UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO TEMA: “SISTEMAS DE EMPACADO DE BOTELLAS PARA MEJORAR EL TIEMPO DE ALMACENAMIENTO EN EL PROCESO DE EMBOTELLADO EN EL LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO.” AUTOR: Egdo. Alex Fabricio Jácome Castro TUTOR: Ing. Mauricio Carrillo AMBATO-ECUADOR 2015 i APROBACIÓN DEL TUTOR En mi calidad de Tutor del trabajo de investigación sobre el tema: “SISTEMAS DE EMPACADO DE BOTELLAS PARA MEJORAR EL TIEMPO DE ALMACENAMIENTO EN EL PROCESO DE EMBOTELLADO EN EL LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO”. Del señor ALEX FABRICIO JÁCOME CASTRO, estudiante de la carrera de Ingeniería Mecánica, considero que dicho informe reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la evaluación de jurado examinador designado por el H. Consejo. Ambato, Noviembre del 2015 EL TUTOR ………………………………………….. Ing. Mauricio Carrillo ii AUTORÍA DEL TRABAJO DE GRADO Los criterios emitidos en el informe de investigación: “SISTEMAS DE EMPACADO DE BOTELLAS PARA MEJORAR EL TIEMPO DE ALMACENAMIENTO EN EL PROCESO DE EMBOTELLADO EN EL LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO.” como también las ideas, conclusiones, recomendaciones y propuesta son de exclusiva responsabilidad de mi persona, como autor de este trabajo de grado. Ambato, Noviembre del 2015 EL AUTOR ………………………………………….. Alex Fabricio Jácome Castro 1804470472 iii DEDICATORIA Esta tesis se la dedico a mi familia ya que gracias a ellos que con su apoyo incondicional pude culminar con esfuerzo, sacrificio y dedicación, a mis maestros ya que ellos fueron los pilares en el proceso de mi aprendizaje para que esto pueda verse plasmado en la presentación de esta tesis. Fabricio Jácome iv AGRADECIMIENTO Agradezco a mis padres Mirian y Jorge, que nunca me dejaron solo en los momentos más difíciles y en los cuales supieron apoyarme y motivarme a seguir adelante en este proceso que ha sido difícil pero no imposible, a mi hija Emiliana por que fue el motivo que me impulso a seguir adelante a pesar de las adversidades, a mis maestros y compañeros los cuales me brindaron su amistad, confianza y conocimiento para que sintiera que este esfuerzo me daría gratificantes resultados a todos gracias por su apoyo incondicional. Fabricio Jácome v ÍNDICE GENERAL DE CONTENIDO PORTADA .................................................................................................................... i APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................. ii AUTORÍA DEL TRABAJO DE GRADO ............................................................... iii DEDICATORIA ......................................................................................................... iv AGRADECIMIENTO ................................................................................................ v ÍNDICE GENERAL DE CONTENIDO .................................................................. vi RESUMEN EJECUTIVO ....................................................................................... xiv EXECUTIVE SUMMARY ....................................................................................... xv CAPÍTULO I ............................................................................................................... 1 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ....................................................................... 1 1.1 TEMA .................................................................................................................... 1 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................... 1 1.2.1 Contextualización ........................................................................................... 1 1.2.2 Análisis crítico ................................................................................................ 2 1.2.3 Prognosis ......................................................................................................... 3 1.2.4 Formulación del problema .............................................................................. 4 1.2.5 preguntas directrices ....................................................................................... 4 1.2.6 Delimitación del problema de investigación................................................... 4 1.3 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................ 5 1.4 OBJETIVOS ......................................................................................................... 6 1.4.1 Objetivo general .............................................................................................. 6 1.4.2 Objetivos específicos ...................................................................................... 6 CAPÍTULO II ............................................................................................................. 8 vi MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 8 2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS ........................................................... 8 2.2 FUNDAMENTACIÓN FILOSÓFICA .............................................................. 8 2.3 FUNDAMENTACIÓN LEGAL ......................................................................... 9 2.4 RED DE CATEGORÍAS FUNDAMENTALES ............................................. 10 2.4.1 Sistemas de medición y control .................................................................... 10 2.4.2 Diseño mecánico ........................................................................................... 15 2.4.3 Sistemas termicos.......................................................................................... 17 2.4.4 Sistemas de empacado de botellas ................................................................ 20 2.4.5 Procesos de producción................................................................................. 29 2.4.6 Mejoramiento de tiempos de producción ...................................................... 32 2.5 HIPÓTESIS ........................................................................................................ 32 2.5.1 Señalamiento de variables............................................................................. 32 CAPÍTULO III .......................................................................................................... 34 METODOLOGÍA ..................................................................................................... 34 3.1 ENFOQUE .......................................................................................................... 34 3.2 MODALIDAD Y TIPO DE INVESTIGACIÓN ............................................. 34 3.2.1 Modalidad básica de la investigación ........................................................... 34 3.3 TIPO DE INVESTIGACIÓN ........................................................................... 35 3.4 POBLACIÓN Y MUESTRA ............................................................................ 36 3.4.1 Población....................................................................................................... 36 3.4.2 Muestra ......................................................................................................... 36 3.5 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ............................................... 37 3.5.1 Variable independiente ................................................................................. 37 vii 3.5.2 Variable dependiente. ................................................................................... 38 3.6 PLAN DE RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN ................................. 39 3.7 PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS .................................................................. 39 3.7.1 Plan de procesamiento de la información ..................................................... 39 3.7.2 Plan de análisis e interpretación de resultados .............................................. 39 CAPÍTULO IV .......................................................................................................... 41 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS. ..................................... 41 4.1 CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO DE EMBOTELLADO. ................. 41 4.1.1 Máquina dosificadora.................................................................................... 41 4.1.2 Máquina taponadora...................................................................................... 42 4.1.3 Máquina etiquetadora.................................................................................... 43 4.2 CONFORMACIÓN DE ALTERNATIVAS .................................................... 44 4.3 MÁQUINAS EMPACADORAS ....................................................................... 45 4.3.1 Tipos de material o película de empacado .................................................... 49 4.4 ANÁLISIS Y SELECCIÓN DE LA MÁQUINA EMPACADORA Y TIPO DE PELÍCULA DE EMPACADO ................................................................................. 54 4.4.1 Selección de la máquina empacadora ........................................................... 54 4.4.2 Selección de la película para empaquetado .................................................. 60 4.5 PRUEBAS DE EMPAQUETADO ................................................................... 63 4.5.1 Empaquetado manual .................................................................................... 63 4.5.2 Empaquetado automático .............................................................................. 67 4.6 INTERPRETACIÓN DE DATOS .................................................................... 68 4.7 VERIFICACIÓN DE HIPÓTESIS .................................................................. 68 CAPÍTULO V ............................................................................................................ 70 viii CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................... 70 5.1 CONCLUSIONES .............................................................................................. 70 5.2 RECOMENDACIONES .................................................................................... 71 CAPÍTULO VI .......................................................................................................... 72 PROPUESTA ............................................................................................................ 72 6.1 DATOS INFORMATIVOS ............................................................................... 72 6.1.1 Título ............................................................................................................. 72 6.1.2 Institución Ejecutora. .................................................................................... 72 6.1.3 Beneficiarios ................................................................................................. 72 6.1.4 Ubicación ...................................................................................................... 72 6.1.5 Tiempo Estimado para la Ejecución ............................................................. 73 6.1.6 Equipo Técnico Responsable. ....................................................................... 73 6.1.7 Costo ............................................................................................................. 73 6.2 ANTECEDENTES DE LA PROPUESTA ....................................................... 73 6.3 JUSTIFICACIÓN .............................................................................................. 74 6.4 OBJETIVOS ....................................................................................................... 74 6.4.1 Objetivo General ........................................................................................... 74 6.4.2 Objetivos Específicos................................................................................... 74 6.5 ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ...................................................................... 75 6.6 FUNDAMENTACIÓN ...................................................................................... 75 6.6.1 Dimensiones generales de la empaquetadora térmica de botellas. ............... 75 6.6.2 Parámetros de la máquina empacadora de botellas ....................................... 77 6.6.3 Diseño de la empacadora. ............................................................................. 78 6.6.4 Cálculos térmicos. ......................................................................................... 81 ix 6.6.5 Cálculos de diseño mecánico ...................................................................... 105 6.6.6 Cálculos neumáticos ................................................................................... 135 6.6.7 Diseño del sistema eléctrico de control y potencia. .................................... 139 6.7 METODOLOGÍA, MODELO OPERATIVO ............................................... 147 6.8 ADMINISTRACIÓN ....................................................................................... 148 6.8.1 Costos Materiales ........................................................................................ 148 6.9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................. 151 6.9.1 Conclusiones. .............................................................................................. 151 6.9.2 Recomendaciones. ...................................................................................... 152 6.10 PREVISIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................... 152 Mantenimiento y seguridad .................................................................................. 153 Bibliografía ............................................................................................................... 154 ANEXOS .................................................................................................................. 156 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1: Red de categorías fundamentales ............................................................ 10 Figura 2.2: Máquina de empaque película PE ........................................................... 19 Figura 2.3: Actividad del Procesos ............................................................................ 30 Figura 4.1: Máquina empacadora Termoencogible ................................................... 46 Figura 4.2: Empacadora al vacio ............................................................................... 47 Figura 4.3: Máquina envolvedora automática RTA. ................................................ 48 Figura 4.4: Ordenamiento de botellas ........................................................................ 64 Figura 4.5: Envoltura del plástico .............................................................................. 64 Figura 4.6: Corte del plástico ..................................................................................... 65 Figura 4.7: Empacado final ........................................................................................ 65 Figura 6.1: Dimensiones interiores de la cámara ...................................................... 80 x