos.

Artículo 392. La carga máxima que un trabajador, de acuerdo a su aptitud física, sus conocimientos y experiencia podrá levantar será de 25 kilogramos de carga compacta: para las mujeres, teniendo en cuenta lo anteriores factores será de 12,5 kilogramos de carga compacta.

Adicionalmente para la manipulación de cargas manual se debe tener presente las condiciones de las personas que realizan las actividades, así como lo menciona la ARL SURA20, en su página web. Para la manipulación manual de cargas se debe tener presente la edad y estado físico: Los estudios internacionales señalan que el ser humano aumenta o disminuye su capacidad de levantar objetos, de acuerdo con el ciclo de vida en el que se encuentre. En la tabla 1 se puede especificarlo mencionado.

19

Ministerio de Trabajo y Seguridad Social. Resolución 2400 de 1979 [en línea].

Colombia. May 1979. [citado en 2015-08-25]. Disponible en Internet <http://www.ilo.org/dyn/travail/docs/1509/industrial%20safety%20statute.pdf> 20 SURA. Para evitar que la espalda sufre [en línea]. Colombia. [citado en 2015-08-26].

Disponible en Internet <http://www.arlsura.com/articulos2013/espalda_sufra.html>

~ 39 ~

Tabla 1. Peso máximo permitido según la edad.

PESO MAXIMO PERMITIDO PARA LEVANTAR EN (KG) Edad en años

14 a16

17 a 18

19 a 20

21 a 35

36 a 50

Más de 50

HOMBRE

15

19

23

25

20

16

MUJER

10

12

14

15

13

10

Fuente. SURA. (Modificada por el autor) A partir de los dados incluidos en la tabla anterior se presenta la figura 12, en la que es posible observar como varia el máximo peso que se recomienda para realizar la manipulación manual de cargas, según el género y la edad de la persona.

Figura 12.Peso máximo recomendado por edad.

PESO MAXIMO RECOMENDADO POR ''SURA" HOMBRES

MUJERES

30

PESO EN (KG)

25 20 15 10 5

0 14 a16

17 a 18

19 a 20

21 a 35

36 a 50

Más de 50

EDAD EN AÑOS

Fuente. SURA; El autor La ARL Sura también recomienda seguir la técnica del 1, 2,3 la cual es la siguiente: 1. Hasta 25 kilogramos todo el proceso del transporte lo puede realizar un solo trabajador.

2. Hasta 50 kilogramos se requiere de un trabajo en equipo de dos o más trabajadores.

3. Más de 50 kilogramos exigen la presencia de ayudas mecánicas como carretas, gatos hidráulicos o montacargas.

~ 40 ~

Factores de la manipulación manual de cargas La Agencia europea para la seguridad y la salud en el trabajo 21, indica que son diversos los factores que pueden aumentar el riesgo de la operación en la manipulación manual de cargas, y que principalmente son cuatro factores que influyen: la carga, la tarea, el entorno y las personas. Los cuales se especificaran a continuación. 

La carga

Cuando el producto a manipular cumple con alguna de las siguientes características, aumenta el riesgo a la salud del trabajado. o Producto demasiado pesado: si el objeto a manipular tiene un peso de 2025 kg o más se convierte en un producto difícil de levantar para la mayoría de las personas. o Demasiado grande: si la carga es grande, no es posible seguir las instrucciones básicas de levantamiento y transporte, como mantener la carga lo más cerca posible del cuerpo, ya que los músculos se cansarán más rápidamente. o Difícil de agarrar: esta condición puede hacer que el objeto se resbale y provoque un accidente. o Descompensada o inestable: cuando el objeto a manipular tiene el peso mal distribuido, implica para el funcionario un esfuerzo desigual de los músculos y genera una mayor fatiga, debido a que el centro de gravedad del objeto se aleja del eje central del cuerpo del trabajador o Difícil de alcanzar: cuando es necesario extender los brazos o inclinar el tronco para levantar el producto, la fuerza muscular que debe realizar el trabajador es mayor. 

La tarea

o Si la actividad de manipulación se realiza con bastante frecuencia, es repetitiva o por periodos prolongados; se convierte en una tarea agotadora. o Si se realiza adoptando posturas o movimientos forzados e incorrectos, por ejemplo inclinar o torcer el tronco, levantar los brazos, girar las muñecas o realizar estiramientos excesivos 21

Agencia europea para la seguridad y la salud en el trabajo. Riesgos asociados a la manipulación manual de cargas en el lugar de trabajo [en línea]. Belgimun. 2007. [citado en 2015-08-26].

Disponible en Internet < https://osha.europa.eu/sites/default/files/publications/documents/es/publications/factsheets /73/Factsheet_73__Riesgos_asociados_a_la_manipulacion_manual_de_cargas_en_el_l.u gar_de_trabajo.pdf>

~ 41 ~



El entorno

Cuando en el ambiente y espacio de trabajo se presenta una o más de las siguientes condiciones el riesgo en la manipulación manual aumenta. o Un espacio insuficiente para la manipulación manual de cargas puede inducir a que se realice el procedimiento inadecuadamente. o Una superficie desigual, inestable o resbaladiza aumenta el riesgo de accidente. o La temperatura, si es elevada los trabajadores se sienten cansados y el sudor dificulta el manejo de las herramientas; por el contrario, si la temperatura es muy reducida las manos se entumecen dificultando el agarre de los objetos. 

Las personas

Dependiendo el funcionario encargado de la manipulación de cargas se puede aumentar el riesgo, es por esto que debe tener en cuenta las condiciones de la persona por ejemplo: o La falta de experiencia, formación o familiaridad con el trabajo. o La edad: el riesgo a la salud aumenta con la edad y con el número de años de trabajo. o La complexión física; la altura, el peso y la fuerza. o El historial médico, discapacidades médicas que limiten la manipulación de cargas.

6.4.2 Ecuaciones para hallar el peso recomendado de manipulación de cargas manual Para identificar adecuadamente los efectos del paletizado manual, se realizará el estudio del máximo peso recomendado, con la ayuda de dos institutos que disponen de una ecuación cada uno, en la que se evalúan diversos factores de la manipulación manual de cargas, para obtener como resultado el peso recomendable de la carga dependiendo la situación. Los institutos mencionados son los siguientes: (INSHT).Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo22 de España; en el que se estipula una guía utilizada para la evaluación y prevención de los riesgos relativos a la manipulación manual de cargas.

22

INSTH. Manipulación manual de cargas, Guía técnica del INSHT. [en línea]. España. [citado en 2015-09-20].

Disponible en Internet <http://www.insht.es/MusculoEsqueleticos/Contenidos/Formacion%20divulgacion/material %20didactico/GuiatecnicaMMC.pdf>

~ 42 ~

(NIOSH) National Institute of Occupational Safety and Health 23 la cual permite evaluar tareas en las que se realizan levantamientos de carga, ofreciendo como resultado (LRP) Limite de Peso Recomendado para las condiciones del puesto para evitar la aparición de problemas de espalda.

A continuación se especificarán los dos estudios que disponen los institutos mencionados, empezando con la explicación de la ecuación de INSHT para hallar el peso aceptable de la carga.

INSHT 24 La ecuación (1) es la que se utiliza en la guía de INSHT para determinar el peso aceptable de la carga en los levantamientos de objetos, es importante resaltar que para ésta guía cualquier objeto que pese más de 3 kg se considera como una carga que puede ocasionar un riesgo dorsolumbar potencial:

PA= PT · FC · FG · FA · FF

(1)

PA: Peso Aceptable PT: Peso Teórico FC: Factor de Corrección FG: Factor de Giro FA: Factor de Agarre FF: Factor de Frecuencia 

Peso teórico (PT)

Este factor indica el peso máximo recomendado de la carga a manipular en condiciones ideales, es decir, se recomienda no sobrepasar los 25 kg para trabajadores hombres debidamente capacitados; o no superar los 15 kg para mujeres, jóvenes y mayores; para situaciones especiales con trabajadores sanos y en buena condición física se recomienda no superar los 40kg siempre y cuando la actividad sea esporádica.

23

NIOSH. Manipulación manual de cargas, ecuación NIOSH [en línea]. [citado en 201509-20].

Disponible en Internet < http://www.insht.es/MusculoEsqueleticos/Contenidos/Formacion%20divulgacion/material% 20didactico/EcuacionNIOSH.pdf> 24 INSTH. Manipulación manual de cargas, Guía técnica del INSHT. [en línea]. España. [citado en 2015-09-20].

Disponible en Internet <http://www.insht.es/MusculoEsqueleticos/Contenidos/Formacion%20divulgacion/material %20didactico/GuiatecnicaMMC.pdf>

~ 43 ~

Entonces para poder determinar el PT y el porcentaje de población que se protege con los pesos recomendados, es necesario conocer si la persona encargada de la manipulación es hombre, mujer, joven o adulto. En tabla 2 se informa sobre el peso máximo recomendado, el tipo de persona y el porcentaje de la población que es protegida según lo anterior.

Tabla 2. Peso Teórico INSHT PESO TEORICO (PT)

Peso máximo recomendado

Porcentaje de población protegida

Hombres

25 kg

85%

Mujeres, jóvenes y adultos

15 kg

95%

Tipo de persona

Hombres (Situación esporádica) 40 kg Fuente. INSTH De la tabla anterior se resalta; que se desconoce el porcentaje de población protegida para los hombres sanos, capacitados y en buenas condiciones físicas que realizan la manipulación de cargas hasta de 40 kg, ya que solo ocurre en situaciones esporádicas, pero lógicamente será mucho menor el porcentaje de población protegida.



Factor de corrección (FC)

En este punto se analizan dos factores; la posición del objeto tanto horizontal (H) como vertical (V). Entre mayor sea el valor de H, mayor será el alejamiento de la carga respecto al centro de gravedad del cuerpo de la persona. En la figura 13 se presenta el peso teórico recomendado para la carga según la distancia en la que se encuentre respecto al cuerpo.

~ 44 ~

Figura 13. Peso Teórico según la distancia

Fuente. INSTH Esta guía aclara que cuando la carga se manipule en más de una posición de las indicadas anteriormente se debe tomar como referencia la que sea más desfavorable, con el objetivo de proporcionar una mayor seguridad a la persona.

De igual manera se considera que la manipulación para ser aceptable, es cuando los movimientos son realizados entre la altura media de las piernas y los hombros, por esto se debe procurar no realizar la manipulación de cargas fuera del rango anterior.

En la tabla 3 se presenta el factor de corrección dependiendo el desplazamiento vertical.

Tabla 3. Factor de Corrección INSHT Desplazamiento Factor de Vertical corrección Hasta 25 cm

1

Hasta 50 cm

0,91

Hasta 100 cm

0,87

Hasta 175 cm

0,84

Más de 175 cm

0

Fuente. INSHT

~ 45 ~



Factor de giro (FG)

Se refiere a los giros del tronco realizados en la manipulación de cargas, se debe procurar mantener al mínimo los giros del tronco para disminuir los riesgos. Según el INSHT, Este factor se logra determinar por medio del ángulo que se forma entre la línea que une los talones con la línea de los hombros, en la figura 14 se puede visualizar lo mencionado.

Figura 14. Angulo talones - hombros

Fuente. INSTH El factor de giro se logra determinar según sea el ángulo que se forma. Así como se observa en la siguiente tabla 4.

Tabla 4. Factor de Giro INSTH Giro del tronco

Factor de giro

Giro corto, hasta 30° 0,9 Giro medio, hasta 60° 0,8 Giro largo, hasta 90° 0,7 Fuente. INSHT 

Factor de agarre (FA):

Se obtiene de la interpretación sobre la facilidad o dificultad del objeto para ser agarrado, los tres tipos de agarre que puede tener son: Agarre bueno: Cuando la carga tiene orificios, manijas u otro elemento que permita sujetar el objeto fácilmente y sin ningún tipo de incomodidad para la mano.

En la figura 15 se puede observar una carga con buen agarre.

~ 46 ~

Figura 15. Agarre malo INSTH

Fuente. INSHT Agarre regular: Si el objeto tiene orificios o esquinas pero que no son tan óptimas para su manipulación, o los elementos que permitan ser sujetados con la mano flexionada a 90°. Así como se muestra en la siguiente figura 16.

Figura 16. Agarre regular INSHT

Fuente. INSHT Agarre malo: Cuando en la manipulación de la carga no se cumple con ninguno de los parámetros mencionados en el agarre bueno y regular. Dificultando la sujeción del objeto e incrementando la posibilidad de accidentes. En la figura 17 se puede observar este tipo de agarre.

Figura 17. Agarre malo INSHT

Fuente. INSHT

~ 47 ~

Dependiendo con el tipo de agarre que se cuente, se debe seleccionar el factor de agarre en la tabla 5.

Tabla 5 Factor de Agarre INSTH Factor de agarre

Tipo de agarre Bueno

1

Regular

0,95

Malo

0,9

Fuente. INSHT 

Factor de frecuencia (FF)

Este hace referencia a la cantidad de veces con la que se realiza la manipulación manual de cargas en determinado tiempo, la tabla 6 tomada del INSHT permite determinar el factor de corrección, según la frecuencia de manipulación y la duración con la que se realiza ésta actividad.

Tabla 6. Factor de Frecuencia INSTH

Fuente. INSTH

~ 48 ~

Después de hallar cada uno de los factores, se realiza la multiplicación entre ellos y el peso teórico de la carga, es decir se resuelve la ecuación (1), y de esta forma se obtiene como resultado el peso aceptable (PA) que debe ser manipulado.

Es importante conocer que si el peso real en kg de la carga u objeto a manipular es mayor que el peso aceptable (PA) obtenido de la ecuación de INSHT, la actividad de manipulación manual de cargas es considerada como una situación de riesgo.

Adicionalmente la guía INSHT propone el siguiente diagrama que permite analizar un proceso de manipulación manual de cargas, lo cual permitirá tomar ciertas decisiones con el fin de disminuir los riesgos.

Figura 18. Diagrama de decisiones

Fuente. INSTH

~ 49 ~

NIOSH 25 El nombre de este instituto se deriva de las siglas en inglés, (National Institute of Occupational Safety and Health); NIOSH desarrollo una ecuación con la que se permite identificar el límite de peso recomendado para una carga que es manipulada manualmente, el resultado de ésta ecuación se determina al identificar cada factor de corrección y después multiplicarlos entre sí, para obtener finalmente el LPR (límite de peso recomendado).

La ecuación (2) es muy similar a la ecuación (1) de INSHT, por esto los factores que tienen en común no se explicaran nuevamente para evitar repetitividad. Pero NIOSH tiene en cuenta unos factores adicionales, con lo que se logra ser más acertado en el resultado.

LPR= LC · HM · VM · DM · AM · FM · CM

(2)

LPR: Limite de Peso Recomendado LC: Constante de Carga HM: Factor de Distancia Horizontal VM: Factor de Altura DM: Factor de Desplazamiento Vertical AM: Factor de Asimetría FM: Factor de Frecuencia CM: Factor de Agarre 

Peso de la carga (LC)

Al igual que en INSHT en este factor se indica el peso máximo recomendado en condiciones óptimas. NIOSH se refiere a condiciones ideales en las que no se requieren giros del torso, ni posturas inadecuadas, con levantamientos ocasionales, con un buen agarre de la carga, a una altura de 75 cm y a una distancia horizontal de 25 cm desde el punto medio del agarre al punto medio entre los tobillos . En los siguientes factores se explicará detalladamente estas distancias.

Adicionalmente para esta ecuación se estipula que el peso máximo recomendado es de 23 kg; con este peso se logra proteger el 90% de la población si el encargado de la tarea es un hombre sano y capacitado; y el 75% de la población de mujeres que realicen la manipulación manual de cargas. 

Factor de distancia horizontal (HM)

25

NIOSH. Manipulación manual de cargas, ecuación NIOSH [en línea]. [citado en 201509-20].

Disponible en Internet < http://www.insht.es/MusculoEsqueleticos/Contenidos/Formacion%20divulgacion/material% 20didactico/EcuacionNIOSH.pdf>

~ 50 ~

Se conoce como la distancia que hay entre el punto medio del agarre de las manos (proyectado en el suelo) y el punto medio de la línea que une la parte internas de los huesos de los tobillos. En la figura 19 se puede visualizar lo dicho.

Tener presente que H en la figura se refiere a la distancia mencionada.

Figura 19. Distancias de manipulación de cargas

Fuente. NIOSH Después de haber identificado la distancia horizontal se debe desarrollar la ecuación (3) para obtener el factor de distancia horizontal (HM).

HM= 25/H

(3)

Es primordial tener en cuenta que para que (H) sea permitido debe estar entre el rango de los 25 cm a 63 cm; en el caso que (H) tenga un valor diferente el factor de distancia horizontal se debe asumir como: HM= 1; Cuando H es menor o igual a 25 cm.

HM=0; Cuando H es mayor o igual a 63 cm. 

Factor de altura (VM)

En este factor se debe identificar la distancia que existe entre el suelo y el punto de agarre de la carga. Este valor debe estar representado en centímetros.

Luego de haber identificado ésta distancia conocida como (V) se procede a hallar el factor de altura a partir de la ecuación (4).

VM = (1 - 0.003 I V-75 I)

(4)

~ 51 ~

Teniendo en cuenta que si el objeto a manipular se encuentra ubicado a 75 cm de altura, el valor de (VM) será igual a 1; y todo valor para (V) superior a 175 significará que (VM=0), es decir: VM= 1; Cuando V igual a 75 cm.

VM=0; Cuando V es mayor 175 cm.



Factor de desplazamiento vertical (DM)

Para hallar este factor es necesario conocer la diferencia en centímetros de altura entre la posición inicial y final del objeto a manipular (D), para hallar esta diferencia se emplea la ecuación (5).

D= I V1-V2 I

(5)

Al haber obtenido (D) se procede a hallar el factor de desplazamiento vertical (DM), por medio de la ecuación (6).

DM= 0,82 + (4,5 / D)

(6)

Pero cuando (D) es menor a 25 cm o mayor a 175 cm, se aplicarán las siguientes condiciones para (DM).

DM= 1; Cuando D es menor a 25 cm.

DM=0; Cuando D es mayor a 175 cm.



Factor de asimetría (AM)

Si durante la manipulación manual de cargas la persona realiza giros en el tronco, se reconoce como un movimiento asimétrico. Se debe obtener la medida en ángulos de este giro del tronco, tomando como referencia el punto medio del objeto manipulado y la posición de los pies de la persona. En la figura 20 se observa lo mencionado.

~ 52 ~

Figura 20. Giros de torso

Fuente. NIOSH Después de identificar el valor del ángulo (A) se utiliza la ecuación (7) para determinar el factor de asimetría (AM). Teniendo presente que para todo ángulo mayor a 135 grados el factor de asimetría será igual a 0.

AM = 1 – (0,0032*A)

(7)

AM=0; Cuando A es mayor a 135 ° Se resalta que es necesario intentar de no realizar estos giros del tronco o disminuir al máximo, para evitar riesgos a la salud de la persona. 

Factor de frecuencia (FM)

Básicamente este cumple con el mismo objetivo que el factor de frecuencia (FF) de la ecuación INSHT, lo que varía es la tabla del cálculo para esta ecuación, ya que contiene más datos para diferentes valores de levantamiento por minuto y tiene en cuenta la altura de la carga manipulada respecto al suelo. A continuación en la tabla 7 se presenta el cálculo del factor de frecuencia mencionado.

~ 53 ~

Tabla 7. Factor de Frecuencia NIOSH

Fuente. NIOSH 

Factor de agarre (CM)

De igual manera que en la ecuación de INSHT, NIOSH considera que los tres tipos de agarre que existen son bueno, regular y malo. Pero para esta ecuación se evalúa este factor en relación con la altura del objeto desde el suelo. Por medio de la tabla 8 se logra determinar el factor de agarre y se observa la diferencia con la tabla 5 de INSHT.

~ 54 ~

Tabla 8. Factor de Agarre NIOSH FACTOR DE AGARRE (CM) Altura de la carga (V)

Tipo de agarre

V<75cm

V>=75

Bueno

1

1

Regular

0,95

1

Malo

0,9

0,9

Fuente. NIOSH Se resalta que en la ecuación de NIOSH se considera un agarre malo, cuando los objetos tengan una superficie áspera o resbalosa, si el centro de gravedad esta descentrado, si el contenido en su interior es inestable y además si para su manipulación es necesario utilizar guantes.

Ahora que ya se explicaron cada uno de los factores de la ecuación de NIOSH y la forma para calcularlos; lo que sigue es multiplicarlos entre sí de tal forma que se obtenga como resultado el límite de peso recomendado (LPR) según las condiciones de la manipulación manual de cargas. Es decir, desarrollar la ecuación (2) LPR = LC · HM · VM · DM · AM · FM · CM

(2)

Adicionalmente el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH), establece la ecuación (8) para determinar el índice de levantamiento, es decir, con esta operación se identifica el riesgo.

El índice de levantamiento (IL), permite tener una apreciación relativa del nivel de riesgo según la actividad de levantamiento manual de cargas, la forma de calcularlo es la siguiente:

Índice de levantamiento (IL)= Carga levantada ÷ Limite de Peso Recomendado (LPR) (8) NIOSH resalta que no es posible cuantificar el grado de riesgo de una manera exacta, pero si, se logra reconocer tres niveles de riesgo dependiendo el resultado obtenido del (IL), estos niveles son los siguientes:

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Si (IL < 1); es una labor con riesgo limitado: Un gran porcentaje de la población trabajadora no tendrá dificultades para realizar el levantamiento.

Si (1 < IL < 3); Es una actividad con riesgo moderado: los trabajadores podrán sufrir lesiones o dolencias al realizar la manipulación manual de cargas, este tipo de labores deben ser rediseñadas y asignarse a trabajadores hombres debidamente capacitados.

Si (IL > 3); es una labor de alto riesgo: La manipulación manual de cargas con este nivel de riesgo es perjudicial para la salud del trabajador, existe una gran posibilidad de accidentes, lesiones y dolencias. Esta actividad debe ser modificada hasta lograr disminuir el riesgo.

En resumen las ecuaciones de INSHT y NIOSH permiten hallar el peso recomendado para la manipulación de cargas según los factores influyentes de la actividad, es decir, para realizar un estudio adecuado se debe conocer las condiciones específicas de cada situación como: el desplazamiento vertical, la frecuencia de manipulación, el tipo de objeto a manipular, la dificultad o facilidad de agarre de dicho objeto, la condición de la persona (edad, genero, contextura física, experiencia), los movimientos del cuerpo mientras se realiza la manipulación. Una vez hallado cada uno de estos factores será posible resolver las ecuaciones y a su vez determinar el nivel de riesgo para el proceso de paletizado manual de bultos. En el capítulo de “identificación y evaluación de riesgos del paletizado manual” ubicado en páginas adelante se procederá al desarrollo de las ecuaciones mencionadas bajo unas circunstancias específicas.

~ 56 ~

7. ESTADO DEL ARTE

7.1 Manipulación de cargas automatizada Anteriormente se mencionó que existe más de una forma de realizar el proceso de paletizado; y a su vez estos procesos se pueden agrupar en tres grupos o tipos diferentes de paletizado: el manual, el automatizado convencional y el automatizado por celda robotica.

Es primordial para el desarrollo de este proyecto conocer las diferentes opciones de paletizado que se pueden presentar actualmente en la industria, por esto a continuación se describirá el proceso de paletizado para diferentes situaciones.

7.1.1 Paletizado automatizado (TMI)26 Técnicas Mecánicas Ilerdenses (TMI) es una empresa española encargada del diseño, fabricación y suministro de maquinaria para paletizado. Esta empresa cuenta con 15 años de experiencia desarrollando diferentes propuestas de paletizado de bultos que aportan calidad de apilado y velocidad al proceso. Las opciones que presentan para realizar el paletizado son capaces de adaptarse a diferentes dimensiones y pesos tanto del bulto como de la estiba, a diferentes velocidades de producción y a distintas distribuciones del bulto sobre la estiba. Las siguientes son unas de las propuestas para manipulación de cargas automatizada que presenta esta empresa. 

ILERPAL C27:

Es una máquina que automatiza el proceso de paletizado de bultos para alta producción, es capaz de paletizar hasta 2000 bultos por hora. La ILERPAL C tiene las siguientes características: Carga de bultos por alto; Quiere decir, que se adapta a línea de producción por medio de unas bandas trasportadoras y estas llevan los bultos a la parte alta de la máquina, esta distancia vertical debe ser superior a la altura final de la estiba ya paletizada. En la figura 21 se puede observar como la máquina realiza la carga de bultos por alto.

26

Técnicas Mecánicas Ilerdenses. Presentación [en línea]. España. [citado en 2015-0924]. Disponible en internet < http://www.tmipal.com/es/node/105> 27 Técnicas Mecánicas Ilerdenses. ILERPAL C [en línea]. España. [citado en 2015-09-24].

Disponible en internet < http://www.tmipal.com/es/content/ilerpal-c>

~ 57 ~

Figura 21. Carga de bultos por alto ILERPAL C

Fuente. TMI Ajuste previo de bultos; Hace referencia al acondicionado, empuje y giro de los bultos para asegurar un adecuada posición de estos sobre la estiba. En la figura 22 se muestra como ésta máquina acondiciona el bulto antes de paletizarlo por medio de unos rodillos, esta acción es conocida también como pisar el bulto y con esto se logra una mayor uniformidad y estabilidad del producto sobre la estiba.

Adicionalmente en la figura 23 se observa tipos de mecanismos que utilizan estas máquinas para realizar el empuje y giro de los bultos, el empuje se realiza de forma lateral sobre la banda transportadora con el fin de acomodar el bulto al extremo que corresponda de la capa. Y el giro se realiza al sujetar el bulto con mecanismo y rotarlo según la configuración de la capa de bultos.

Figura 22. Rodillo para pisar bulto ILERPAL C

Fuente. TMI

~ 58 ~

Figura 23. Giro de bultos ILERPAL C

Fuente. TMI Plataforma móvil; Esta característica permite manipular los bultos y la estiba en la que se paletizará el producto. La ILERPAL C tiene la función de variar la altura en la que se encuentra la estiba de tal forma que esta altura sea adecuada para poder recibir el producto; además se encarga de la entrega automática, el transporte de estibas vacías y la salida de estibas ya paletizada, estas acciones las realiza mediante caminos de rodillos. En figura 24 se observa la mayor parte de la maquina mencionada y además se logra interpretar el procedimiento de transporte de la plataforma o estiba, es decir, como por un extremo de la maquina se encuentra el suministro de estibas vacías, y al otro extremo se entrega la estiba ya paletizada. En la figura 24 y 25 se muestra como la maquina adecua la altura en la que se encuentra la estiba para lograr alojar la capa de bultos correctamente.

Figura 24. Movimiento de estibas ILERPAL C

Fuente. TMI

~ 59 ~

Figura 25. Variaci贸n de altura de la estiba ILERPAL C

Fuente. TMI Ajuste final de bultos; Esta caracter铆stica de la maquina permite acomodar y compactar adecuadamente los bultos por capa o piso antes de ser colocados sobre la estiba, por medio de unos actuadores conocidos como topes se da la forma adecuada a la configuraci贸n de bultos por piso, adicionalmente se realiza un planchado superior por cada capa contra la estiba a paletizar. En la figura 26 se muestra los bultos antes de esta etapa de ajuste y los topes sin accionar; en la figura 27 se observan los bultos y los topes accionados que logran organizar adecuadamente los bultos antes de alojarlos en la estiba.

Figura 26. Bultos sin ajuste final ILERPAL C

Fuente. TMI

~ 60 ~

Figura 27. Bultos con ajuste fina ILERPAL C

Fuente. TMI Compuerta de formación de capas; Esta parte de la maquina es la encargada de soportar los bultos por capa durante el proceso de ajuste final y al abrirse ésta compuerta se permite que los bultos de cada capa desciendan a la estiba. Se puede observar dos compuertas de formación de capas en la figura 26, estas están revestidas de polietileno y son de color verde en esta ocasión.

Ahora que se mencionaron y se explicaron las características de esta máquina de paletizado automatizado convencional, se describirá brevemente el funcionamiento completo de la máquina al integrar las características ya dichas.

Entonces el proceso es el siguiente: 1° La máquina recibe el material de una línea de producción por medio de unas bandas transportadoras adicionalmente estas bandas elevan el producto hasta una altura adecuada.

2° Posteriormente unos rodillos aplanan el bulto y lo impulsan a la siguiente etapa como se observa en la figura 22.

3° Ahora por medio de unos mecanismos como los que se muestra en la figuras 23 se realiza el empuje lateral y el giro del bulto si es necesario, esto se determina según una secuencia establecida previamente que permite controlar la configuración de bultos por capa.

4° Después de que el bulto ha sido girado o no según corresponda, se ingresa a una compuerta que soporta los bultos por capa o por piso y cuando la cantidad de bultos por piso este completa se accionan los topes para compactar y dar forma a la capa de bultos como se puede observar en la figura 27.

~ 61 ~

5° Paralelamente a este proceso la máquina está suministrando las estibas como se refleja en la figura 24 es decir, en un extremo de la ILERPAL C se mantiene una cantidad de estibas vacías y se van suministrando una a una, hasta una plataforma que permite levantar la estiba a la altura adecuada, con esto se logra depositar la capa de bultos que se encuentra en la plataforma superior o compuerta.

6° A medida que se va alojando las capas de bultos la estiba va descendiendo hasta alcanzar el número de pisos definidos.

7° Por medio de un camino de rodillos se desplaza a la estiba ya paletizada para que posteriormente sea retirada.

8° Finalmente inicia de nuevo el ciclo descrito.

La empresa TMI28 menciona que la ILERPAL C puede ser empleada en aplicaciones de paletizado para: semillas, premezclas, cereales, PVC, fertilizantes, sal, neumático triturado, azúcar, harinas, leche en polvo, entre otras.

Adicionalmente este proceso se realiza con los siguientes beneficios: acabado perfecto de la estiba paletizada; trabajo suave, silencioso y preciso; rigidez del conjunto paletizado; rapidez en el proceso. 

ILERPAL H29:

Esta es otra solución automatiza para el proceso de paletizado de bultos presentado por la empresa TMI, tiene una gran similitud a la mencionada anteriormente (ILERPAL C) aunque cambian algunos aspectos y funcionamientos los cuales son: La ILERPAL H es un paletizador tipo hibrido ya que utiliza una pinza robotica que ejecuta movimientos en los planos cartesianos X y Y para la acomodación de los bultos, otra diferencia de ésta máquina con respecto al anterior es que no realiza la carga de producto por alto; adicionalmente esta máquina es capaz de paletizar 1000 bultos por hora.

Esta máquina no utiliza bandas transportadoras para elevar el bulto a la altura adecuada, en cambio utiliza un sistema mecánico conocido como elevador el cual se observar en la figura 28, este mecanismo recibe el bulto de una banda transportadora; lo soporta y traslada verticalmente a una altura predefinida en la figura 28 se puede visualizar respectivamente lo mencionado.

28

Técnicas Mecánicas Ilerdenses. ILERPAL C [en línea]. España. [citado en 2015-09-24].

Disponible en internet < http://www.tmipal.com/es/content/ilerpal-c> 29 Técnicas Mecánicas Ilerdenses. ILERPAL H [en línea]. España. [citado en 2015-09-24].

Disponible en internet < http://www.tmipal.com/es/content/ilerpal-h>

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Figura 28. Elevador recogiendo y subiendo bulto ILERPAL H

Fuente. YouTube ILERPAL H Cuando el bulto se encuentra a la altura deseada y soportado por el elevador, una pinza robotica como la de la figura 29 se encarga de sujetarlo y por medio de movimientos en el plano cartesiano X y Y, se dirige hasta las coordenadas donde lo debe acomodar seg煤n corresponda en la capa de bultos. Esta pinza deposita el bulto sobre las compuertas de formaci贸n de capas. El proceso dicho se puede visualizar en la figura 30.

Figura 29. Pinza robotica ILERPAL H

Fuente. YouTube ILERPAL H

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Figura 30. Pinza recogiendo y dejando bulto ILERPAL H

Fuente. YouTube ILERPAL H Los procedimientos de: entrada, elevación y salida de estiba, ajuste final de bultos (los topes que compactan y acomodan las capas de bultos), las compuertas que soportan y permiten el paso de las capas a las estibas; se realizan de la misma manera que para la maquina ILERPAL C, se considera que no es necesario volver a explicarlos.

Es decir, que esta máquina hibrida realiza el siguiente proceso: 1° Recibe el bulto por medio de unas bandas transportadoras que se mantienen horizontalmente, hasta llegar a una banda Pick-up (banda transportadora de recolección de producto).

2° Entonces el elevador mencionado recoge el bulto y lo lleva a la altura definida.

3° Cuando el bulto se encuentra en esta altura una pinza robotizada se en carga de sujetarlo, transportarlo y depositarlo en las compuertas de formación de capas.

4° Paralelamente el elevador desciende a recoger un nuevo bulto.

5° Una vez se halla repetido este proceso las veces necesarias para completar la capa o piso de bultos y las estibas estén en la posición adecuada (el mismo procedimiento de ILERPAL C), se procede a realizar el ajuste final de bultos por capa con los topes que dan forma a la capa 6° Posteriormente se abren las compuertas de formación de bultos, y así la capa se acomoda correctamente sobre la estiba.

7° La plataforma que soporta los pallets desciende dando paso para la siguiente capa.

8° Una vez se complete toda la carga paletizada la estiba se retira automáticamente por medio del camino de rodillos.

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La estructura del paletizador ILERPAL H se puede visualizar en la figura 31.

Figura 31. ILERPAL H

Fuente. TMI Según TMI30 este paletizador puede ser empleado para las mismas aplicaciones mencionadas en la ILERPAL C, también cuenta con los mismos beneficios con excepción de que está tiene una productividad menor al realizar 1000 bultos por hora, pero con la ventaja de que ocupa un espacio menor.



ILERPAL P31

Esta es la tercera solución que presenta la empresa TMI y consiste de un paletizador cartesiano con una pinza robotizada. Y es capaz de paletizar 400 bultos por hora.

Este tipo de máquina por su diseño tiende a ser un tipo de paletizado automatizado por celda robotica, ya que sé que emplea un robot cartesiano para sujetar, transportar y depositar el producto, adicionalmente es una máquina de un tamaño mucho más reducido que las dos anteriores, en este diseño de paletizado no se realiza la carga de producto por alto y la estiba mantiene una altura fija durante el proceso.

30

Técnicas Mecánicas Ilerdenses. ILERPAL H [en línea]. España. [citado en 2015-09-24].

Disponible en internet < http://www.tmipal.com/es/content/ilerpal-h> 31 Técnicas Mecánicas Ilerdenses. ILERPAL P [en línea]. España. [citado en 2015-09-24].

Disponible en internet < http://www.tmipal.com/es/content/ilerpal-p>

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De lo anterior se entiende que los cambios realizados en este diseño son significativos, se explicarán a continuación las características y procesos que realiza esta máquina, ya que son diferentes a los paletizadores mencionados.

La ILERPAL P recibe el producto por medio de una banda trasportadora que se mantiene horizontal, cuando el producto se encuentra en la banda de recolección es recogido por el manipulador robótico cartesiano, que cuenta con un efector final diseñado para sujetar y soltar bultos. La diferencia principal de esta máquina con la hibrida (ILERPAL H) es que un solo mecanismo es encargado de sujetar directamente de la banda pick-up, transportar y depositar el bulto, es decir, esta vez la pinza robótica realiza los movimientos en el plano cartesiano de X, Y y Z. A continuación en la figura 32 es posible identificar el manipulador cartesiano y la pinza de la máquina ILERPAL P. Figura 32. Manipulador cartesiano y pinza robotica ILERPAL P

Fuente. TMI Este tipo de paletizador no requiere variar la altura de la estiba durante el proceso ya que el manipulador se encarga de depositar los bultos según la altura correspondiente, y tampoco cuenta de un sistema independiente al manipulador y la pinza robotica para realizar giros ni empujes laterales del bulto, adicionalmente los bultos son acomodados directamente sobre la estiba o el bulto de la capa anterior, es decir, ya no existen compuertas para la formación de capas o piso de bultos.

A continuación se resume el proceso de paletizado que realiza esta celda robotica: 1° El bulto es recogido sobre las bandas transportadoras en la parte baja de la celda robotica

~ 66 ~

2° Un manipulador cartesiano y una pinza se encargan de manipular la carga, quiere decir, cuando el robot está en la parte superior de la celda y perpendicular al bulto a recoger, se abre la pinza y el manipulador desciende.

3° Cuando el manipulador está en la posición adecuada sobre el bulto cierra la pinza sujetando el bulto y comienza a ascender moviéndose en Z. 4° Al llegar a la altura correspondiente se mueve en X y Y en el plano cartesiano, hasta las coordenadas predefinidas para depositar el bulto sobre la estiba; se resalta que este manipulador también se encarga de realizar el giro de los bultos para lograr la configuración adecuada por capa.

5° Cuando está en el punto predefinido abre la pinza depositando el bulto, y repite nuevamente el ciclo hasta completar la estiba paletizada.

6° La estiba se retira automáticamente por medio del camino de rodillos, dando paso a un nuevo ciclo de paletizado.

Este tipo de paletizadores tiene la ventaja de que requiere una menor presupuesto y por esto mismo es más fácil recuperar la inversión, además ocupa un espacio mucho menor que las dos otras máquinas (ILERPAL C y ILERPARL H), claro está la cantidad de bultos por hora que paletiza es muy inferior. Se puede visualizar la estructura de la ILERPAL P en la figura 33 Figura 33. ILERPAL P

Fuente. TMI

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

ILERPAL R32

El ultimo diseño que presenta TMI, es netamente para un proceso de paletizado por celda robotica, en cual se emplea como elemento principal a un robot antropomórfico de 4 ejes que es capaz de paletizar hasta 800 bultos en una hora.

Esté paletizador es similar al anterior (ILERPAL P), básicamente lo que cambia es el tipo de manipulador robótico, ya que pasa de ser de uno con arquitectura cartesiana a un robot de arquitectura angular o antropomórfica.

Al cambiar a un robot angular se logra obtener beneficios como: el producto puede ser recogido de una banda transportadora a una altura alta, media o baja; uno de los beneficios más importantes a considerar es que esté diseño permite realizar el paletizado en varias líneas de producción simultáneamente, es decir, es multipaletización, además no ocupa gran espacio y permite una excelente flexibilidad y rapidez para cambio de referencias.

TMI menciona que para ésta solución se puede emplear manipuladores con una pinza robotica central como se observa en la figura 34 o con una pinza robotica lateral como se observa en la figura 35. Según se prefiera o los requerimientos de la situación.

Figura 34. Pinza central ILERPAL R

Fuente. TMI

32

Técnicas Mecánicas Ilerdenses. ILERPAL R [en línea]. España. [citado en 2015-09-24].

Disponible en internet < http://www.tmipal.com/es/content/ilerpal-r>

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Figura 35. Pinza lateral ILERPAL R

Fuente. TMI

El proceso que realiza éste paletizador es: 1° El producto llega a una banda transportadora pick-up puede ser a una altura baja, media o alta.

2° El manipulador robótico se dirige a la banda transportadora.

3° En un punto de proximidad se abre la pinza, es decir, una coordenada cercana al bulto que va recoger.

4° Se ubica encima del producto y cierra la pinza sujetándolo.

5° Se desplaza hasta la coordenada para depositar el bulto y lo suelta según corresponda en la estiba.

6° Repite sucesivamente este procedimiento hasta completar la estiba paletizada.

7° Posteriormente esta estiba es retirada dando la posibilidad de iniciar un nuevo ciclo de paletizado.

La figura 36 permite visualizar dos ILERPAL R durante el proceso de paletizado automatizado por celda robotica.

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Figura 36. ILERPAL R

Fuente. TMI

7.1.2 Paletizado automatizado de cajas multi-referencia (ROBOTEC)33 Robotec34 es una empresa chilena con más de10 años de experiencia en el mercado ofreciendo productos y servicios para la automatización de procesos productivos, adicionalmente es representante de la marca KUKA ROBOTER. La empresa Robotec diseño e implemento una celda de paletizado automatizado de cajas. Este paletizador automatizado es uno de los más destacados que ha implementado, ya que es capaz de paletizar 8 referencias de cajas distintas. Los principales elementos que integran la celda son: o 2 brazos robóticos KUKA KR 180 PA; como el que se observa en la figura 37, éstos brazos roboticos son los encargados de la manipulación automatizada de cargas.

33

Robotec. Celdas de paletizado [en línea]. Chile. [citado en 2015-09-24]. Disponible en internet < http://www.robotec.cl/celdas_paletizado.php> 34 Robotec. Empresa [en línea]. Chile. [citado en 2015-09-24]. Disponible en internet < http://www.robotec.cl/empresa.php#2>

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Figura 37. Manipulador angula KUKA

Fuente. Logismarket o 2 grippers; operados por ventosas de vacío, para paletizado de cajas.

Adicionalmente ambos gripper cuentas con 4 dedos cada uno diseñados para el agarre de estibas vacías. Así como se observa en las figuras 38 y 39 Figura 38. Gripper con ventosas de vacío

Fuente. ABB

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Figura 39. Gripper agarrando estiba

Fuente. Errece. o 1 banda transportadora; que alimenta las celdas con la 8 referencias de cajas, tal y como se observa en la figura 40.

Figura 40. Banda de alimentaci贸n de cajas ROBOTEC

Fuente. YouTube Robotec paletizado

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o 8 Giradores de cajas con sus respectivos topes; Estos son unos mecanismos ubicados en la parte inferior de la banda transportadora que alimenta con cajas la celda robotica; los giradores por medio de unos topes consigue detener la caja seleccionada en una parte determina de la banda de alimentación y cambiar su sentido de movimiento a 90° y finalmente la impulsa hacia otra sección en este caso a una nueva banda transportadora.

Este tipo de mecanismos se puede observar en la figura 41 Figura 41. Girador de cajas Robotec

Fuente. Robotec o 16 bandas transportadoras para recolección y entrega de producto; Estas bandas son utilizadas en la celda robotica para lograr distribuir cada caja por referencia, es decir, los manipuladores robóticos recogen las cajas en 8 de estas bandas y en las otro 8 bandas se dispone de estibas en las cuales se paletizará las cajas por referencia. La ubicación de las bandas mencionadas se puede observar en la figura 42, Teniendo en cuenta que en la imagen las bandas para la recolección de producto por tipo de caja se encuentra encerrada en el rectángulo de color anaranjado y en rectángulo de color blanco están las bandas con estibas para ser paletizadas por referencia y entregadas automáticamente.

Figura 42. Bandas de entrada y salida de producto Robotec

Fuente. Robotec

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o Suministro automático de estibas; adicionalmente esta celda cuenta con un dosificador de estibas y unos caminos de rodillos que van por debajo de las bandas transportadoras de salida de producto, que permiten desplazar a las estibas desde el dosificador hasta una distancia media entre ambos manipuladores robóticos para que posteriormente cada manipulador recoja el pallet y lo ubique según la necesidad. En la figura 43 se puede visualizar el dosificador de estibas y la ubicación del camino de rodillos.

Figura 43. Suministro automático de estibas Robotec

Fuente. Robotec Figura 44. Paletizado de cajas Robotec

Fuente. YouTube Robotec paletizado

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A partir de la figura 44 se explicará el proceso que realiza la celda robotica para paletizar las cajas:

1° Primero este tipo de paletizador recibe todas las cajas por una banda transportadora.

2° En esta banda identifica las dimensiones y código de barras de las cajas por medio de unos sensores y lograr reconocer a que referencia pertenece cada caja.

3° Después de identificar cada caja por referencia, actúan los topes ubicados en diferentes partes de la alimentación de producto, con esto se logra detener la caja en la coordenada correcta según la referencia.

4° En el momento que la caja se encuentra sin movimiento el girador de cajas asciende entre los rodillos de la banda principal para impulsar el producto a la banda correspondiente por producto.

5° Cada banda por referencia lleva el producto hasta el final de la misma.

6° Entre los dos manipuladores y con su respectivo gripper se encargan de sujetar y posicionar cada caja en la estiba correspondiente.

7° El primer manipulador se encarga de paletizar 4 referencias, y el segundo manipulador se encarga de paletizar las siguientes 4 referencias de cajas.

8° Adicionalmente cada manipulador se encarga de posicionar las estibas vacías en cada una de las bandas de salida de producto para que posteriormente sean paletizadas por referencia de caja.

9° Cuando la estiba está completa, automáticamente se desplaza por las bandas transportadoras de salida de producto, y se retira para su almacenamiento o transporte.

7.1.3 Paletizado automatizado (PTC) Premier Tech Chronos (PTC)35 es una multinacional que fabrica maquinaria para empaques, sus instalaciones se distribuyen en países como Estados Unidos, Canadá, Italia, Alemania, Francia, China, Tailandia, Vietnam. Ésta empresa es una de las más grandes del mundo y es ampliamente conocida en la industria de empaques flexibles y rígidos, entre su amplio catálogo de maquinaria cuenta con paletizadores tipo convencional y robotizadas.

35

Premier Tech Chronos. Presencia mundial [en línea].2013 [citado en 2015-09-25].

Disponible en internet < http://www.ptchronos.com/es-mx/ >

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

Paletizador automatizado. Lopal.36

Este tipo de paletizador llamado Lopal está diseñado para aplicaciones en las que la carga llega a nivel de piso. Y es capaz de paletizar hasta 35 cajas por minuto teniendo en cuenta que este dato puede variar según el tamaño del producto y la configuración por capa. En la figura 45 se muestra el paletizador Lopal.

Figura 45. Paletizador LOPAL PTC

Fuente. Premier Tech Chronos Los beneficios de este paletizador son: es de instalación simple y rápida; su mantenimiento se facilita, consecuente a que la manipulación de cargas las realiza a nivel de piso; no ocupa gran espacio.

Este paletizador es de práctico funcionamiento y se describe de la siguiente manera: 1° La estiba vacía es depositada con ayudas mecánicas (montacargas o gatos hidráulicos).

2° Una banda transportadora a nivel de piso y que se mantiene horizontalmente, recibe el producto.

3° Un actuador golpea al producto suavemente para lograr que se gire 90° si es necesario. Así como se observa en la figura 46.

36

Premier Tech Chronos. Lopal paletizador de bajo nivel [en línea].2013 [citado en 201509-25]. Disponible en internet < http://www.ptchronos.com/es-mx/productos/paletizadoresde-bajo-nivel/lopal-paletizador-bajo-nivel/>

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Figura 46. Actuador de giro de cajas LOPAL PTC

Fuente. Premier Tech Chronos 4° Después de que la caja se gire o no según se requiera, se transporta el producto automáticamente a la sección de empuje lateral.

5° El mecanismo de empuje lateral desplaza las cajas de a grupos a una plataforma. Tal y como se muestra en la figura 47.

Figura 47. Mecanismo de empuje de cajas LOPAL PTC

Fuente. Premier Tech Chronos 6° Al completar toda la capa de productos según la configuración predetermina, la plataforma se eleva, soportando toda la capa de cajas.

7° Posteriormente la plataforma se ubica a la altura adecuada sobre la estiba a paletizar. En la figura 48 se puede visualizar este proceso.

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Figura 48. Plataforma por capa LOPAL PTC

Fuente. Premier Tech Chronos 8° La plataforma por medio de una compuerta deja caer cuidadosamente y en el lugar exacto las cajas sobre la estiba.

9° Luego la plataforma regresa a su posición inicial, para recibir nuevamente las cajas.

10° Se repite el proceso hasta completar todas las capas de la estiba paletizada.

11° Finalmente se retira la estiba por ayudas mecánicas.

En resumen, por medio de este capítulo se logró demostrar que existe más de una forma de automatizar el proceso de paletizado, se resalta que se consultaron más tipos de automatización que no se incluyeron en la información anterior, puesto que eran maquinas similares a las ya mencionadas y se desea evitar la redundancia en el tema, por ejemplo: el paletizado automatizado de la serie AP440 de Premier Tech Chronos se relaciona a la ILERPAL C y la máquina de la serie compacta AC es equivalente a las ILERPAL P. Adicionalmente se concluyó que según la tecnología que se emplee se logrará obtener diferentes beneficios, sin embargo todas las maquinas mencionadas aseguran calidad del proceso de paletizado. Es decir:   

Las maquinas convencionales son las más veloces, pero las que mayor espacio ocupan.

Las automatizaciones de paletizado con robots cartesianos ocupan menor espacio, pero son las más lentas.

Las que incluyen los robots angulares son capaces de paletizar simultáneamente más de una referencia, manejan velocidades medias y altas y ocupan menor espacio que las convencionales.

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8. IDENTIFICACION Y EVALUACION DE RIESGOS DEL PALETIZADO MANUAL

Actualmente en múltiples empresas se realiza el proceso de paletizado de forma manual, quiere decir que es realizado por trabajadores, los cuales se encargan durante toda su jornada laboral de realizar la manipulación manual de cargas (levantamiento, descenso, transporte, empuje y arrastre) comúnmente de objetos como bultos, cajas, galones, bandejas y tarros.

Para lograr identificar adecuadamente los efectos que conlleva realizar el proceso de paletizado manual, se debe tener en cuenta que cualquier tipo de paletizado requiere realizar movimientos repetitivos durante periodos prolongados, entonces cuando se hace de forma manual, el operario deberá realizar varias veces durante el día la misma secuencia de movimientos para paletizar el producto.

Adicionalmente se debe conocer los factores ligados a este proceso como lo son: la carga a manipular, el espacio de trabajo, las condiciones de la persona y otros factores que se mencionaron detalladamente en el marco teórico. Dependiendo éstas condiciones o factores el paletizado manual implica un mayor o menor esfuerzo para el trabajador, dando como resultado unos riesgos específicos para la persona, el producto y la empresa.

En este proyecto se analizará específicamente los riesgos durante el proceso de paletizado manual de bultos que contienen fertilizantes. Entonces en primera instancia se debe conocer la carga a manipular, es decir, el bulto de fertilizante; con el fin de identificar la carga se aplicó un método de observación, del que se obtuvo datos como el producto fertilizante más utilizado, la presentación de venta o peso más común del producto.

La figura 49 presenta la encuesta realizada, donde se tomó el muestro de 80 productos de fertilizantes distribuidos en bultos de diferentes referencias, estos datos se obtuvieron con la ayuda de información suministrada en catálogos virtuales de varios distribuidores de bultos de fertilizantes.

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Figura 49. Bultos de fertilizante.

BULTOS DE FERTILIZANTES 60

56

55

Cantidad de bultos

50 45 40 35 30 25 18

20

15 10 5

1

4

1

0 8 kg

20 kg

25 kg

46 kg

50 kg

Presentación a la venta de bultos Fuente. El autor A partir de los datos suministrados en la figura 49 se obtiene el promedio y la moda del peso de los bultos de fertilizante.

Peso promedio para bultos de fertilizante: 42.3 kg Presentación de venta más común para bultos de fertilizante: 50 kg Se resalta que los fertilizantes son utilizados a nivel mundial y por esto los datos suministrados contienen información de distribuidores tanto nacionales como internacionales y con el propósito de entender que este proyecto es una oportunidad de contribuir con el desarrollo sostenible regional, rural y a nivel nacional al abrir las puertas a un mercado internacional de fertilizantes.

Adicionalmente se determinó que los fertilizantes más comunes son el NPK 15-1515 y el Urea, según la encuesta realizada. En las figuras 50 y 51 se observa la cantidad de bultos por referencia para los dos fertilizantes más comunes.

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Figura 50. Bultos NPK 15-15-15

Cantidad De Bultos

NPK 15-15-15 8 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

1

20kg

50kg Peso Del Bulto

Fuente. El autor Figura 51. Bultos Urea

Cantidad De Bultos

UREA

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

7

1

25kg

50kg

Peso Del Bulto

Fuente. El autor Interpretando el muestreo y las figuras 49, 50 y 51 sobre los fertilizantes en bultos, se obtiene a la siguiente información.    

La mayoría de distribuidores tiene a la venta los bultos de fertilizante en la presentación de 50 kg Los fertilizantes más frecuentes según el estudio realizado, son el Urea y los de compuesto NPK 15-15-15 [(N) Nitrógeno, (P) Fosforo y (K) Potasio].

El Urea y el NPK 15-15-15 habitualmente se distribuye en la referencia de 50 kg.

La presentación de bultos de 25 kg es la segunda referencia más común cuanto al peso de distribución del producto.

Teniendo en cuenta que los fertilizantes más frecuentes son el Urea de 50 kg y los NPK 15-15-15 de 50 kg, se procedió a tomar las dimensiones de cada uno de estos productos. En la tabla 9 se puede observar las dimensiones para estos dos bultos y las medidas promedio entre ambas.

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Tabla 9. Dimensiones de bultos 50 kg.

DIMENSIONES DE BULTOS PESO (kg)

ANCHO (cm)

LARGO (cm)

ALTO (cm)

AREA (m2)

Volumen (m3)

Urea

50

52

78

15

0,41

0,061

NPK 15-15-15

50

50

73

14

0,37

0,051

51

75,5

14,5

0,39

0,056

PRODUCTO

Promedio de las dimensiones para bultos de 50 kg Fuente. El autor

8.1 Factores de manipulación de cargas para paletizado de bultos Ahora que ya se ha identificado la carga para el proceso de paletizado de bultos y recordando la información incluida en el marco teórico sobre los factores que pueden aumentar el riesgo para el trabajador en la manipulación manual de cargas. Se procederá a analizar los cuatro principalmente factores los cuales son: la carga (el bulto de fertilizante de 25 y 50 kg), la tarea (paletizar), el entorno y las personas (los trabajadores). Los cuales se especifican a continuación. 

La carga

o El bulto es demasiado pesado; las dos referencias más comunes de los bultos (25kg y 50 kg) por sus pesos, es decir, son cargas que dificultan su manipulación. o Demasiado grande; Teniendo en cuenta las dimensión de los bultos de 50 kg suministradas en la tabla 9, se entiende que el objeto es demasiado grande para manipular por una persona ya que tiene medidas de (51 cm x 75.5 cm x 14.5 cm), y esto dificulta el cumplimiento de las instrucciones básicas de transporte y levantamiento. o Difícil de agarrar; En el caso específico de los bultos son cargas que no cuentan con un buen agarre ya que no tienen ningún tipo de manija, orificio u otro elemento que facilite al trabajador sujetar el producto. Adicionalmente los bultos normalmente tienen superficies resbalosas que dificultan el agarre. La figura 52 logra demostrar la dificultad de agarre, es decir, el bulto por sus dimensiones requiere que sea sujetado de los extremos y por el producto que contiene no es posible que la mano forme un ángulo de 90° para asegurar un mejor agarre.

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Figura 52. Agarre de bulto

Fuente. El autor. o Descompensada o inestable: Las presentaciones típicas de los productos para tratamiento de cultivos es en polvo o granulados, esto implica que el material dentro del bulto se pueda mover con una mayor facilidad, quiere decir, que dependiendo la posición del empaque la carga varia su centro de gravedad entonces el bulto pude ser inestable y descompensado. Para demostrar lo anterior se utiliza la figura 53 donde se puede observar que los bultos no son cargas estables y que la concentración del peso varía según sea manipulado, adicionalmente en ésta figura nuevamente se demuestra la dificultad de agarre del producto.

Figura 53. Carga descompensada (Bulto)

Fuente. El autor. o Difícil de alcanzar y depositar; Este aspecto variar según las condiciones específicas en las que se realiza el paletizado manual, es decir, dependiendo las la altura y lo ancho que tenga la banda transportadora donde se recibe el producto, y depende también de las dimensiones de la estiba y la altura en la que se deba depositar el bulto puede implicar un

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mayor o menor esfuerzo y riesgo. Tomando de ejemplo la figura 54 se observa que es necesario de un sobre esfuerzo para manipular una carga a una altura cercana al pecho de las personas.

Figura 54. Bulto levantado por dos personas

Fuente. El autor.

ď&#x201A;ˇ

La tarea

o Se entiende que el proceso de paletizado implica realizar movimientos repetitivos, rutinarios, por tiempos prolongados y con frecuencia, lo que quiere decir, cuando el proceso de paletizado es realizado por trabajadores durante la mayor parte de sus jornadas laborales, se clasifica como una actividad agotadora y ese cansancio del trabajador puede llegar a ocasionar lesiones y accidentes. o Si se realiza adoptando posturas o movimientos forzados e incorrectos; Durante el proceso de paletizado manual el trabajador es el responsable de realizar los movimientos adecuados para disminuir los riesgos de una lesiĂłn, entonces, existe la posibilidad que el trabajador durante el proceso de paletizado realice movimiento como inclinar o torcer el tronco, levantar los brazos, girar las muĂąecas o realizar estiramientos excesivos. Lo que implicarĂĄ un aumento del riesgo de la actividad.

~ 84 ~



El entorno

Es una de las condiciones para lograr identificar adecuadamente los riesgos, aunque para el desarrollo de esta monografía no se enfatizará en las condiciones del entorno, ya que estas pueden variar fácilmente según la empresa en la que se realice el procedimiento de paletizado. Pero sí en el ambiente y espacio de trabajo se presenta una o más de las siguientes situaciones el riesgo en la manipulación manual aumenta. o Un espacio inadecuado para ejecutar el paletizado; por ejemplo si la estiba se encuentra demasiado cerca o lejos respecto al lugar donde se recoge el bulto. Es decir, en la caso de que la estiba este demasiado cerca dificulta la movilidad y manipulación del bulto, puede llegar a ocasionar una accidente al chocar contra otra producto, la estiba u otro objeto cercano; y en el caso que la estiba se encuentre demasiado lejos implicará para el trabajador un mayor esfuerzo, por lo que se debe trasladar la carga por una mayor distancia, el simple hecho de variar la estiba unos cuantos centímetros puede afectar el proceso, ya que el trabajador debe realizar el mismo recorrido una gran cantidad de veces durante el día y esos centímetros aumentados fácilmente se convertirán en metros de recorrido diarios. o Una superficie desigual, inestable o resbaladiza aumenta el riesgo de accidente; Por esta condición son una infinidad de accidentes o lesiones que pueden ocurrir, ejemplo una superficie inadecuada puede ocasionar que el trabajador se resbale y sufra un accidente, una superficie inclinada puede provocar que un bulto se caiga de la estiba lastimando a algún trabajador cercano o provocando el derramamiento del producto y su perdida. o La temperatura; Cuando la actividad de paletizado manual de bultos se realiza a una temperatura elevada provoca que el trabajador sude y esto implicará que el agarre del bulto se dificulte, teniendo presente que éste producto hasta en temperaturas adecuadas tienen un agarre complicado.

Además temperaturas elevadas agotan rápidamente al trabajador. 

Las personas

Anteriormente se había mencionado que el proceso de paletizado manual limita a cierto tipo de personas para su ejecución, adicionalmente es importante conocer cuáles son las características concernientes al trabajador que pueden aumentar el riesgo al realizar las actividades de manipulación manual de cargas. Por ejemplo: o La falta de experiencia; Cuando un trabajador no tiene suficiente conocimiento y experiencia en el proceso de paletizado manual y la forma en la que debe realizar los movimiento para levantamiento de cargas, se aumenta el riesgo de lesiones o accidentes igualmente la calidad de la estiba paletizada puede verse afectada.

~ 85 ~

o La edad; Retomando la información suministrada en la figura 12, donde se observa que para la manipulación de cargas el peso recomendado varía según la edad y género de la persona que realice el paletizado manual, esto quiere decir, que para la manipulación de bultos de fertilizantes de 25 y 50 kg el riesgo puede aumentar dependiendo la edad y género de la persona que realice el paletizado de este producto. o Para esta monografía no se especificará las condiciones relacionadas al trabajador de complexión física, historial médico, y el porte de elementos de seguridad industrial, ya que son características muy específicas de cada persona y se extralimita del alcance del proyecto. Pero se resalta que sí se desea realizar el estudio en una situación específica de paletizado manual es conveniente analizar detalladamente las características mencionadas para lograr evaluar el riesgo.

8.2 Consideraciones para resolver ecuaciones de INSHT y NIOSH Los factores mencionados anteriormente son los más generales en cuanto el proceso de paletizado manual y se entiende que si se presenta uno o varios de esas condiciones el riesgo aumenta. Con el propósito de ser mucho más exacto cuanto a la evaluación de los riesgos y con factores más específicos para el proceso de paletizado se empleará las ecuaciones mencionadas en el marco teórico (INSHT y NIOSH).

Antes de empezar con el desarrollo de éstas ecuaciones para determinar el peso aceptable de levantamiento, se presenta las siguientes consideraciones. 

El peso máximo para manipulación de cargas permitido es de 25 kg para hombres y de 15 kg para mujeres en condiciones ideales. Este peso se determinó de los valores más repetitivos de la tabla 10, dicha tabla se obtuvo de diferentes fuentes.

~ 86 ~

Tabla 10. Máximo peso recomendado distintas fuentes Máximo Peso Recomendado Para Manipulación Manual De Cargas HOMBRES MUJERES FUENTE DE INFORMACIÓN

PESO RECOMENDADO (kg)

Ministerio de Trabajo y Seguridad Social

25

12,5

ARL SURA

25

15

Salud Ocupacional Universidad del Valle

25

12,5

Agencia Europea para la Seguridad y la Salud en el Trabajo

20 - 25

Portal de la seguridad, la prevención y la salud ocupacional de Chile

25

15

Fondo de riesgos laborales

23

10,5

Consejo Colombiano de Seguridad

25

15

Norma sobre manipulación manual de cargas universidad de Cantabria

25

15

Universidad de Valencia

25

15

Universidad de Málaga

25

15

Ministerio de Trabajo y Promoción del Empleo de Perú

25

12,5

Fuente. El autor 



Es lógico entonces que una sola persona no deberá bajo ninguna circunstancia manipular los bultos con fertilizantes de 50 kg. Por esto para el desarrollo de las ecuaciones se entenderá que la carga se reparte entre dos personas, suponiendo que cada persona deberá manipular exactamente el mismo peso es decir, 25 kg cada persona.

Mediante un estudio práctico se determinaron los tiempos aproximados de paletizado manual de bultos de 50kg, realizado con dos personas, a una distancia de 1,20 metros entre la estiba y el lugar donde se recoge el producto. Los tiempos presentados en la tabla 11 tienen la finalidad de tener una aproximación de situaciones reales de paletizado manual y determinar adecuadamente el factor de frecuencia para la ecuación de INSHT Y NIOSH.

~ 87 ~

Tabla 11. Tiempos de paletizado manual de bultos de 50 kg

Fuente. El autor Nota: Se aclara que estos tiempos pueden variar dependiendo de la situación a analizar, adicionalmente para obtener valores más precisos de debe realizar una observación más extensa y detallada donde se evalué los tiempos de paletizado manual durante el trascurso del día, en diferentes días y realizado por diferentes trabajadores.



Tipo de agarre:

Figura 55. Agarre bulto de 50 kg

Fuente. El autor

~ 88 ~

Figura 56. Agarre (2) bulto de 50 kg

Fuente. El autor El tipo de agarre para los bultos de fertilizante de 50 kg, en el proceso de paletizado se considera como un agarre malo para efectos de desarrollo de las ecuaciones de INSHT y NIOSH. Así como se observa en las figuras 55 y 56 los bultos son cargas inestables, descompensadas y resbaladizos; sin orificios, ni manijas u otro elemento que permita sujetar la carga; no permiten ser agarrado formando un ángulo de 90° en la mano. Entonces según lo anterior y las definiciones mencionadas de los tipos de agarre en el marco teórico, se sustenta que el tipo de agarre para los bultos es un agarre malo. 

Altura de recolección de producto Como es de entenderse para lograr realizar el paletizado manual, es necesario recoger el producto a una altura adecuada, pero esta altura varía en diferentes procesos de paletizado, ya que las bandas trasportadoras frecuentemente son construidas bajo requerimientos del cliente y son diseñadas con sistemas que permite variar la altura en centímetros. Por lo anterior se decidió realizar un muestreo de diferentes fuentes electrónicas, para determina la distancia que hay entre el suelo y diferentes bandas trasportadoras, con el fin de obtener una altura aproximada para la recolección de producto y tomar este valor como predeterminado para el desarrollo de las ecuaciones de INSHT y NIOSH. En la tabla 12 y figura 57 se visualiza el muestreo mencionado.

~ 89 ~

Tabla 12. Altura de bandas transportadoras ALTURA BANDAS TRANSPORTADORAS # De Banda Transportadora 1 2 3 4 5 6 7 8 9

ALTURA (cm)

Fuente de Información MercadoLibre - Banda transportadora de rodillos Bega - Banda transportadora horizontal para sacos Solo Stocks - Cinta transportadora modular Solo Stocks - Transportador charnela Solo Stocks - Cinta transportadora extensible Solo Stocks - Cintas industriales de banda Solo Stocks - Camino de rodillos 3 metros Solo Stocks - Cinta transportadora Solo Stocks - Camino de rodillos Optimun PROMEDIO DE ALTURA

75 40 100 80 75 74 80 100 80 78,22 cm

Fuente. El autor Figura 57. Altura de bandas transportadoras

ALTURA EN CM

ALT U R A D E B AN D AS T R AN S P O R TAD O R AS 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

Fuente. El autor 

Altura de destino de producto: En todo proceso de paletizado manual la altura de destino del producto varía con frecuencia, dependiendo la altura del producto, la altura de la estiba y la capa de producto a paletizar. Para desarrollar adecuadamente las ecuaciones se tomará como referencia una altura de 14.5 cm de la

~ 90 ~

estiba, según lo que se mencionó anteriormente de la altura estipulada para la estiba estándar. Adicionalmente según la tabla 9 se conoce que la altura promedio de los bultos de 50 kg es de 14.5 cm, lógicamente la altura de capa de bultos a paletizar varia de a 14.5 cm consecutivamente. En la figura 58 se observa lo mencionado para un ejemplo de una estiba paletizada con 9 capas de bultos.

Figura 58. Altura por capa de estiba paletiza con bultos de 50 kg

Fuente. El autor

Teniendo claro los parámetros anteriores se procederá a desarrollar las ecuaciones de INSHT y NIOSH con esos valores.

8.3 Ecuación de INSHT para paletizado manual de bultos Retomando la ecuación (1) se conoce que estos son los parámetros a tener presente para lograr determinar el peso aceptable de la carga.

PA= PT · FC · FG · FA · FF

(1)

PA: Peso Aceptable PT: Peso Teórico FC: Factor de Corrección FG: Factor de Giro FA: Factor de Agarre FF: Factor de Frecuencia

~ 91 ~



Peso Teórico (PT): En este caso se obtiene el peso teórico a partir del peso máximo recomendado del bulto en condiciones ideales para hombres de 21 a 35 años de edad debidamente capacitados.

PT = 25 kg



Factor de Corrección (FC) : Se obtiene a partir del desplazamiento vertical, es decir, la diferencia que existe entre la altura de origen donde se levanta el bulto y la altura donde se deposita el bulto.

La altura de origen siempre será la misma que la altura de la banda transportadora, según la tabla 12 se entiende que esta distancia será de 78 cm. Y la altura de destino dependerá de la capa de bultos a paletizar, es decir, las que se muestran en la tabla 13.

Tabla 13. Altura de destino de bulto ALTURA DE DESTINO DEL BULTO Altura Nivel de la respecto al estiba suelo paletizada (cm) Estiba 14,5 Capa 1 29 Capa 2 43,5 Capa 3 58 Capa 4 72,5 Capa 5 87 Capa 6 101,5 Capa 7 116 Capa 8 130,5 Capa 9 145

Fuente. El autor Entonces para este caso de paletizado manual existirán 9 desplazamientos de altura. Este desplazamiento se determina de la ecuación (5) (D= |V1V2|). Una vez hallado el desplazamiento vertical para cada caso, por medio de la tabla 3 se identifica el factor de corrección (FC).

~ 92 ~

Tabla 14. Factor de corrección por capa, paletizado de bultos

FACTOR DE CORRECCION (FC) POR CAPA # de Capa Altura de Altura de Desplazamiento Factor de a Origen Destino Vertical D Corrección Paletizar V1 (cm) V2 (cm) (cm) (FC) 1 2 3 4 5 6 7 8 9

78 78 78 78 78 78 78 78 78

14,5 29 43,5 58 72,5 87 101,5 116 130,5

63,5 49 34,5 20 5,5 9 23,5 38 52,5

0,87 0,91 0,91 1 1 1 1 0,91 0,87

Fuente. El autor En la tabla 14 se puede observar el factor de corrección para cada capa de bultos de fertilizante a paletizar. 

Factor de Giro (FG): Para este proceso de paletizado manual se asumirán los tres factores de giro (FG) de la ecuación INSHT mencionados en la tabla 4, ya que puede variar según los movimientos que realice el operario y dependiendo la posición del bulto en la banda transportadora y en la estiba. Es decir: FG 1 = 0,9 FG 2 = 0,8 FG 3 = 0,7



Factor de Agarre (FA): Según lo mencionado anteriormente en la paginas 47, 83, 84, 88 y 89, se identificó que para los bultos de fertilizante durante el proceso de paletizado manual se considera un tipo de agarre malo; Y teniendo en cuenta la tabla 5 del factor de agarre (FA) para la ecuación de INSHT. Se determina que el (FA) para esta situación es: FA = 0.9

~ 93 ~



Factor de Frecuencia (FF): Se determina a partir de la tabla 11 en la que se observa los tiempos aproximados de paletizado manual para bultos, y la tabla 7 en la que se menciona el factor de frecuencia (FF) según la cantidad de levantamientos por minuto y la duración de la manipulación. De estas dos tablas mencionadas se entiende que, un trabajador realiza aproximadamente 5 levantamientos de bultos por minuto durante una jornada de 2 a 8 horas. Lo que quiere decir, que el factor de frecuencia es el siguiente.

FF = 0.45 El número de levantamiento de bultos por minuto se debió tomar como el más aproximado de los datos de la tabla (4 veces / minuto). El factor de frecuencia para esta situación se puede visualizar en la tabla 15 Tabla 15. Factor de frecuencia INSHT, paletizado de bultos

Fuente. El autor Después de hallar el valor de cada uno de estos factores para el caso de paletizado manual, se resuelve la ecuación (1), es decir, se multiplican entre sí los resultados, y de esta manera se obtiene el peso aceptable (PA) de la carga. En la tabla 16, 17 y 18 se presentan los resultados (valores resaltados en rojo, verde y azul) del peso aceptable por capa de bulto para esta situación, se debe tener en cuenta que cada tabla hace referencia a un peso aceptable dependiendo los tres factores de giro (FG). Adicionalmente se debe tener presente que sí el resultado de peso aceptable es menor que el peso real del bulto a manipular se considera un actividad riesgosa y entre más se aleje este valor más riesgosa será la actividad de paletizado manual de bultos.

~ 94 ~

Tabla 16. Peso aceptable a 30°, paletizado de bultos

ECUACION DE INSHT CON GIRO DE TORSO HASTA 30° # de Peso Factor de Capa a Teórico corrección Paletizar (PT) (FC)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

25 25 25 25 25 25 25 25 25

0,87 0,91 0,91 1 1 1 1 0,91 0,87

Factor Factor Peso Peso Factor de de de Aceptable real frecuencia giro agarre (PA) de la (FF) (FG) (FA) kg carga

0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45

7,92 8,29 8,29 9,11 9,11 9,11 9,11 8,29 7,92

25 25 25 25 25 25 25 25 25

Conclusión de la actividad

RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA

Fuente. El autor Tabla 17. Peso aceptable a 60°, paletizado de bultos

ECUACION DE INSHT CON GIRO DE TORSO HASTA 60° # de Peso Factor de Capa a Teórico corrección Paletizar (PT) (FC)

Factor Factor Peso Peso Factor de Conclusión de de Aceptable real frecuencia de la giro agarre (PA) de la (FF) actividad (FG) (FA) Kg carga

1

25

0,87

0,8

0,9

0,45

7,04

25

RIESGOSA

2 3

25 25

0,91 0,91

0,8 0,8

0,9 0,9

0,45 0,45

7,37 7,37

25 25

RIESGOSA RIESGOSA

4 5

25 25

1 1

0,8 0,8

0,9 0,9

0,45 0,45

8,10 8,10

25 25

RIESGOSA RIESGOSA

6 7

25 25

1 1

0,8 0,8

0,9 0,9

0,45 0,45

8,10 8,10

25 25

RIESGOSA RIESGOSA

8

25

0,91

0,8

0,9

0,45

7,37

25

RIESGOSA

9

25

0,87

0,8

0,9

0,45

7,04

25

RIESGOSA

Fuente. El autor

~ 95 ~

Tabla 18. Peso aceptable a 90°, paletizado de bultos

ECUACION DE INSHT CON GIRO DE TORSO HASTA 90° # de Peso Factor de Capa a Teórico corrección Paletizar (PT) (FC)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

25 25 25 25 25 25 25 25 25

0,87 0,91 0,91 1 1 1 1 0,91 0,87

Factor Factor Peso Peso Factor de Conclusión de de Aceptable real frecuencia de la giro agarre (PA) de la (FF) actividad (FG) (FA) kg carga

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

6,16 6,44 6,44 7,08 7,08 7,08 7,08 6,44 6,16

0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45

25 25 25 25 25 25 25 25 25

RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA RIESGOSA

Fuente. El autor En la figura 59, se recopila la información de los resultados de la ecuación de INSHT, teniendo presente que el peso aceptable obtenido está determinado por los parámetros en la situación de paletizado automatizado de bultos de fertilizante realizado de forma manual y por hombres debidamente capacitados.

PESO ACEPTABLE (PA) KG

Figura 59. Peso aceptable para hombres (Distancia y ángulo variable)

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

PESO AC EPTAB L E PAR A H OM B RES ( D ISTAN C IA Y AN GU L O VAR IAB L E)

7,93 7,05 6,17

Capa 1

8,29 7,37 6,45

8,29 7,37 6,45

Capa 2

Capa 3

Giro Corto, Hasta 30°

9,11 8,10 7,09

9,11 8,10 7,09

9,11 8,10 7,09

9,11 8,10 7,09

Capa 4

Capa 5

Capa 6

Capa 7

DESPLAZAMIENTO VERTICAL (CM) Giro Medio, Hasta 60°

Fuente. El autor

~ 96 ~

8,29 7,37 6,45

7,93 7,05 6,17

Capa 8

Capa 9

Giro Largo, Hasta 90°

Adicionalmente se presenta la figura 60 en el que se demuestra el peso aceptable de la carga bajo las mismas condiciones anteriores, excepto que el peso teórico será de 15 kg, en caso de que la actividad sea realizada por mujeres, jóvenes y mayores Figura 60. Peso aceptable para mujeres (Distancia y ángulo variable)

PESO AC EPTAB L E PAR A M U JER ES, JOVES Y M AYOR ES ( D ISTAN C IA Y AN GU LO VAR IAB LE)

10 9

PESO ACEPTABLE (PA) KG

8 7 6 5

4

4,76 4,23 3,70

4,98 4,42 3,87

Capa 2

5,47 4,86

5,47 4,86

5,47

5,47

4,86

4,42 3,87

4,25

4,25

4,25

4,86 4,25

Capa 3

Capa 4

Capa 6

Capa 7

4,98

4,98 4,42 3,87

4,76 4,23 3,70

3 2 1

0 Capa 1

Capa 5

Capa 8

Capa 9

DESPLAZAMIENTO VERTICAL (CM) Giro Corto, Hasta 30°

Giro Medio, Hasta 60°

Giro Largo, Hasta 90°

Fuente. El autor Teniendo en cuenta los resultados demostrados para la ecuación de INSHT se obtiene la tabla 19, en la que se evidencia los pesos aceptables (PA) para el grupo poblacional de hombres capacitados y para el grupo de mujeres, jóvenes y mayores. Adicionalmente en la tabla mencionada se observa: (PA) En las mejores condiciones estudiadas; Se determinó a partir del valor mayor del peso aceptable entre los datos obtenidos. Fue el resultado para las mejores condiciones del proceso de paletizado manual, es decir, cuando el trabajador realiza un giro corto hasta de 30° y paletiza las capas de bultos 4, 5, 6 y 7, ya que son las que requieren un menor desplazamiento vertical.

~ 97 ~

(PA) En condiciones regulares estudiadas; Se obtiene del promedio de todos los resultados presentados, para el peso aceptable de cada grupo poblacional.

(PA) En las peores condiciones estudiadas; Se estableció a partir del valor menor del peso aceptable entre los datos obtenidos. El (PA) mínimo se releja en las peores condiciones presentadas para el proceso de paletizado manual, es decir, cuando el funcionario realiza un giro largo hasta de 90° y paletiza las capas de bultos 1 y 9, ya que son las que requieren de un mayor desplazamiento vertical.

Tabla 19. Peso aceptable por grupo poblacional, paletizado de bultos

ECUACION DE INSHT, PESO ACEPTABLE (PA) Peso Aceptable

Peso Aceptable

Peso Aceptable

En las mejores condiciones estudiadas

En condiciones regulares estudiadas

En las peores condiciones estudiadas

Hombres capacitados

9,11 kg

7,62 kg

6,17 kg

Mujeres, jóvenes y mayores

5,47 kg

4,57 kg

3,70 kg

Grupo Poblacional

Fuente. El autor

De la tabla anterior se entiende que el peso aceptable, es bastante inferior al peso real de la carga que se manipula durante en el proceso de paletiza manual de bultos de fertilizante. El resultado del peso aceptable (9,11 kg) no alcanza a ser ni la mitad del peso real del bulto manipulado, ni siquiera en las mejores condiciones analizadas, es decir, para un hombre de 21 a 35 años de edad y debidamente capacitado, realizando un giro corto y un desplazamiento vertical que no supere los 25 cm.

~ 98 ~

8.4 Ecuación de NIOSH para paletizado manual de bultos.

Presentando nuevamente la ecuación (2), se identifica los factores necesarios para determinar el límite de peso recomendado (LPR) para el proceso de paletizado manual de bultos de fertilizante

LPR= LC · HM · VM · DM · AM · FM · CM

(2)

LPR: Limite de Peso Recomendado LC: Constante de Carga HM: Factor de Distancia Horizontal VM: Factor de Altura DM: Factor de Desplazamiento Vertical AM: Factor de Asimetría FM: Factor de Frecuencia CM: Factor de Agarre 

Constante de la Carga (LC): Se estipula a partir del peso máximo recomendado por NIOSH según el grupo poblacional.

LC=23 kg



Factor de distancia horizontal (HM): Según lo mencionado anteriormente este factor se obtiene a partir de la distancia horizontal que hay entre el bulto y el trabajador, mientras se manipula la carga. Para el desarrollo de esta ecuación se determina las siguientes 3 distancias horizontales: 20, 30 y 40 cm. Se tomaron estos tres datos con el fin de hacer un estudio más detallado, ya que la distancia puede variar según como el trabajador sujete el bulto.

Teniendo en cuenta lo dicho en la página 51, y empleando la ecuación (3) HM= 25/H, se obtiene que el facto de distancia horizontal (HM) para estas tres distancias es de: Para 20cm, HM = 1 Para 30cm, HM = 0.833 Para 40cm, HM = 0.625

~ 99 ~



Factor de altura (VM): Según lo explicado anteriormente, se determina éste factor a partir de la distancia que hay entre el suelo y el punto de agarre del bulto, mientras es manipulado. En esta situación de paletizado manual se tomará la altura de 78 cm, suponiendo que el trabajador manipulara el bulto a misma altura que la banda transportadora. Quiere decir, que empleando la ecuación (4), VM = (1 - 0.003 I V-75 I), el factor de altura (VM) para la distancia mencionada es de: VM = 0.991



Factor de desplazamiento vertical (DM): Para hallar este factor es necesario identificar la diferencia que existe entre la altura de origen donde se levanta el bulto y la altura donde se deposita el bulto (observar tabla 12 y figura 58), empelando la ecuación (5) D= I V1-V2 I, se logra obtener la diferencia de altura.

Una vez se halla esta diferencia de altura en cm, se procederá a obtener el factor de desplazamiento, a partir de lo mencionado en la página 52 y empleando la ecuación (6), DM= 0,82 + (4,5 / D), los resultado para los factores de desplazamiento vertical se demuestran en la tabla 20.

Tabla 20. Factor de Desplazamiento NIOSH, paletizado de bultos

FACTOR DE DESPLAZAMIENTO VERTICAL (DM) POR CAPA # de Capa a Paletizar

Altura de Origen V1 (cm)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

78 78 78 78 78 78 78 78 78

Altura Factor de de Desplazamiento Desplazamiento Destino vertical D Vertical V2 (cm) (DM) (cm) 14,5 63,5 0,891 29 49 0,912 43,5 34,5 0,950 58 20 1 72,5 5,5 1 87 9 1 101,5 23,5 1 116 38 0,938 130,5 52,5 0,906

Fuente. El autor.

~ 100 ~



Factor de asimetría (AM): Se consigue identificando el ángulo de giro que realice el trabajador en la manipulación de bultos. Luego de hallar el ángulo de giro, se desarrolla la ecuación (7), AM = 1 – (0,0032*A), ya que no se está evaluando una situación específica, se tomará los siguientes tres ángulos 15°, 45° y 90°.

Finalmente se obtiene los siguientes factores de asimetría (AM) Para 15°, AM = 0.952 Para 45°, AM = 0.856 Para 90°, AM = 0.712



Factor de frecuencia FM: Se obtiene de la misma manera que el factor de frecuencia de la ecuación de INSHT (observar página 94). La diferencia es que para hallar el FM de la ecuación de NIOSH se emplea la tabla 7. Siendo el resultado el siguiente: FM = 0.35 Tabla 21. Factor de frecuencia NIOSH, paletizado de bultos



Fuente. El autor Factor de agarre (CM): En distintas páginas de este proyecto se ha menciona que los bultos utilizados en el proceso de paletizado manual tienen un tipo de agarre malo, y al identificar este tipo de agarre en la tabla 8 se determina que el CM es: CM = 0.9

~ 101 ~

Tabla 22. Factor de agarre NIOSH, paletizado de bultos FACTOR DE AGARRE (CM) Altura de la carga (V) Tipo de agarre

V<75cm

V>=75

1

1

Regular

0,95

1

Malo Fuente. El autor

0,9

0,9

Bueno

Finalmente resolviendo la ecuación (2) de NIOSH con los datos presentados anteriormente, se obtiene como resultado el límite de peso recomendado (LPR).

Adicionalmente como se explicó en la página 55, 56 y con la ecuación (8), se logra determinar el índice de levantamiento (IL), y con este se obtiene nivel de riesgo del proceso de paletizado manual. En la tabla 23 y figura 61 se observa los factores y resultados para la ecuación de NIOSH, cuando se varía el desplazamiento vertical y el ángulo de giro que realiza el trabajador mientras manipula el bulto.

Para la adecuada interpretación de las siguientes tablas se debe tener en cuenta que: 



Los valores resaltados en los colores rojo, verde y azul, hacen referencia a los resultados de la ecuación de NIOSH, es decir al Límite de Peso Recomendado (LPR) bajo los parámetro estudiados.

Cada color representa la variación en un factor de la ecuación.

El tipo de riesgo, se determinó a partir de Índice de levantamiento que permite saber si el riesgo es: limitado, moderado o alto Las siglas representa los diferentes términos de la ecuación, es decir:

o o o o o o o o

LC: Constante de Carga.

HM: Factor de Distancia Horizontal VM: Factor de Altura DM: Factor de Desplazamiento Vertical.

AM: Factor de Asimetría.

FM: Factor de Frecuencia.

CM: Factor de Agarre.

IL: Índice de Levantamiento

 

~ 102 ~

Tabla 23. LPR NIOSH (ángulo variable), paletizado de bultos LIMITE DE PESO RECOMENDADO, CON ANGULO VARIABLE PARA EL PROCESO DE PALETIZADO MANUAL # de Capa a LC HM Paletizar

VM

DM

Capa 1 Capa 2 Capa 3 Capa 4 Capa 5 Capa 6 Capa 7 Capa 8 Capa 9

23 23 23 23 23 23 23 23 23

1 1 1 1 1 1 1 1 1

0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991

0,891 0,912 0,950 1 1 1 1 0,938 0,906

Capa 1 Capa 2 Capa 3 Capa 4 Capa 5 Capa 6 Capa 7 Capa 8 Capa 9

23 23 23 23 23 23 23 23 23

1 1 1 1 1 1 1 1 1

0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991

0,891 0,912 0,950 1 1 1 1 0,938 0,906

Capa 1 23 1 Capa 2 23 1 Capa 3 23 1 Capa 4 23 1 Capa 5 23 1 Capa 6 23 1 Capa 7 23 1 Capa 8 23 1 Capa 9 23 1 Fuente. El autor

0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991

0,891 0,912 0,950 1 1 1 1 0,938 0,906

AM

Peso LPR real de la FM CM (kg) carga (kg)

Angulo de 15° 0,952 0,35 0,9 0,952 0,35 0,9 0,952 0,35 0,9 0,952 0,35 0,9 0,952 0,35 0,9 0,952 0,35 0,9 0,952 0,35 0,9 0,952 0,35 0,9 0,952 0,35 0,9 Angulo de 45° 0,856 0,35 0,9 0,856 0,35 0,9 0,856 0,35 0,9 0,856 0,35 0,9 0,856 0,35 0,9 0,856 0,35 0,9 0,856 0,35 0,9 0,856 0,35 0,9 0,856 0,35 0,9 Angulo de 90° 0,712 0,35 0,9 0,712 0,35 0,9 0,712 0,35 0,9 0,712 0,35 0,9 0,712 0,35 0,9 0,712 0,35 0,9 0,712 0,35 0,9 0,712 0,35 0,9 0,712 0,35 0,9

~ 103 ~

IL

6,089 6,233 6,496 6,835 6,835 6,835 6,835 6,414 6,191

25 25 25 25 25 25 25 25 25

4,11

5,475 5,604 5,841 6,146 6,146 6,146 6,146 5,767 5,566

25 25 25 25 25 25 25 25 25

4,57

4,554 4,661 4,859 5,112 5,112 5,112 5,112 4,797 4,630

25 25 25 25 25 25 25 25 25

5,49

4,01 3,85 3,66 3,66 3,66 3,66 3,90 4,04

4,46 4,28 4,07 4,07 4,07 4,07 4,33 4,49

5,36 5,15 4,89 4,89 4,89 4,89 5,21 5,40

Tipo de riesgo

Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto

Figura 61. LPR NIOSH, hombres (altura y ángulo variable)

L IMIT E DE P ES O RECOM EN DADO PARA HOMB RES ( ALT URA Y AN GULO VARIAB L E)

LIMITE DE PESO RECOMENDADO (LPR) KG

10 9 8 7 6 5

6,84 6,15

6,84 6,15

6,84 6,15

6,84 6,15

4,86

5,11

5,11

5,11

5,11

Capa 3

Capa 4

Capa 5

Capa 6

Capa 7

6,09 5,48

6,23 5,60

6,50 5,84

4,55

4,66

Capa 1

Capa 2

6,41 5,77

6,19 5,57

4,80

4,63

Capa 8

Capa 9

4 3 2

1 0

Giro de torso 15°

ALTURA SEGÚN EL NIVEL DE LA ESTIBA (CM) Giro de torso 45° Giro de torso 90°

Fuente. El autor Figura 62. LPR NIOSH, hombres (altura y Distancia horizontal variable)

L I M I T E D E P E S O R E C O M E N D AD O PAR A H O M B R E S ( ALT U R A Y D I S TAC I AN H O R I Z O N TAL VAR I AB L E )

10

LIMITE DE PESO RECOMENDADO (LPR) KG

9 8 7 6 5 4

6,19 5,16

6,34 5,28

6,61 5,50

6,95

6,95

6,95

6,95

5,79

5,79

5,79

5,79

4,34

4,34

Capa 6

Capa 7

4,13

4,34

3,87

3,96

4,34

Capa 1

Capa 2

Capa 3

Capa 4

Capa 5

6,52

6,29

5,44

5,25

4,08

3,93

Capa 8

Capa 9

3 2 1 0 ALTURA SEGÚN EL NIVEL DE LA ESTIBA (CM) Distancia Horizontal 20 cm

Distancia Horizontal 30 cm

Fuente. El autor

~ 104 ~

Distancia Horizontal 40 cm

En la tabla 24 y figura 62 se observa los factores y resultados para la ecuaci贸n de NIOSH, cuando se var铆a el desplazamiento vertical y la distancia horizontal que existe entre el bulto y el trabajador mientras se realiza el proceso de paletizado

Tabla 24. LPR NIOSH (Distancia horizontal variable), paletizado de bultos ECUACION DE NIOSH CON DISTACIA HORIZONTAL VARIABLE PARA EL PROCESO DE PALETIZADO MANUAL Peso # de real de LPR Tipo de Capa a LC HM VM DM AM FM CM la IL (kg) riesgo Paletizar carga (kg)

Distancia Horizontal 20 cm Capa 1 Capa 2 Capa 3 Capa 4 Capa 5 Capa 6 Capa 7 Capa 8 Capa 9

23 23 23 23 23 23 23 23 23

1 1 1 1 1 1 1 1 1

0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991

0,891 0,912 0,950 1 1 1 1 0,938 0,906

0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968

0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35

0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

6,192 6,337 6,606 6,950 6,950 6,950 6,950 6,522 6,295

25 25 25 25 25 25 25 25 25

4,04 3,94 3,78 3,60 3,60 3,60 3,60 3,83 3,97

Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto

25 25 25 25 25 25 25 25 25

4,85 4,73 4,54 4,32 4,32 4,32 4,32 4,60 4,77

Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto

25 25 25 25 25 25 25 25 25

6,46 6,31 6,06 5,76 5,76 5,76 5,76 6,13 6,35

Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto

Distancia Horizontal 30 cm Capa 1 Capa 2 Capa 3 Capa 4 Capa 5 Capa 6 Capa 7 Capa 8 Capa 9

23 23 23 23 23 23 23 23 23

0,833 0,833 0,833 0,833 0,833 0,833 0,833 0,833 0,833

0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991

0,891 0,912 0,950 1 1 1 1 0,938 0,906

0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968

0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35

0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

5,160 5,281 5,505 5,792 5,792 5,792 5,792 5,435 5,246

Distancia Horizontal 40 cm Capa 1 Capa 2 Capa 3 Capa 4 Capa 5 Capa 6 Capa 7 Capa 8 Capa 9

23 23 23 23 23 23 23 23 23

0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625

0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991 0,991

0,891 0,912 0,950 1 1 1 1 0,938 0,906

0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968 0,968

0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35

Fuente. El autor

~ 105 ~

0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

3,870 3,961 4,128 4,344 4,344 4,344 4,344 4,076 3,934

En la tabla 25 y figura 63 se observa los factores y resultados para la ecuación de NIOSH, cuando se varia la distancia horizontal que existe entre el bulto y el trabajador mientras se realiza el proceso de paletizado de la cuarta capa de bultos, adicionalmente varia el ángulo de giro del funcionario en el momento de manipular el bulto.

Tabla 25. LPR NIOSH (ángulo y distancia horizontal variable), paletizado de bultos ECUACION DE NIOSH CON DISTACIA HORIZONTAL Y ANGULO VARIABLE PARA EL PROCESO DE PALETIZADO MANUAL # de Capa a LC Paletizar

VM

HM

DM

AM

FM CM

LPR (kg)

Peso real de la carga (kg)

IL

Tipo de riesgo

6,794 5,661 4,246

25 25 25

3,68 4,42 5,89

Alto Alto Alto

6,109 5,091 3,818

25 25 25

4,093 4,911 6,548

Alto Alto Alto

5,081 4,234 3,176

25 25 25

4,92 5,90 7,87

Alto Alto Alto

Angulo de 15° Capa 4 Capa 4 Capa 4

23 1 0,985 23 0,833 0,985 23 0,625 0,985

1 1 1

0,952 0,35 0,9 0,952 0,35 0,9 0,952 0,35 0,9

Angulo de 45° Capa 4 Capa 4 Capa 4

23 1 0,985 23 0,833 0,985 23 0,625 0,985

1 1 1

0,856 0,35 0,9 0,856 0,35 0,9 0,856 0,35 0,9

Capa 4 Capa 4 Capa 4

23 1 0,985 23 0,833 0,985 23 0,625 0,985

1 1 1

0,712 0,35 0,9 0,712 0,35 0,9 0,712 0,35 0,9

Angulo de 90°

Fuente. El autor

LIMITE DE PESO RECOMENDADO (LPR) KG

Figura 63. LPR NIOSH, hombres (ángulo y Distancia horizontal variable)

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

L I M I T E D E P E S O R E C O M E N D AD O PAR A H O M B R E S ( AN G U L O Y D I S TAC I AN H O R I Z O N TAL VAR I AB L E ) 6,79 6,11 5,08

20

5,66 5,09 4,23

30 DISTANCIA HORIZONTAL (CM) Giro de 15° Giro de 45°

Fuente. El autor

~ 106 ~

4,25 3,82 3,18

40 Giro de 90°

A continuación en las figuras 64, 65 y 66 se observar el límite de peso recomendado según la ecuación NIOSH, bajos los mismos parámetros anteriores; excepto que se considera que la actividad es realizada por el grupo poblacional de mujeres, jóvenes y mayores, es decir, se estipula la constante de carga es de 15kg.

LIMITE DE PESO RECOMENDADO (LPR) KG

Figura 64. LPR NIOSH, mujeres (altura y ángulo variable)

10 9

L I M I T E D E P E S O R E C O M E N D AD O PAR A M U J E R E S , J O V E N E S Y M AY O R E S ( ALT U R A Y AN G U L O VAR I AB L E

8 7 6 5 4

3 2

3,97

4,24

4,46

4,46

4,46

4,46

4,18

4,04

3,81 3,17

4,01 3,33

4,01 3,33

4,01 3,33

4,01 3,33

3,76 3,13

3,63 3,02

Capa 3 Capa 4 Capa 5 Capa 6 Capa 7 Capa 8 ALTURA SEGÚN EL NIVEL DE LA ESTIBA (CM) Giro de torso 15° Giro de torso 45° Giro de torso 90°

Capa 9

4,06

3,57 2,97

3,65 3,04

Capa 1

Capa 2

1 0

Fuente. El autor

Figura 65. LPR NIOSH, mujeres (altura y Distancia horizontal variable)

LIMITE DE PESO RECOMENDADO (LPR) KG

10 9

L I M I T E D E P E S O R E C O M E N D AD O PAR A M U J E R E S , J O V E N E S Y M AY O R E S ( ALT U R A Y D I S TAC I AN H O R I Z O N TAL VAR I AB L E

8 7 6 5 4 3

4,53 3,78

4,53 3,78

2,83

2,83

4,53 3,78 2,83

4,53 3,78 2,83

4,25 3,54 2,66

4,11 3,42 2,57

Capa 4 Capa 5 Capa 6 Capa 7 Capa 8 ALTURA SEGÚN EL NIVEL DE LA ESTIBA (CM) Distancia Horizontal 20 cm Distancia Horizontal 30 cm

Capa 9

4,04 3,36 2,52

4,13 3,44 2,58

4,31 3,59 2,69

Capa 1

Capa 2

Capa 3

2 1 0

Fuente. El autor

~ 107 ~

Figura 66. LPR NIOSH, mujeres (ángulo y Distancia horizontal variable)

L I M I T E D E P E S O R E C O M E N D AD O PAR A M U J E R E S , J O V E N E S Y M AY O R E S ( AN G U L O Y D I S TAC I AN H O R I Z O N TAL VAR I AB L E ) 10

LIMITE DE PESO RECOMENDADO (LPR) KG

9 8 7 6 5

4,43

4

3,98

3

3,69 2,77

3,32

3,31

2,49

2,76

2

2,07

1 0 20

30 DISTANCIA HORIZONTAL (CM) Giro de 15°

Giro de 45°

40 Giro de 90°

Fuente. El autor

Según los resultados obtenidos con la ecuación de NIOSH, se obtiene la tabla 26, en la que se evidencia el límite de peso recomendado (LPR) para el grupo poblacional de hombres capacitados y para el grupo de mujeres, jóvenes y mayores. Los datos incluidos en ésta tabla se determinaron de la siguiente manera: (LPR) En las mejores condiciones estudiadas; Se identificó a partir del valor mayor del límite de peso recomendado en el estudio realizado. Fue el resultado para las mejores condiciones del proceso de paletizado manual, es decir, cuando el trabajador paletiza las capas de bultos 4, 5, 6 y 7, a una distancia horizontal de 20 cm y con ángulo de giro de 10°.

(LPR) En condiciones regulares estudiadas; Se obtuvo del promedio de todos los resultados obtenidos, para el límite de peso recomendado en cada grupo poblacional.

~ 108 ~

(LPR) En las peores condiciones estudiadas; Fue el valor menor del límite de peso recomendado según los datos obtenidos. Se presenta en las peores condiciones del proceso de paletizado manual, es decir, cuando el funcionario realiza un giro de 90° y mantiene una distancia horizontal con el bulto de 40 cm.

Tabla 26. LPR por grupo poblacional, paletizado de bultos

ECUACION DE NIOSH, LÍMITE DE PESO RECOMENDADO (LPR) Grupo Poblacional

Hombres capacitados Mujeres, jóvenes y mayores Fuente. El autor

Límite de Peso Recomendado

Límite de Peso Recomendado

Límite de Peso Recomendado

En las mejores condiciones estudiadas

En condiciones regulares estudiadas

En las peores condiciones estudiadas

6,95 kg

5.50 kg

3,18 kg

4,53 kg

3.59 kg

2,07 kg

Sí 6,95 kg es límite de peso recomendado en las mejores condiciones del proceso de paletizado estudiado, y el bulto de fertilizante cuando es cargado por dos personas implica una carga real de 25 kg. Entonces se entiende que bajo estas condiciones existe un alto riesgo de que el trabajador sufra lesiones o accidentes.

Reuniendo los datos obtenidos sobre el peso aceptable a partir de la ecuación INSHT y el límite de peso recomendado utilizando la ecuación NIOSH para el proceso de paletizado manual de bultos, es decir, la información de la tabla 19 y 26. Se expone la figura 67, en la que se visualiza el peso recomendado para ser manipulado manualmente baja las condiciones estudiadas, se debe tener presente que para esta figura que las series de color rojo representan el peso aceptable (PA) determinado de la ecuación INSHT y que las series de color azul son los valores obtenidos del límite de peso recomendado con la ecuación NIOSH. Adicionalmente las series con líneas discontinuas representan los pesos recomendados para el grupo poblacional de mujeres, jóvenes y adultos; y las líneas continuas simbolizan el peso recomendado para hombres debidamente capacitados.

~ 109 ~

Figura 67. Peso recomendado INSTH - NIOSH, paletizado de bultos

Peso Recomendado, para proceso de paletizado manual INSHT - NIOSH 10 9,11

Peso Recomendado (kg)

9

7,62

8 6,95

7

5,5

6

5,47

5

6,17

4,57

4,53

4 3

3,7 3,18

3,59

2,07

2 1 0 En las mejores condiciones estudiadas

En condiciones regulares estudiadas

En las peores condiciones estudiadas

INSHT Hombres capacitados

INSHT. Mujeres, jovenes y mayores

NIOSH. Hombres capacitados

NIOSH. Mujeres, jovenes y adultos

Fuente. El autor

De el grafico anterior se concluye, el peso de la carga real manipulada manualmente para el paletizado de bultos de fertilizantes es muy superior al peso que se recomienda; ni siquiera doblando la cantidad de trabajadores para el levantamiento del producto de 50 kg se alcanzaría a justar el peso recomendado a la carga real. Es decir, entre 4 trabajadores se recomendaría máximo levantar un peso de 36.44 kg en las mejores condiciones estudiadas.

Entonces, para manipular manualmente un bulto de fertilizante de 25 kg se requiere de mínimo 3 hombres capacitados y para el producto de 50 kg como mínimo 6 trabajadores en las mejores condiciones del estudio realizado. Esta cantidad de personas manipulando la misma carga implica que, se debe asumir que el peso del bulto se reparte por igual entre cada persona, la coordinación de movimientos se dificulta, y el espacio de trabajo debe aumentar y significará un aumento de costos para la empresa, ya que debe disponer de una mayor cantidad de personal para la misma actividad.

Se resalta que el estudio de las ecuaciones de INSHT y NIOSH puede parecer repetitivo pero, la finalidad fue emplear ambos estudio logrando obtener resultados más detallados para la condición estudiada, y adicionalmente sustentar por más de un método los riesgos relacionados al paletizado manual de bultos.

~ 110 ~

Una vez conocido los pesos recomendados para la situación estudiada de paletizado manual de bultos de fertilizante, se comprende que existe una gran cantidad de riesgos de alto nivel.

Riesgos principalmente ligados al trabajador, de los que se resaltan los accidentes y lesiones a corto y largo plazo, que afectan en gran medida a salud de la persona. Quiere decir, que se aumenta la posibilidad de que el trabajador sufra un trastorno musculo esquelético, por ejemplo los principales son:       

Trastornos dorsolumbares, la zona de la espalda es la que normalmente se ve más afectada durante el proceso manipulación de cargas manual.

Lesiones en las muñecas Lesiones en los hombros Lesiones en el cuello Lesiones en los codos Lesiones en los pies y manos.

Fatiga acumulativa

Adicionalmente la empresa que designe trabajadores para el proceso de paletizado manual, puede verse afectada significativamente en más de una forma:            

Sanciones de las entidades para la regulación de las actividades laborales; por designar trabajadores a actividades altamente riesgosas.

Tiempos muertos de producción; sí un trabajador sufre un accidente o lesión, el proceso de paletizado deberá detenerse inmediatamente, por un periodo indefinido Pago de indemnizaciones a trabajadores y/o familiares de ellos.

Pago de seguros médicos y de servicios hospitalarios en caso de que ocurra algún accidente.

Pago de incapacidades y remplazo de personal para cubrir al incapacitado.

Aumento en el presupuesto de la dotación de seguridad para trabajadores (botas, guantes, cascos, chalecos, cinturones de fuerza, etc.)

Asumir que la productividad y calidad del proceso de paletizado va ligado a las condiciones, experiencia y estado de ánimo del trabajador.

Aumento de carga laboral para el personal administrativo y de recursos humanos.

Posibles daños o pérdida del producto, por exceso o inadecuada manipulación.

Aumento de costos para las capacitaciones que permitan desarrollar adecuadamente la manipulación manual de cargas.

Incumplimiento de entrega del producto a los clientes, por deficiencia en el proceso de paletizado. Lo que puede generar malas referencias de la empresa.

Asumir sanciones por incumplimiento de entrega del producto.

~ 111 ~

8.5 Comparación tipos de paletizado.

A continuación se presenta la tabla 27, en la que se puede observar una breve comparación de los tipos de paletizado para diferentes productos, en dicha tabla se expone la cantidad de productos que pueden ser paletizados por hora, adicionalmente las dimensiones para algunas de las máquinas.

Tabla 27. Comparación de tipos de paletizado

COMPARACION TIPOS DE PALETIZADO Tipo De Paletizado

Empresa

Referecia De La Maquina

Técnicas Mecánicas Ilerdenses Premier Tech Chronos Premier Tech Chronos Premier Tech Chronos

ILERPAL C AP440 VG2200 Stack & wrap

Productos Dimensiones / Largo (m), Ancho (m), Alto (m) Hora 2000 2400 4500 3600

10,515 8,255 6,706

6,159 3,505 3,531

4,902 2,946 2,616

Automatizado - Convencional Hibrido Técnicas Mecánicas Ilerdenses ILERPAL H Automatizado - Convencional Hibrido Premier Tech Chronos LOPAL

1000 2100

7,315

3,251

3,277

Automatizado - Robot Cartesiano Automatizado - Robot Cartesiano

Técnicas Mecánicas Ilerdenses ILERPAL C Premier Tech Chronos AC

400 480

5,051

3,207

4,75

Automatizado - Robot Angular Automatizado - Robot Angular Automatizado - Robot Angular Automatizado - Robot Angular Automatizado - Robot Angular Automatizado - Robot Angular Automatizado - Robot Angular

Técnicas Mecánicas Ilerdenses Premier Tech Chronos Premier Tech Chronos Premier Tech Chronos Premier Tech Chronos Premier Tech Chronos Premier Tech Chronos

800 900 - 1800 720 600 - 1800 960 - 1920 420 - 2940 2700

7,6

2,7

2,4

Automatizado - Convencional Automatizado - Convencional Automatizado - Convencional Automatizado - Convencional

ILERPAL C RPZ 510 RPZ900 RPZ 620 RPZ520 RPZ700 AR-100

222 240

Manual (Cajas de 15 kg) Manual (Bultos 50 kg)

Nota: los valores resaltados en azul, hacen referencia a robots angulares que tienen la posibilidad de cargar mas de un producto a la vez. Por esto la cantidad de producto paletizado por hora puede variar entre los rangos estipulados.

Fuente. El autor

~ 112 ~

La información suministrada en la tabla 27 se obtuvo de:    

Los tipos de paletizado automatizado mencionados anteriormente.

Los tiempos aproximados de paletizado manual de la tabla 11.

Los tiempos que menciona Londoño. J37 en el estudio de paletizado manual de cajas de 15 kg.

Información suministrada por la empresa Premier Tech Chronos 38 sobre los tiempos aproximados para distintas máquinas de paletizado automatizado

Teniendo en cuenta la tabla 27 es posible evidenciar que cualquiera de los tipos de paletizado automatizado supera en gran medida a la cantidad de productos que se paletizan por hora manualmente. Además se demuestran que las máquinas de tipo convencional son las más veloces, pero a su vez estas son las más grandes y requieren de mayor espacio de trabajo.

Ahora es posible entender que el proceso de paletizado manual es el que menor productividad tiene, pero sí es el que mayor cantidad de riesgos presenta.

Entonces se entenderá que automatizar el proceso de paletizado de bultos es la mejor forma para disminuir los altos niveles de riesgos en la etapa de paletizado manual, y a su vez aumentar la eficacia y eficiencia durante este proceso.

Aun así hace falta conocer qué tipo de automatización es la mejor solución, se resalta que para determinar cuál sería la solución más viable se debe tener en cuenta la situación en particular del proceso de paletizado y todos los factores implícitos a este proceso, es decir, si se requiere automatizar para una alta, media o baja productividad, que tipo de producto se paletizará, si existe más de una referencia de producto, las dimensiones y pesos de los productos, las dimensiones de la estiba, el espacio de trabajo, el presupuesto, las condiciones con que se recibe el producto terminado en la etapa de paletizado, si se requiere paletizar sobre más de una estiba a la vez, entre otros factores.

Según las consideraciones anteriores, la propuesta que se planteará de automatizar el proceso de paletizado de bultos de fertilizantes; con el fin disminuir los riesgos del paletizado manual, será por medio de una celda robotica con un 37

Londoño, J. Diseño cinemático de un sistema paletizador de producto terminado de la industria licorera de Caldas (ILC) [trabajo de grado en línea]. 2013. Pereira. [citado en 2015-09-26].

Disponible en Internet < http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/3903/1/621815L847.pdf> 38 Premier Tech Chronos. Serie AC: paletizador compacto automatizado [en línea].2013 [citado en 2015-09-25]. Disponible en internet < http://www.ptchronos.com/esmx/productos/paletizadores-de-bajo-nivel/paletizador-ac-series/>

~ 113 ~

manipulador antropomórfico, ya que este tipo de automatización tiene los siguientes beneficios:        

Es capaz de paletizar más de una referencia.

Se puede paletizar sobre más de una estiba a la vez.

Es más susceptible a un cambio de referencia del producto Ocupa menor espacio que una automatización por medio de una máquina convencional de paletizado.

Un robot angular tiene la posibilidad de recibir los productos por varias líneas de producción al mismo tiempo.

Tiene una mayor adaptabilidad al cambio de configuraciones de capa de productos.

Es multi-paletizador, es decir, logra ejecutar varias secuencias de paletizado a la vez.

Paletiza más productos por hora que un robot cartesiano

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9. PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE PALETIZADO PARA BULTOS

Como se ha dicho previamente el objetivo de este trabajo escrito es plantear una solución que permita disminuir los riesgos al trabajador, al producto y la empresa durante el proceso de paletizado de bultos con fertilizante; la propuesta que se va presentar a continuación será por medio de una celda robotica, esta automatización incluye un manipulador robótico angular, por las ventajas mencionadas en la página anterior.

A partir del análisis realizado sobre los productos fertilizantes contenidos en bultos de diferentes referencias, se determinó que para este tipo de productos la presentación de venta más común es de 50 kg; por esto la propuesta de paletizado automatizado será para bultos de fertilizante de 50 kg con dimensiones aproximadas de (75.5 cm largo x 51 cm ancho x 14.5 cm alto). Claro está que se debe tener presente que la segunda referencia de este tipo de productos es la de 25 kg, y que además existe otras presentaciones como las de 40 y 20 kg.

Quiere decir, que la propuesta de automatización se enfocará en los bultos de fertilizante de 50 kg, pero adicionalmente se desarrollará permitiendo una adaptabilidad a diferentes tipos de referencias, siempre y cuando no superen el peso y las dimensiones del bulto de fertilizante de 50 kg. Por esto el manipulador robótico y el gripper que se seleccionará, deberá tener la posibilidad de paletizar otras referencias de bultos, siempre y cuando se realice un estudio previo de que el trabajo que va a realizarse no exceda las características del manipulador, gripper, estiba y otros elementos de la celda robotica.

El manipulador robótico se encargará de levantar, transportar y posicionar los bultos de las dimensiones ya establecidas anteriormente, este procedimiento se realizará por medio de un gripper diseñado para el paletizado de bultos.

El bulto de fertilizante será recogido al final de la línea de producción cuando ya está listo y no requiere de ningún otro procedimiento para su almacenamiento final o distribución al consumidor. Y el manipulador robótico lo transportará hasta las coordenadas predefinidas de la estiba, en la que lo va a depositar y posteriormente será retirada la estiba por una ayuda mecánica, por ejemplo un montacargas o gato hidráulico, es decir, la celda robótica estrictamente tendrá que estar ubicada al final de la línea de producción.

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Alcance de la propuesta ingenieril

Con este proyecto se espera plantear una propuesta de una celda robótica que se encargará del proceso de paletizado de bultos de fertilizantes; El cual va lograr disminuir los riesgos a la salud del trabajador y los riesgos de producción al realizar en menor tiempo, con mayor calidad y con continuidad las labores de paletizado. Adicionalmente la celda robotica dará la posibilidad de realizar un proceso de producción más eficiente y eficaz, al disminuir los riesgos del paletizado manual.

Al final del proceso de paletizado se desea que el bulto de fertilizante haya sido organizado de la manera adecuada, es decir, que cumpla con los parámetros de calidad y simetría respecto a los bordes de la estiba, teniendo en cuenta que esto también dependerá de que los bultos mantengan una uniformidad.

9.1 Componentes de la celda robótica La propuesta que se plantea incluirá los siguientes elementos para poder realizar un adecuado procedimiento de paletizado automatizado:                  

1 Robot KUKA de referencia KR 180 R3200 PA (KR QUANTEC) 1 Controlador KR-C4 1 SmartPad para uso del robot.

1 Gripper SAS de referencia FBG-50.

2 Bandas transportadoras (pick-up) 2 Bandas (buffer) 2 Sensores reflectivos para detectar las estibas 4 Sensores autoreflectivos para las bandas transportadoras pick-up 6 Sensores autoreflectivos para las bandas transportadoras buffer 1 Tablero de control 1 Modulo digital I/Os: con 2 bloques de entradas digitales de 16 cada uno y 2 bloques de salidas digitales de 16 cada uno.

Pantalla táctil HMI Cerramiento de seguridad en malla 4 cortinas de seguridad 4 paros de emergencia 2 balizas cada una con 3 colores (rojo, amarillo verde) y con dispositivo de sonido.

Unidad de mantenimiento neumático Conectores neumáticos

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                       

Conectores eléctricos Guías para las estibas Base para robot.

Canaleta para cableado del tablero Canaleta a piso para el tendido del cableado eléctrico y las mangueras neumáticas de la celda robótica.

Borneras sencillas puesta a riel Bornera doble piso puesta a riel.

Bornera porta fusibles.

2 fuentes con salida de 24v 10 A cada una Totalizador trifásico 440v 2 Breackers trifásicos 220v 2 Breackers bifásicos 220v Barraje de montaje a riel tetrapolar de 15 conexiones.

Switch Ethernet.

Relés de estado solido 4 relés de seguridad.

4 variadores de velocidad Elementos de sujeción (tornillos, chazos, pernos, amarres) Soportes mecánicos para las cortinas de seguridad.

Cable UTP, para la comunicación Ethernet Cable 20 AWG de 18 hilos Cable 18 AWG de 4 hilos Cable 6 AWG de 4 hilos Cable 14 AWG.

9.2 Layout de la celda robótica Es de gran importancia para este proyecto conocer gráficamente la propuesta del layout, por esto a continuación se presentaré gracias a la ayuda el ingeniero Néstor Mahecha trabajador de la empresa CAV INGENIEROS el diseño, en el cual irán ubicados los componentes de la celda robótica. 

Layaout general

En la figura 68 y 69 se presenta el diseño de la celda robotica en su totalidad desde una vista superiory superior diagonal. En la que se puede observar los elementos principales de la celda por ejemplo el robot, el controlodar del robot las bandas trasnportadoras, las estibas, el tablero de control, entre otros. En las siguiente imágenes se especificará cada uno de los elementos.

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Figura 68. Layout general vista superior

Fuente. CAV Ingenieros; Modificado por el autor Figura 69 Layout general vista superior diagonal izquierda

Fuente. CAV Ingenieros; Modificado por el autor

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

Ubicación del manipulador robótico

A continuacion en la figura 70, se presenta la ubicación del brazo robotico dentro de la celda robótica, éste se encuentra ubicado en todo el centro con el fin de que pueda alcanzar facilmente: los puntos de levatamiento del bulto de cualquiera de las dos lineas de produccion , desplazamiento del bulto dentro de la celda y acomodacion del producto sobre cualquiera de las dos estibas suministradas.

Figura 70 Ubicación del manipulador robótico

Fuente. CAV Ingenieros; Modificado por el autor

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

Ubicación del controlador del manipulador robótico

En la figura 71 se presenta el punto donde se encontrará ubicado el controlador (KR-C4) del manipulador robotico, éste controlador es tecnicamente el cerebro del robot, el cual recopila todos los datos en general, y se comunica con el tablero de control, sensores, entradas y salidas digitales y adicionalmente permite manipular tanto en estado manual como automatico al robot.

Figura 71 Ubicación del controlador del manipulador robótico

Fuente. CAV Ingenieros; Modificado por el autor

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

Ubicación del tablero de control

El tablero de control se realiza el montaje de diferentes elementos como: las fuentes de salida 24v 10A , totalizador, breakers, rieles, borneras, reles de estado solido y de seguridad, variadores de velocidad, y otros. En este mismo tablero por medio de los modulos de entradas y salidas digitales se recopilara la señal de los sensores de las bandas, presencia de estibas y del gripper, despues de ser recopiladas se procederá a enviarse al controlador del manipulador para ejecutar una accion determinada. En la figura 72, se observa la ubicación del tablero de control de la celda robotica.

Figura 72 Ubicación del tablero de control

Fuente. CAV Ingenieros; Modificado por el autor

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

Ubicación de bandas buffer

En la figura 73 se presentará la ubicación definida para las bandas transportadoras buffer izquierda y derecha estas, tambien son conocidas como bandas pulmon y son las encargadas de trasportar el producto en las condiciones optimas para entregar al cliente final, estas bandas llevarán el producto desde las dos lineas de produccion hasta las bandas pick-up de la celda robotica, donde el manipulador robotico recogerá los bultos. Cada una de las bandas buffer cuenta con 3 sensores autorelfectivos para ubicar el producto dentro de la banda e irán ubicados de la siguiente manera: Sensor 1: 15 cm despues de iniciar la banda Sensor 2: Exactamente en la mitad de la banda Sensor 3: 15 cm antes de finalizar la banda Figura 73 Ubicación de bandas buffer

Fuente. CAV Ingenieros; Modificado por el autor

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

Ubicación bandas Pick-Up

La ubicación que se tiene dispuesta para las bandas transportadoras Pick-Up, para la propuesta de paletizado automatizado, se puede visualizar en la figura 74.

Es importante conocer que las bandas transportadoras Pick-Up es la última parte donde llegará el producto dentro de las bandas y ahí se recogerá el bulto por medio del gripper, por esto mismo hay que tener en cuenta que el gripper descenderá aproximadamente 10cm por debajo de estas bandas; por lo tanto los dedos y manos del gripper tiene que pasar entre el espacio que hay entre los rodillos de la banda Pick-Up. Adicionalmente cada una de estas bandas transportadoras tiene 2 sensores para informar al controlador si hay presencia de bulto sobre la banda.

Figura 74 Ubicación bandas Pick-Up

Fuente. CAV Ingenieros; Modificado por el autor

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

Ubicación de pantalla táctil para operar el robot

La pantalla táctil también conocida como panta HMI (interfaz hombre - máquina) será la que permitirá que el operario encargado de la celda robótica; inicie, pause, restaure, supervise y controle, es decir, interactúe con la celda robótica y su procedimiento. Por ejemplo desde la HMI, el operario puede iniciar el funcionamiento de la celda robótica, puede visualizar en que numero de piso o capas y numero de bulto se encuentra la estiba durante el proceso de paletizado, puede visualizar indicadores de las señales de los sensores de cada banda y de las estibas, puede colocar en funcionamiento las bandas cada una por separado, puede interactuar con el gripper. La ubicación de esta pantalla se puede observar en la figura 75.

Figura 75. Ubicación de pantalla táctil para operar el robot

Fuente. CAV Ingenieros; Modificado por el autor

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

Ubicación del sistema de estibas

En la figura 76 se muestra las guías de las estibas para que el operario las suministre adecuadamente, se recomienda que la entrada y salida de la estiba se haga por medio de gato hidráulico o montacargas; además se visualiza la ubicación de los 2 sensores autoreflectivos los cuales indicarán la presencia de estiba. Y por último se logra observar las 2 estibas y donde quedaran ubicadas teniendo en cuenta que este procedimiento de paletizado se hará con estibas de dos entradas y con dimensiones de 1.25 m x 1.5 m, ya que son las que permiten paletizar simétricamente los bultos de 50 kg (Más adelante se detallará la ubicación de los bultos sobre la estiba).

En la imagen: o Los círculos en rojo indican la ubicación de los sensores reflectivos para detección de estiba. o Los rectángulos en verde indican la ubicación de las guías para acomodar las estibas o Las flechas en azul indican la ubicación de las estibas.

Figura 76. Ubicación del sistema de estibas

Fuente. CAV Ingenieros; Modificado por el autor

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

Ubicación de elementos de seguridad

La propuesta de la celda robótica cuenta con 4 paros de emergencia, los cuales podrán ser accionados por los operarios en caso de emergencia o querer detener inmediatamente el proceso que se está realizando en la celda robótica.

Dentro de los elementos de seguridad se dispone con 4 cortinas de seguridad que detectarán la presencia de cualquier persona o elemento que ingrese a la celda robótica, esto se hace con el fin de detener el proceso que se esté realizando y evitar que ocurran accidentes; cada cortina de seguridad cuenta con una parte de emisión y otra de recepción. Y adicionalmente se plantea utilizar 2 indicadores o balizas con el fin de conocer el procedimiento de que este realizando la celda robótica; se pretende diseñar estados que se pueden llegar a visualizar por las balizas como: en operación, en pausa o detenida por emergencia.

En la figura 77 se encuentran ubicados los elementos de la siguiente manera: o Los rectángulos anaranjados indican la ubicación de las cortinas de seguridad horizontales. o Los rectángulos rojos indican la ubicación de las cortinas de seguridad verticales. o Los círculos azules muestran la ubicación de los paros de emergencia distribuidos de la siguiente manera: en el lado derecho, en el lado izquierdo, en la pantalla HMI y en el tablero de control. o Los triángulos verdes señalan la ubicación de las balizas encargadas de indicar el estado en el que se encuentra la celda robótica.

Figura 77 Ubicación de elementos de seguridad

Fuente. CAV Ingenieros; Modificado por el autor

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

Ubicación del cerramiento en malla y canaleta a piso

El cerramiento en malla cumple con la función de delimitar parte del espacio que utilizará, especialmente en la que existe mayor posibilidad de que ocurra un accidente. Su principal función es no permitir el ingreso de personas sin autorización y proteger a las personas de posibles accidentes, por ejemplo ser golpeadas por el manipulador robótico.

La canaleta a piso tiene la función de encerrar y proteger el cableado eléctrico y las mangueras para la alimentación neumática de la celda robótica, Adicionalmente beneficia la estética de la celda robótica.

En la figura 78: o Las líneas en verde indican la ubicación del cerramiento en malla. o Lo encerrado en azul indica la ubicación de la canaleta a piso.

Figura 78 Ubicación del cerramiento en malla y canaleta a piso

Fuente. CAV Ingenieros; Modificado por el autor

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9.3 Manipulador robótico Para la elección del robot se realizó una comparación entre varios manipuladores robóticos angulares disponibles en el mercado, con el fin de conocer las características de cada uno de ellos y escoger el que más se adecue al proceso de paletizado de bultos de fertilizante de 50 kg. Dicha comparación se puede evidenciar en la tabla 28, la información de los manipuladores robóticos de ésta tabla se obtuvo por medio de catálogos virtuales de las empresas ABB 39, KUKA40, MOTOMAN 41y MITSUBISHI42.

Tabla 28. Comparación de robots angulares

ESPECIFICACIÓN DE MANIPULADORES ROBÓTICOS PARA PALETIZADO Marca Del Robot

ABB ABB MOTOMAN MOTOMAN MOTOMAN MOTOMAN

Referencia Del Robot

IRB760 IRB460 MPL80 MPL100 MPL160 MPL300 KR 120 KUKA R3200 PA KR 180 KUKA R3200 PA KR 240 KUKA R3200 PA MITSUBISHI RV-12SQL Fuente. El autor

Máximo Peso De Carga (kg)

Peso Alcance Repetibilidad Del Numero Máximo (mm) Robot De Ejes (m) (kg)

450 110 80 100 160 300

3,180 2,400 2,061 3,159 3,159 3,159

0,05 0,20 0,07 0,50 0,50 0,50

2310 925 550 1700 1700 1820

4 4 5 4 4 4

120

3,195

0,06

1075

5

180

3,195

0,06

1093

5

240

3,195

0,06

1103

5

12 kg

1,385

0,05

99

6

39

ABB. Paletizador robótico de alta velocidad [en línea]. 2015. [citado en 2015-09-25].

Disponible en Internet < http://new.abb.com/products/robotics/es/robots-industriales/irb460> 40 KUKA. Robots industriales carga pesada [en línea]. 2015. [citado en 2015-09-25].

Disponible en Internet < http://www.kuka-robotics.com/es/products/industrial_robots/high/> 41 MOTOMAN. Robots de paletización [en línea]. 2015 [citado en 2015-09-25]. Disponible en Internet < http://www.logismarket.es/ip/yaskawa-iberica-robot-de-paletizacion-robotsde-paletizacion-mpl-594403.pdf> 42 MITSUBISHI. Industrial robot. [en línea].2015. [citado en 2015-09-25]. Disponible en Internet < http://mitsubishirobotics.com/pdf/MEAU_product_catalog.pdf>

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El manipulador se debe elegir bajo el principal parámetro del máximo peso de carga, ya que el bulto de fertilizante pesa 50 kg, el gripper que se mencionará más adelante tiene un peso de 73 kg, y sumando estos dos pesos se entiende que el manipulador como mínimo debe ser capaz de cargar 123 kg.

Según este peso se puede descartar algunos de los manipuladores. Por ejemplo.

Los MOTOMAN (MPL80, MPL100), ABB (IRB460) y el MITSUBISHI (RV-12SQL), por lo que son robot con carga máxima inferior a los 123 kg. Además se debe tener en cuenta que no se justifica tener robots que sobrepasen en gran medida el peso requerido, entonces lo manipuladores ABB (IRB760), MOTOMAN (MPL300), KUKA (KR 240 R3200 PA) también serán descafilados, ya que sobrepasan los requerimientos.

Hasta el momento son tres los manipuladores que aún pueden ser seleccionados, pero teniendo presente que el KUKA (KR 120 R3200 PA), tiene una capacidad de carga casi idéntica al requerimiento se prefiero no ser seleccionado, para no obligar al manipulado robótico de trabajar al límite de su máxima carga Los manipuladores MOTOMAN (MPL160) y KUKA (KR 180 R3200 PA), serían entonces las mejores opciones para realizar el paletizado de bultos de fertilizante de 50 kg, aunque el MPL160 se acerca más al requerimiento del máximo peso de carga, se prefiere escoger el robot KUKA (KR 180 R3200 PA) por los siguientes motivos:   

Tiene un mayor alcance de trabajo Tiene una mejor repetibilidad, lo que implica un mejor desempeño.

Adicionalmente es más ligero

9.4 KUKA KR 180 R3200 PA (KR QUANTEC) Este manipulador robótico es fabricado principalmente para ser utilizado en el proceso de paletizado, el cual es diseñado con unos parámetros que le permiten al robot mantener un paralelismo en todo instante entre la superficie y la herramienta final, es decir, el gripper el cual se utilizara en esta propuesta.

El KR 180 es un manipulador robótico rápido (realiza 1620 ciclos por hora) y alto el cual le permite tener una gran área de trabajo realizando sus movimientos de paletizado con seguridad y rapidez siendo capaz de trabajar con cargas de 180 kg y con alcances de 3200mm, permitiendo que este manipulador sea una excelente opción para emplearlo en la propuesta que se está realizando. En la figura 79 se puede visualizar el manipular KR 180.

~ 129 ~

Figura 79. KR 180

Fuente. KUKA 9.4.1 Características manipulador KR 180: A continuación en la tabla 29 se mostrarán las especificaciones del robot KR 180 obtenidas directamente de la página web oficial de KUKA 43: Tabla 29. Especificaciones KR 180 ESPECIFICACIONES KR 180 CARGAS Carga 180 kg Carga adicional 50 kg ZONA DE TRABAJO Máx. alcance 3195 mm OTROS DATOS Y MODELOS Número de ejes 5 Peso 1093 kg Posiciones de montaje

Suelo

Unidades de control

KR C4

Fuente. KUKA 43

KUKA. KR 180 R3200 PA (KR QUANTEC) [en línea]. 2015. [citado en 2015-09-26].

Disponible en Internet < http://www.kukarobotics.com/es/products/industrial_robots/special/palletizer_robots/kr180_r3200_pa/>

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9.4.2 Componentes y partes del robot KR 180 Cuando se decide por un robot KUKA de estas características se encontrará adicionalmente con otros elementos necesarios para su funcionamiento, los cuales vienen incluidos en la compra total del manipulador, estos elementos se pueden visualizar en la figura 80.

Figura 80. Componentes del robot KUKA

Fuente. KUKA    

Manipulador robótico KR 180 R3200 PA (KR QUANTEC).(1) Cables de conexiones.(2) Controlador KR-C4 para el manipulador robótico.(3) SmartPad (4)

Adicionalmente es necesario conocer la estructura física del manipulador que se utilizará para esta propuesta de paletizado automatizado, por lo que se describirá a continuación:       

Muñeca (1) Brazo (2) Brazo de enlace (3) Sistema contrabalanceo (4) Instalaciones eléctricas (5) Bastidor de base (6) Columna rotativa (7)

En la figura 81. Es posible visualizar cada una de estas partes.

~ 131 ~

Figura 81 Partes del robot KR 180

Fuente. KUKA

A continuación por medio del manual virtual del KR 180 suministrado por KUKA44 se procederá a explicar las partes del robot. 

El sistema de contrabalanceo; está instalado entre la columna giratoria y el brazo de enlace y sirve para minimizar los movimientos no deseados que se generan alrededor del eje 2, cuando el robot está en movimiento y en reposo. Se utiliza un sistema cerrado, hidroneumático, este sistema consta de dos acumuladores, un cilindro hidráulico con mangueras asociadas y un manómetro; Un disco de ruptura sirve como un elemento de seguridad para proteger contra sobrecargas cuando se llena el sistema de contrapeso.



El robot KR 180 está equipado con una muñeca para cargas de 180 kg; esta muñeca está fijada al brazo por medio de unos engranajes, incluye un servomotor de corriente alterna que permite el movimiento en el eje 6, adicionalmente la muñeca incluye una brida normalizada para estos robots que permitirá acoplar el gripper que se requiera, es decir, en este caso el gripper para bultos hasta de 50 kg.

44

KUKA. KR QUANTEC PA Especificaciones. [en línea]. 2015. [citado en 2015-09-26].

Disponible en Internet < http://www.kuka-robotics.com/res/sps/e6c77545-9030-49b1-93f54d17c92173aa_Spez_KR_QUANTEC_PA_en.pdf>

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

El brazo del robot se encarga de realizar la unión entre la muñeca y el brazo de enlace teniendo en cuenta que el movimiento de esta parte del manipulador está a cargo del eje 3. Éste mismo eje es el encargado de unir el brazo con el brazo de enlace.



El brazo de enlace; es el que se une a un extremo con la columna rotativa y al otro extremo con el brazo y por su interior se encuentran los cables de conexión requeridos para elementos que van después de esta parte del manipulador, es decir, los necesarios para el brazo, muñeca y gripper.



La columna rotativa; es la que contiene los ejes 1 y 2 y realiza la unión entre el brazo de enlace y el bastidor de base.



El bastidor de base; se une con la columna rotativa y la base de anclaje para instalación (la cual según el proyecto a realizar se diseña de diferentes características). En el bastidor de base se aloja las conexiones para las instalaciones eléctricas, neumática e hidráulica.



Los cables de conexión que incluye este manipulador robótico son:

o X20-X30: Este cable es el que permite la alimentación eléctrica de 440 V AC para el manipulador robótico. El extremo de este cable marcado con “X20” se dirige hacia el controlador KR-C4 y el otro extremo marcado con “X30” se debe conectar al manipulador. o X21-X31: este cable es el que permite la comunicación de datos entre el controlador KR-C4 y el manipulador robótico KR 180; y su conexión se debe realizar de la siguiente manera el extremo indicado con “X21” conectarse con el controlador y el otro extremo “X31” conectarse al manipulador robótico.

9.4.3 Sistema de ejes del manipulador robótico KR 180 PA En las especificaciones técnicas del manipulador consignadas anteriormente en el texto se informa que estos manipuladores robóticos cuentan con 5 ejes y a continuación en la figura 82 pueden visualizar.

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Figura 82. Ejes del manipulador robótico

Fuente. KUKA A esta figura es necesario realizar unas aclaraciones para que sea posible entender correctamente el sistema de ejes y poder continuar, entonces, primero ya se sabe que está referencia de manipulador robótico cuenta con 5 ejes pero en la imagen solo se muestra la posibilidad de accionar cuatro ejes los cuales son:    

A1: Encargado del movimiento sobre la base del manipulador.

A2: Encargado del movimiento del brazo de enlace A3: Encargado del movimiento del brazo A6: Encargado del movimiento de la muñeca.

Cabe la pregunta ¿Dónde se encuentra el eje restante?; y la respuesta es simple, tal y como se había mencionado este manipulador robótico es diseñado para procesos de paletizado y cuenta con la ventaja de que siempre va mantener un paralelismo entre la muñeca del robot y la superficie a la que se ancla el robot para asegurar un correcto paletizado, es decir, el eje que hace falta estipular en la figura 82 es el que se encarga de éste procedimiento y es nombrado como “A5” el cual será el eje 5, sencillamente no se estipula en la imagen, por lo que los movimientos sobre este eje se hacen automaticamente. En la figura 83 se puede observar el servomotor que permite el movimiento sobre el eje 5.

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Figura 83. Eje 5, robot KUKA

Fuente. KUKA Ahora es necesario resolver otra posible duda ¿Dónde se encuentra el eje 4?; En esta referencia de manipulador robótico no se nombra ningún eje 4, motivo por el cual no se puede visualizar en la imagen, esto sucede porque la empresa KUKA tienen asignado un orden para los ejes en todos sus manipuladores robóticos, y EL KR 180 PA no es diseñado con este eje. Para aclarar esta posible pregunta a continuación en la figura 84 se mostrará un ejemplo de un manipulador robótico que cuenta con todos los ejes.

Figura 84. Robot con seis ejes

Fuente. Blanco. J

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Retomando la información del manipulador KR 180 PA y entendido la denominación de los ejes se presentará en la tabla 30 las especificaciones de los movimientos para cada eje según el manual de KUKA45 para éste manipulador.

Tabla 30. Especificación de los ejes EJE

RANGO DE MOVIMIENTO, LIMITADO POR SOFTWARE

VELOCIDAD CON CARGA UTIL NOMINAL

1

+/- 185°

105°/s

2

-5° a - 140°

107°/s

3

+155° a 0°

114°/s

5

Eje de activación no seleccionable

173°/s

6

+/- 350°

242°/s

Fuente. KUKA 9.5 Gripper SAS referencia FBG-5046 El gripper, end-effector o herramienta final es un componente esencial para realizar esta propuesta conceptual de implementación de la celda robótica para el proceso de paletizado; ya que este será el que se encargara de agarrar, levantar, transportar y depositar los bultos las dimensiones ya estipuladas; este gripper se unirá a la muñeca del robot por medio de una brida estandarizada en los robots KUKA. Existen diferentes tipos de grippers según la aplicación y también diferentes modelos que pueden realizar el mismo tipo de función, pero lo que los diferencia son los componentes y estructura de cada gripper. Para este proyecto se escogió un gripper marca SAS de referencia FBG-50 el cual está diseñado para funciones de paletizado de bultos de diferentes dimensiones y peso, soportando un peso máximo de 50kg. En la figura 85 se puede observar la herramienta final mencionada.

45

KUKA. KR QUANTEC PA Especificaciones. [en línea]. 2015. [citado en 2015-09-26].

Disponible en Internet < http://www.kuka-robotics.com/res/sps/e6c77545-9030-49b1-93f54d17c92173aa_Spez_KR_QUANTEC_PA_en.pdf> 46

SAS Automation. Palletizing Bag Gripper Datasheet [en línea].2010. Estados Unidos. [citado en 2015-09-16].

Disponible en Internet < http://www.vacucom.co.uk/_images/_uploads/sas_bag_gripper.pdf>

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Figura 85. Gripper SAS

Fuente. SAS Automation 9.5.1 Arquitectura y especificaciones del gripper La empresa SAS Automation encargada de la fabricación de este gripper suministra su hoja de datos47, en la que se conoce las especificaciones de la pinza robótica y los parámetros de los bultos que pueden ser cargados       

Referencia: FBG-50 Peso del gripper: 73 kg Peso de carga: 50 kg Ancho mínimo: 170 mm Ancho máximo: 550 mm Grosor mínimo: 65 mm Grosor máximo: 165 mm

Este gripper tiene una arquitectura en la cual se puede caracterizas tres partes importantes las cuales son los dedos, las manos o centrador, y el pisador.

Dedos del gripper Los dedos se encuentran al extremo del gripper son los encargados de agarrar el bulto de los laterales y la parte inferior. Se puede asimilar que tiene una forma en “L”; tal y como se observa en la figura 86.

47

SAS Automation. Palletizing Bag Gripper Datasheet [en línea].2010. Estados Unidos. [citado en 2015-09-16].

Disponible en Internet < http://www.vacucom.co.uk/_images/_uploads/sas_bag_gripper.pdf>

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Figura 86. Dedos del gripper

Fuente. SAS Automation Manos del gripper Las manos o centradores van al interior del gripper y realizan el mismo movimiento que los dedos, pero estos tienen como funci贸n lograr que el bulto se mantenga en la posici贸n deseada para paletizar, es decir, de una forma centrada dentro del gripper, este permite centrar el bulto tanto al momento de agarrar el bulto como al momento de soltar el bulto. En la figura 87 se visualiza lo mencionado.

Figura 87. Manos o centradores del gripper

Fuente. SAS Automation

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Pisadores del gripper Los pisadores tienen la funci贸n de asegurar el bulto contra los dedos y logran que el bulto no tenga un movimiento no deseado mientras el gripper haga sus traslado, adicionalmente ayuda que el producto mantenga una forma m谩s plana que permite asegurar la estabilidad de la estiba paletizada, es decir, previene de errores como que se salga el bulto del gripper. Se debe tener presente que la fuerza que se va ejercer no maltrate el bulto ni el producto en su interior. En la figura 88 se exponen los pisadores del gripper FBG-50.

Figura 88. Pisadores del gripper

Fuente. SAS Automation

Manija reguladora del espacio entre los laterales Este gripper cuenta con una herramienta que facilita en gran medida graduar la distancia entre los dedos y entre los centradores, esto se realiza por medio de una manija la cual hace girar una varilla roscada para ajustar el gripper a los diferentes tipos de referencia, por ejemplo las presentaciones de venta de 50, 40, 25 y 20 kg para los bultos de fertilizantes. En la figura 89 se muestra la manija mencionada.

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Figura 89. Manija del gripper para cambiar medidas

Fuente. SAS Automation Actuadores del gripper Este gripper es capaz de realizar sus movimientos gracias a 6 actuadores neumáticos los cuales se dividen de la siguiente forma:   

2 actuadores que realizan el movimiento simultaneo de los dedos.

2 actuadores que realizan el movimiento simultaneo de los centradores o manos 2 actuadores que realizan el movimiento simultaneo de los pisadores.

Sensores del gripper Este gripper viene con 9 sensores de los cuales son: 8 sensores magnéticos utilizados para detectar la posición de cada uno de los actuadores y estan ubicados de la siguiente forma:     

2 sensores en el actuador de los dedos de la parte derecha; un sensor ubicado al inicio y el otro al final del actuador.

2 sensores en el actuador de los dedos de la parte izquierda; un sensor ubicado al inicio y el otro al final del actuador, 2 sensores en el actuador del centrador o mano de la parte derecha; un sensor ubicado al inicio y el otro al final del actuador 2 sensores en el actuador del centrador o mano de la parte izquierda; un sensor ubicado al inicio y el otro al final del actuador Y finalmente el último sensor el encargado de detectar la presencia del bulto, este sensor es tipo autoreflectivo y se encuentra ubicado en la parte superior interna del gripper, es decir, apuntando el haz de luz del sensor hacia donde se ubicara el bulto.

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Resumen del funcionamiento del gripper En resumen la forma con la que realiza los movimientos el gripper es la siguiente:   

El manipulador robótico desplaza al gripper hasta la banda transportadora pick-up, donde espera un bulto a ser recogido.

El gripper debe llegar en la siguiente posición: con los dedos y centradores abiertos y el pisador sin actuar.

El gripper baja hasta la mesa pick-up de tal manera que cada uno de los dedos ingrese por los orificios de los rodillos de la banda siempre y cuando ya haya un bulto en esta mesa a la espera de ser recogido, el cual se podrá detectar con el sensor de presencia de bulto. En la figura 90 se puede observar la forma con la que el gripper debe ingresar a las banda pick-up, Figura 90. Gripper y Banda pick-up

Fuente. Blanco. J      

El gripper se ubica de la manera adecuada sobre esta banda pick-up, es decir, con los dedos por debajo de la banda, pero con los centradores o manos por encima de la banda de tal forma que alcance agarrar el bulto.

Se cierran las manos logrando centrar el bulto.

Actúan los pisadores de tal forma que ejerzan una fuerza vertical sobre el bulto aprisionándolo contra la banda pick-up, pero posteriormente contra los dedos.

Casi inmediatamente que el paso anterior se cierran los dedos agarrando el bulto para que posteriormente soporte su peso sobre los dedos.

El gripper ya con el bulto se retira verticalmente de la banda pick-up El manipulador robótico desplaza al gripper hasta la estiba.

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   

El gripper se ubica en unas coordenadas definidas con anterioridad, según corresponda sobre la estiba, es decir, teniendo en cuenta el número de bulto a ubicar y el número del nivel o capa de bultos en la estiba.

Se abren los dedos permitiendo que caiga el bulto por medio de la fuerza gravitacional.

Se abren los centradores y los pisadores retoma su posición de reposo.

Se repiten todos los pasos anteriores de manera cíclica.

Es primordial que los pasos en los que el gripper deja caer el bulto, se realicen en ese orden, es decir, no abrir los centradores hasta que el bulto caiga sobre la estiba, con esto se asegura que el bulto caiga de una manera adecuada. En la figura 91 se puede entender graficamente la importancia de lo mencionado.

Figura 91. Caída correcta del bulto

Fuente. Blanco. J 9.6 Instalación mecánica y eléctrica de la celda robótica Para poder desarrollar las funciones de la celda robótica se debió haber hecho una instalación y conexión correcta de cada uno de sus elementos, los cuales se mencionarán brevemente a continuación, ya que se sale del alcance del proyecto y le corresponderá a aquel que decida llevar la implementación de la celda. 

Realizar la instalación mecánica de los elementos de la celda robótica es decir, demarcar el lugar de cada elemento de la celda robótica dentro de la empresa a realizar el proyecto, según los planos e instalarlos dejando fijo y correctamente anclado: las dos bandas buffer, las dos bandas pick-up, el tablero de control, el controlador del robot KR-C4, las canaletas a piso, los soportes para la pantalla, soportes para las cortinas de seguridad, el

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  

  o o o o o o o o o o o o o o o     

cerramiento en malla, las guías de las estibas, los soportes para los sensores de las estibas.

Anclar el manipulador robótico a la base del robot.

Conectar la manguera de neumática del gripper a la muñeca del robot.

Conectar correctamente el manipulador robótico a sus fuentes de alimentación, es decir, conectar el cable de alimentación de 440 v AC del controlador al robot; conectar el punto cero neumático a la unidad de mantenimiento neumático y de la unidad de mantenimiento al robot esto con el fin de suministrar aire a las electroválvulas y después a los actuadores del gripper.

Conectar el KR-C4 o controlador del robot a su fuente de alimentación (440v AC).

Realizar el montaje de los elementos incluidos dentro del tablero de control según como se haya diseñado, en éste tablero se incluirán: Rieles 1 interruptor de 440V 1 totalizador trifásico 440v AC Barraje tetrapolar de 15 conexiones 2 breakers bifásicos para los variadores de velocidad de los motores de las 4 bandas 1 breaker bifásico para una de las fuentes de 24V 10 A, que manejara el modulo I/Os. 1 breaker bifásico para la otra fuente de 24V 10 A, que suministrara los 24 V DC al resto de elementos del tablero.

Borneras sencillas, dobles y de portafusiles.

Canaleta de cableado para el tablero.

2 fuentes de alimentación con salida de 24 V DC y 10 A 4 Variadores de frecuencia 1 modulo I/Os con 32 entradas digitales y 32 salidas digitales Switch Ethernet Relés de estado solido Relés de seguridad para las cortinas de seguridad Conectar cada uno de los elemento del tablero adecuadamente Conectar todos los sensores (3 de banda buffer izquierda, 3 de banda buffer derecha, 2 de banda pick-up izquierda, 2 de bandas pick-up derecha, 2 de presencia de estibas) a 24v-0v DC y su señal.

Conectar los motores de las bandas a los variadores de frecuencia.

Instalar y conectar los 4 paros de emergencia estos se conectan en serie y luego de esto se conectan adecuadamente al conector X11 del KR-C4 que es el encargo de la parte de seguridad del robot.

Instalar y conectar las cortinas de seguridad al conector X13 del KR-C4

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   

Realizar la calibración del manipulador robótico sin gripper. Esto se realiza con el fin de asegurar que el robot realice los movimientos de sus ejes en forma adecuada.

Instalar o ensamblar el gripper SAS al robot KUKA. Realizar nuevamente la calibración, pero esta vez con el gripper ensamblado en el manipulador.

Conectar el cable de energía y datos del gripper al robot y del robot al controlador KR-C4.

9.7 Aportes de programación para la celda robótica Para esta propuesta no se planteó como objetivo ni alcance realizar la programación y control del manipulador robótico, ya que no se cuenta con los elementos necesarios para realizarla. Motivo por el cual no se va a tratar el tema; simplemente se mencionarán algunos procedimientos básicos sobre esto: Después de haber realizado cada uno de los pasos de instalación eléctrica, neumática y mecánica y asegurándose que se haya realizado correctamente cada proceso, se procederá con la configuración inicial de programación del manipulador robótico la cual se realiza desde el Smart Pat del KR-C4.

En este paso se nombrar el robot, se probará la comunicación con el modulo I/Os verificando la señales de entradas por ejemplo los sensores de las bandas y señales de salidas por ejemplo las balizas, se verificara la comunicación con el Switch Ethernet y posteriormente la comunicación de los variadores de frecuencia, se verificará comunicación con la pantalla táctil.

Y se realizará toda la programación necesaria para que el robot y las bandas transportadoras se comporten de la manera adecuada para el proceso de paletizado con ayuda de las señales de cada uno de los sensores y configuraciones de todos los elementos de la celda robótica, recordando que la programación se debe realizar en WorkVisual.

Entre la programación se debe realizar:   

Identificar y crear las variables necesarias por ejemplo las señales de los sensores del gripper, salidas o actuadores del gripper, sensores de bandas y de presencia de estiba Nombrar y crear subrutinas dentro del programa según el procedimiento que vaya a realizar la celda robótica para cada referencia de bultos.

Establecer una programación para el movimiento adecuado de las bandas buffer de cada línea, es decir, si deben estar en funcionamiento o no y la velocidad a la cual se espera que trabajen. Por ejemplo. Realizar un

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

 

 





subprograma en caso de requerir ambas líneas al tiempo o solo una. Definir el movimiento de dichas bandas dependiendo el número de bultos que se encuentre en la banda buffer, es decir, si la banda está llena de bultos debe detenerse, siempre y cuando la banda pick-up no le solicite bulto, igualmente se debe detener si la banda pick-up ya se encuentra ocupa por producto.

Se debe programar el movimiento de las bandas pick-up teniendo en cuenta que deben estar en movimiento solo cuando se le solicite, es decir, si está en circulación una o dos líneas de producción, y haya presencia de bulto en la bandas buffer; y cuando ya tenga el bulto al final de la banda debe detenerse por cuestión de eficiencia energética teniendo en cuenta los principios misionales de la Universidad Agraria de Colombia, con esto se logra reducir los movimientos innecesario evitando un mayor consumo de energía, y mayor desgaste en los elementos mecánicos de la banda.

Se debe programar el funcionamiento de los actuadores del gripper según los sensores y el procedimiento de paletizado que se pretenda realizar.

Determinar los puntos de proximidad, son las coordenadas en las que el manipulado robótico debe llegar antes de llegar a la ubicación requerida, se hace con el fin de evitar un movimiento directo y que se pueda ocasionar un choque entre el manipulador y otro elemento.

Establecer las coordenadas para desplazarse hasta la banda pick-up y recoger el bulto.

Asignar las coordenadas de los movimientos adecuados que debe realizar el manipulador robótico para trasladar el bulto desde la banda pick-up, con esto se logra evitar que el robot llegue a golpear algún objeto durante su movimiento.

Establecer las coordenadas en las cuales se debe depositar el bulto de manera organizada sobre la estiba. Para esto hay que tener en cuenta que referencia de bulto se está paletizando, si hay presencia de estiba, el lugar exacto donde se debe depositar, es decir en cual nivel de la estiba y en qué posición de ese nivel.

Se debe programar y crear un interfaz visual para la pantalla táctil la cual permita al usuario intervenir en el proceso de paletizado, por ejemplo: el operario podrá visualizar lo que se está realizando en el momento, puede iniciar o correr diferentes subprogramas según la rutina y referencia de bulto, puede pausar y volver a iniciar el procedimiento en cualquier instante, visualizar que estiba se está paletizando y el porcentaje de bultos que se ha paletizado sobre la estiba.

Se resalta que para establecer adecuadamente las coordenadas en las que el manipulador depositará el producto, se debe conocer las dimensiones de la estiba y la configuración por capa de bultos. En el caso del bulto de fertilizante de 50 kg, y según las dimensiones mencionadas en la tabla 9, se entiende que la estiba más adecuada para paletizar éste tipo de producto es la que tiene las medidas de

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(1.25m x 1.5m). En las estibas de éste tamaño se puede paletizar hasta 5 bultos por capa, adicionalmente se entiende que hay 2 configuraciones para las capas de bultos de 50 kg, tal y como se observa en la figura 92, quiere decir, que las capas de bultos se intercalan de tal manera que los niveles pares de la estiba paletizada tengan una configuración de capa y los niveles impares la otra configuración. Con esto se logra mantener una mayor estabilidad y firmeza en la estiba ya paletizada.

Figura 92. Configuración por capa bultos 50kg

Fuente. El autor Por último la cantidad de capas de una estiba paletizada se define principalmente por la capacidad de carga de la estiba. Se recomienda que para los bultos de fertilizante de 50 kg, utilizar 8 capas por estibas, siempre y cuando la estiba tenga una de capacidad nominal de 2000kg.

8.8 Rutina de paletizado bultos de fertilizantes de 50 kg Después de haber realizado la instalación mecánica, eléctrica, neumática, y de haber programado correctamente el robot según los parámetros dados. La celda robótica cumplirá con su objetivo de paletizar bultos de fertilizante hasta de 50 kg.

Quiere decir, que la celda robotica para el paletizado de bultos básicamente realizará los ciclos de: 

Recibir los bultos de la línea de producción por medio de las bandas trasportadoras buffer. En este diseño se puede recibir: o El mismo tipo de fertilizante en bultos de la misma referencia por ambas líneas

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 



   



   

o 2 distintos tipos de fertilizantes contenidos en bultos de la misma referencia. Cada producto por diferente línea de producción. o Bultos de la misma referencia por una línea de producción, mientras la otra está detenida.

Transportar los bultos desde la banda trasportadora buffer hasta la pick-up.

Una vez el bulto se encuentre en la banda transportadora pick-up el manipulador robótico se dirigirá a un punto de proximidad de ésta. En el caso de que exista presencia de bulto por ambas bandas trasportadoras, el robot se dirigirá a la que primero haya enviado las señal de presencia de bulto.

Cuando el brazo robótico se encuentre en el punto de proximidad de la banda de recolección de producto (pick-up), el gripper se adecua para la recolección de bultos, es decir, se abren los dedos y centrados y se revisa que pisador este accionado.

Posteriormente el manipulador desplaza la pinza robotica a la posición adecuada para recoger el producto Después de que este correctamente situado el gripper sobre el bulto, se cierran los centradores y dedos; además desciende el pisador para sujetar el bulto.

El manipulador se aleja verticalmente de la banda de recolección hasta un punto de proximidad.

Una vez se encuentre en este punto de proximidad el manipulador, se dirige a la estiba determinada. Esta celda robotica se propuso con la idea de paletizar sobre dos estibas simultáneamente si se requiere o simplemente sobre una sola. Es decir, si se está paletizando dos productos a la vez, se dispondrá una estiba por tipo de producto, en el caso de que se esté paletizando un solo producto se podrá depositar el producto sobre una estiba o sobre las dos.

Luego de haber definido la estiba a la cual se va dirigir se acerca hasta un punto de proximidad. Donde posteriormente se ubicará en el lugar exacto para depositar el bulto adecuadamente sobre la estiba. Teniendo en cuenta el nivel de la estiba y lugar en configuración de la capa de bultos (ver figuras 58 y 92 ) En esa coordenada el gripper abrirá los dedos dejando caer el bulto por efecto de gravedad, una vez el bulto caiga abrirá los centradores y los pisadores retoman la posición (sin actuar) El manipulador robótico retomará la posición de inicio, para continuar con el proceso de paletizado.

Cuando se haya paletizado una estiba completamente se detendrá el tiempo necesario para que por medio de un monta cargas o gato hidráulico se retire la estiba paletizada y se suministrar una estiba vacía.

Finalmente inicia nuevamente la rutina

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10. CONCLUSIONES Con el desarrollo de esta monografía fue posible evidenciar que realizar el paletizado de bultos de fertilizante de 50 kg de forma manual, implica un alto riesgo a la salud del trabajador y estos mismos riesgos afectan los procesos de producción de la empresa en más de una forma. Por ejemplo, el hecho de que un trabajador llegara a sufrir una lesión muscolo-esquelética o al algún tipo de accidente, deberá detenerse inmediatamente el proceso de paletizado generando tiempos muertos e impactando la productividad. Por ende, esto obliga a la empresa a disponer de otro funcionario para suplir la ausencia del lesionado, y cubrir los gastos médicos del afectado.

Así mismo, se determinó que el nivel de riesgo en los procesos de manipulación manual de cargas está ligado a diversos factores de la actividad, por lo tanto, es primordial conocer adecuadamente cada uno de esos factores, para lograr obtener un resultado certero. Quiere decir, que lo primero que se debe hacer es analizar detalladamente la situación de estudio, para obtener cada uno de los siguientes parámetros:        

Desplazamiento vertical Frecuencia y duración de los levantamientos Tipo de objeto a manipular.

Los movimientos que realiza el operario durante la manipulación La distancia a la que se sujeta el bulto respecto al cuerpo El entorno donde se ejecuta la labor La facilidad o dificultad de sujetar el producto La condición de la persona (edad, experiencia, genero, contextura física, historial médico)

Una vez reconocida la situación se debe cuantificar el nivel de riesgo por medio de las ecuaciones que determinan el máximo peso recomendado para la manipulación de cargas, se pretendió cuantificar el nivel de riesgo, teniendo en cuenta que éste es difícilmente cuantificable y no existe un valor estrictamente estipulado que determine cuando una labor es riesgosa o no.

Fue posible conocer que el hecho de variar alguno de los parámetros del proceso, afecta radicalmente el resultado obtenido para el peso máximo recomendado, es decir, según el tipo de situación específica que se estudie se puede obtener un resultado diferente.

El máximo peso recomendado para manipular será afectado negativamente cada vez que la condición en la que se realice la actividad empeore, lo anterior fue posible evidenciarlo al variar cada uno de los parámetros de la situación. Por ejemplo:

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









Entre mayor fue el desplazamiento vertical de la carga, el valor para este factor se acercaba a 0 y disminuía el máximo peso recomendado. Entre menor fue el desplazamiento vertical el factor se acercaba a 1 y se aumentaba el valor para el máximo peso recomendado.

Sí durante la manipulación manual de los bultos no se realiza ningún giro en el torso, se obtendrá un mejor resultado para el máximo peso recomendado, pero a medida que se aumentó el ángulo de giro, el máximo peso recomendado disminuyo.

Adicionalmente la frecuencia y duración del levantamiento, impacto significativamente el resultado obtenido, se concluyó que entre mayor sea la cantidad de levantamientos realizados por minuto y mayor sea la duración de la actividad durante el día, menor será la posibilidad de levantar cargas de mayor peso.

Se determinó que el bulto se debe cargar como máximo a una distancia de 25 cm del cuerpo, puesto que entre más se aleje del cuerpo implica: un mayor esfuerzo y riesgo, es decir, el máximo peso recomendado será menor.

Se entiende que el simple hecho de variar la distancia de la estiba unos cuantos centímetros puede afectar el proceso, es decir, no puede estar demasiado cercada al área de recolección de bulto, ya que puede impedir que se alcance un extremo de la estiba u ocasionar un accidente al tropezar con ésta, y si está muy retirada implica un mayor desplazamiento y esfuerzo, unos cuantos centímetro se pueden convertir en varios metros de recorrido al día.

Adicionalmente se concluyó que el paletizado manual, al ser una actividad que estipula unos parámetros tan estrictos para su ejecución, con el fin de disminuir los riesgos para el trabajador se convierte en una labor excluyente para un gran grupo poblacional, es decir, el máximo peso recomendado para el bulto de fertilizante depende de las condiciones de la persona (si es hombre, mujer, la edad y la experiencia).

Pero teniendo en cuenta la actividad estudiada, se comprendió que ninguna persona bajo esas circunstancias es apta para realizar la manipulación de los bultos de fertilizante de ninguna de las referencias mencionadas (20, 25, 40 y 50 kg). Según el estudio realizado y como se observó en figura 67 el máximo peso recomendado para las mejores condiciones estudiadas fue de 9.11 kg, lo que quiere decir, que la recomendación del peso está muy por debajo del peso real que se manipula.

Entonces, dependiendo del peso de bulto y el resultado obtenido del máximo peso recomendado; se entiende que se necesita el siguiente número de personas para la paletización.

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   

Para el bulto de 20kg 3 personas Para el bulto de 25kg 3 personas Para el bulto de 40kg 5 personas Para el bulto de 50kg 6 personas

Pero si se designa ésta cantidad elevada de personas por bulto, aparecerán otros inconvenientes, por ejemplo: se dificulta que 6 personas tengan que levantar, transportar y depositar un mismo bulto, debido a que las dimensiones del bulto no son los suficientemente grandes para que 6 personas lo sujeten y lo trasladen; además se requiere una mayor coordinación en los movimientos; el costos de mantener ese número de empleados para una sola actividad no sería justificable.

Se entiende entonces que si se desea aumentar el máximo peso permitido para la manipulación de cargas manual, lo que se debe hacer es mejorar las condiciones en las que se realiza la actividad. Pero se concluye que para el proceso de paletizado manual de bultos de fertilizante, no sería posible llevar el peso máximo recomendado a las condiciones requeridas por las siguientes consideraciones:  

 

 

El factor de frecuencia en el proceso de paletizado industrial siempre va ser desfavorable, ya que es una actividad que requiere realizar varios levantamientos por jornadas prolongadas, es decir, de 2 a 8 horas.

Adicionalmente el desplazamiento vertical siempre va a variar, por lo que el paletizado requiere depositar los bultos a diferentes alturas. Resaltando que lo primeros y últimos niveles de la estiba a paletizar, implican mayor esfuerzo y riesgo.

El diseño del bulto es difícilmente modificable para adecuarlo a un tipo de agarre bueno.

Por más que se desee y se cuide los movimientos que realice el trabajador para la manipulación de cargas, en cualquier instante puede ocurrir una falla humana realizando movimientos indebidos y provocando un accidente o lesión.

Asimismo el máximo peso permitido implica que varias personas a la vez manipulen un bulto de 50 kg. Pero se debe repartir la carga exactamente igual entre los trabajadores, una condición difícil de conseguir.

La calidad del proceso de paletizado manual va estrechamente ligada a la fatiga, ánimo, concentración, agilidad, fuerza, resistencia y el estado en general que se encuentre el operario encargado de este procedimiento.

Se tiene presente que el hecho de realizar el proceso de paletizado de bultos de forma manual no agrega valor al producto final (los bultos de fertilizante) por el contrario, se incrementa los riesgos al mismo tiempo que aumenta las lesiones y accidentes perjudicando la salud de los trabajadores, los daños materiales del producto y pérdida de tiempo en los procesos.

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Según lo anterior, la mejor forma de disminuir los riesgos de la manipulación manual de bultos de fertilizantes de 50 kg, es por medio de una automatización, igualmente se logró entender que existe más de una forma de automatizar éste proceso; y cual se deba seleccionar dependerá de las condiciones y requerimientos del proceso a automatizar. Teniendo presente que son diversas las características que presenta cada tipo de automatización entre las que se puede resaltar:   

Las maquinas convencionales son las más veloces en el proceso de paletizado. Pero son las que requieren de una de mayor superficie para realizar el trabajo.

Las celdas de robots cartesianos, encargados de paletizar tienen la ventaja de ser las que menos espacio ocupan. Pero son las más lentas.

La paletización por robots angulares tienen el gran beneficio de ser multipaletizadores, es decir, pueden paletizar simultáneamente diferentes referencias de productos sobre varias estibas, se adaptan fácilmente a los cambios de referencia, no ocupan mucho espacio y manejan velocidades medio- altas para los ciclos de paletizado

Además en la realización del documento fue posible identificar los siguientes beneficios de emplear un sistema de automatización 

 





Reducir en gran medida los riesgos del operario por esfuerzo físicos durante la jornada laboral, puesto que el operario no deberá realizar tareas como levantamiento y trasporte de los bultos, tareas las cuales realizará el manipulador robótico.

Disminuir los tiempos de paletizado, a consecuencia de que el robot realiza movimientos mucho más rápidos y confiables que un ser humano, tal y como se observó en la tabla 27 Asegurar la vida útil del producto mientras se encuentra en esta etapa, debido a que durante el proceso de paletizado se reduce la manipulación del producto y el robot realiza movimientos exactos y confiables, permitiendo que no se produzca ningún daño a los bultos.

Se logra asegurar un proceso de paletizado de calidad, es decir, que cada bulto a paletizar sobre la estiba quede perfectamente organizado sobre ésta, obteniendo estabilidad y firmeza para que el producto no colapse sobre la estiba.

Adicionalmente al mejorarse los puntos anteriores se entiende que la empresa tendrá la oportunidad de competir con mayor fuerza en el mercado agroindustrial, lo que permitirá contribuir con el desarrollo regional y rural.

Finalmente sí en un futuro se desea llevar acabo el diseño, instalación y puesta en marcha de una celda robotica encargada de paletizar bultos, la información contenida anteriormente a lo largo de esta monografía logrará facilitar la implementación de dicha automatización.

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11. RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS

Recomendaciones Para las empresas que en el proceso de producción realicen paletización de tipo manual para sus productos, se recomienda que apliquen el estudio realizado en esta monografía, sobre los riesgos de manipulación manual de cargas. Claro está que el estudio que realicen deberá está bajo las condiciones especifica de la empresa y además debe ser analizada la situación detalladamente, para obtener un correcto resultado. Así lograrán dimensionar los riesgos a la salud de trabajador.

Una vez conozcan los riesgos y adicionando que la implementación de una automatización dará posibilidad a mejorar la productividad. La empresa entenderá el beneficio de la automatización para la etapa de paletizado.

Por último se recomienda que si se ha tomado la decisión de automatizar el proceso de paletizado, se debe realizar un análisis detallado de cuál de los tipos de tipos de automatización se ajusta y cumple con requerimientos de la situación.

Trabajos futuros Por medio de esta monografía se da la posibilidad de iniciar nuevos estudios con una base sólida en el capo de la paletización y sobre el análisis de los riesgos ergonómicos que representa el paletizado manual para la salud del trabajador.

En este trabajo de grado se hizo especial énfasis en la identificación de los riesgos para salud del trabajador y la productividad de la empresa durante el proceso de paletizado manual, lo cual dará la oportunidad para que en trabajos futuros se retome este estudio, con el objetivo de fortalecer la información contenida en el capítulo “propuesta de automatización del proceso de paletizado para bultos”.

Adicionalmente se podrá presentar propuestas razonables de automatización a empresas que ejecuten el paletizado de forma manual, sustentando por medio de la monografía realizada, la importancia de automatizar éste proceso.

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12. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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