1. Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica
Línea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico
XXV MUESTRA DE MÁQUINAS Y
PROTOTIPOS
Sistema de dosificación de acido para
baterías
Jimmy Barco Burgos
Octavio Márquez
Juan Pablo Fonseca
Bogotá D.C., diciembre de 2009

2. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
POWERMAC es una empresa que planea entrar en el
mercado regional de baterías para automotores con los
dos tipos mas populares de baterías en el comercio
Se proyecta producir 20 baterías diarias en los primeros
meses. Se destino un fondo de $2.000.000 para el
desarrollo de un sistema de dosificación y llenado para el
acido, que incluye los costos de fabricación e instalación
en el sitio.

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Facilitar a un único operario la labor de llenar
baterías de diferentes especificaciones ubicadas en
una mesa de trabajo con el fluido depositado en
contenedores de 100 lts ubicados en un cuarto
aislado y refrigerado, garantizando su seguridad y
niveles mínimos de desperdicio de ácido.

4. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
•Garantizar la integridad del operario y, por consiguiente, del dispositivo
•Control preciso del volumen del acido dosificado
•Durabilidad del dispositivo
•Sistema para evitar el goteo de acido
•Rango de volúmenes de llenado, para diferentes tamaños de batería
•Correcto aislamiento de los sistemas eléctricos para evitar accidentes
•Reducir tiempo (15 minutos) de llenado artesanal

5. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
•Aprovechar al área disponible de 1x3 m que tiene un banco de trabajo
•Correcto transporte del acido del cuarto de refrigeración a la estación
de llenado que se encuentra a una distancia aproximada de 30 cm
•Que la sección de llenado contribuya a lograr la meta de producir 20
baterías al día
•Capacidad de recepción de 2 baterías a las vez de la estación anterior
•Materiales con resistencia a la corrosión, resistente al acido sulfúrico
•Fácil manejo para un solo operario

6. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Las alternativas en la industria de
este sector:
•Llenado artesanal (Jarra plástica)
•Maquinas dosificadoras importadas
(grandes volúmenes de
producción).

7. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
•resistencia del material a la corrosión
•capacidad volumétrica dosificador
•caudal entrada
•tiempo de llenado por unidad de volumen
•tiempo de reemplazo del contenedor de 100Lt
•vida útil
•volumen desperdiciado
•rango de operación de la maquina
•autonomía del dispositivo

8. FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Tipo de bomba
(Bombear acido)
Control de Bombeo
Succión (Enceder-detener
bombeo)
Sistema de ubicación
del ducto de succión
(cambiar contenedor)
Cambio de Tanque
de suministro
Cambio seguro
evitando goteo
(no desperdiciar)

9. FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Suministro
(tomar el acido)
Método dosificador
(suministrar una
cantidad
determinada)
Sistema dosificador
Accionamiento del
sistema a dosificar
(activar el dispositivo)
Salida de acido
(proveer el fluido al
llenador)

10. FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Desplazamiento
(llenar las baterias de
la mesa)
Dispositivo de llenado
Llenado
(acoplarse a las baterias)
Operación de llenado
(llenar una o mas
baterias)

11. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE SUCCION
•Bomba rotativa accionada manualmente, con un sensor
de volumen que indica cuando se debe bombear;
comunicada con un ducto de succión rígido.
•Bomba centrifuga accionada por un motor eléctrico, con
un sensor de volumen o peso que indica cuando se debe
bombear; comunicada con un ducto de succión rígido.

12. EVALUACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE SUCCION
S. DE SUCCION CONCEPTOS
1 2 3
REQUERIMIENTOS
que garantice la integridad del operario S S S
que tenga materiales perdurables - S S
que los elementos eléctricos es tén bien
+ S S
ais lados del acido
que tenga un us o óptimo del es pacio - - +
que tome el acido del contenedor de 100 lts S S +
que s ea capaz de trans portar el acido des de el
contenedor has ta el punto más lejano de la - + S
mes a
que cuando no es té en us o no gotee - S -
que s e facilite cambiar el contenedor del acido - + +
que s e facilite el mantenimiento + - -
SUMA TOTAL - 5 2 2
SUMA TOTAL S 2 5 4
SUMA TOTAL + 2 2 3
TOTAL -3 0 1

13. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE DOSIFICACION
•Sistema de almacenamiento temporal,. Sistema dosificador por peso
conformado por una balanza diferencial y una válvula conectados al
sistema de control.
•Sistema de pistón dosificador, ubicado al nivel del suelo, y operado
con un sistema de piñón cremallera
•Sistema de almacenamiento temporal, con alimentación desde la
succión. Sistemas dosificador volumétrico, de tipo flotador que indique
cambios en el volumen del tanque enviando señales al sistema de
control que abre o cierra una válvula en la salida.

14. EVALUACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE DOSIFICACION
S. DE DOSIFICACION CONCEPTOS
1 2 3
REQUERIMIENTOS
que garantice la integridad del operario S S S
que dosifique el volumen adecuado de acido + + S
que tenga materiales perdurables - S S
que permita el cambio del volumen de llenado + S S
que los elementos eléctricos estén bien
S S
aislados del acido -
que mejore los tiempos artesanales de llenado - + S
que tenga un uso óptimo del espacio S - -
que sea fácil de operar + + S
que el llenado sea semiautomático S S S
que sea capaz de suministrar acido a diferentes
S S
tipos de baterías S
que se facilite el mantenimiento S S S
SUMA TOTAL - 3 1 1
SUMA TOTAL S 5 7 10
SUMA TOTAL + 3 3 0
TOTAL 0 2 -1

15. GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE LLENADO
•Sistema de manguera móvil, que en el extremo está provisto de una
pistola de llenado accionada por el operario que llena una batería a la
vez.
•Sistema fijo, rígido, con múltiples boquillas que permiten llenar un par
de baterías a la vez, sin desplazamiento relativo con la mesa.

16. EVALUACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE LLENADO
S. DE LLENADO CONCEPTOS
1 2
REQUERIMIENTOS
que tenga ma teri a l es perdura bl es S S
que ga ra nti ce l a i ntegri da d del opera ri o S +
que cua ndo es te en us o no s a l pi que S S
que mejore l os ti empos a rtes a na l es de l l ena do S +
que tenga un us o ópti mo del es pa ci o + -
que s ea fá ci l de opera r + S
que el l l ena do s ea s emi a utomá ti co S +
que s ea ca pa z de s umi ni s tra r a ci do a di ferentes
ti pos de ba tería s
+ S
que s ea ca pa z de tra ns porta r el a ci do des de el
contenedor ha s ta el punto má s l eja no de l a + -
mes a
que cua ndo no es té en us o no gotee S S
que s e fa ci l i te el ma nteni mi ento S S
SUMA TOTAL - 0 2
SUMA TOTAL S 7 6
SUMA TOTAL + 4 3
TOTAL 4 1

17. DESARROLLO DE PRODUCTO
• Conceptos destacados:
1. Pistón que manipulado con un motor de paso y un
acople piñón-cremallera, permitía el trasporte del ácido
del tanque de 100Lt a través de las tuberías, sirviendo
también como sistema dosificador.

18. DESARROLLO DE PRODUCTO
2. Dosificador por gravedad; apoyado en
una bomba que lleva el ácido desde el
contenedor de 100Lt, hasta un tanque
secundario, este segundo tanque
alimenta uno o varios vasos.

19. SELECCIÓN DE MATERIALES
•Resistencia química al acido sulfúrico de diferentes
materiales:
Polímeros Metales
Conc. (%) Temp °C CPVC PVC PP Teflón Polietileno Durimet Hastelloy B Hastelloy C
10 a 50 20 R R R R R R R R
60 R R R R R R R
80 R R R

20. COMPONENTES ESTANDARIZADOS
•Tubería CPVC
•Accesorios para Tubería CPVC
•Manguera
•Tubería Conduit
•Varilla Roscada

21. COMPONENTES ESTANDARIZADOS
•Válvulas de Bola
•Válvula Solenoide

22. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

23. DESCRIPCIÓN FUNCIONAMIENTO DE LA
MÁQUINA
•Cebado de la bomba
El tanque secundario antes de su instalación se llena parcial o
totalmente para así garantizar el ácido necesario para cebar la
bomba.
•Se arranca la bomba e inicia el llenado del tanque secundario hasta
que el sensor de nivel registre el Nivel máximo en el tanque, esto
activa un actuador mecánico que abre el circuito de alimentación de
la bomba deteniéndola.

24. FUNCIONAMIENTO ALIMENTACION

25. FUNCIONAMIENTO LLENADO

26. APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO
El prototipo presenta un valor, directo al desarrollo
tecnológico del país, al estar dirigido a pequeñas y
medianas empresas de ensamble de baterías y
otras que requieran procesos de dosificación
similares que deseen mejorar su productividad
brindado al mismo tiempo seguridad a sus
empleados

27. ANÁLISIS ECONÓMICO
•Materiales $1.200.000
(tuberías, componentes electrónicos, válvulas)
•Fabricación $200.000
(maquinado, ensamble)
•Instalación $400.000
(transporte de componentes y desplazamiento)
TOTAL $1.800.000

28. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y
HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
EMPLEADAS
•Norma Técnica Colombiana 1350
•Guía de Seguridad Acido Sulfúrico
•Wolfram Mathematica
•Metroworkers CodeWarrior
•SolidWorks 2009

29. MUCHAS GRACIAS
Juan Pablo Fonseca – jpfonsecaz@unal.edu.co
Octavio Márquez Reyes– oamarquezr@unal.edu.co
Jimmy Barco Burgos – jbarcobu@unal.edu.co