escuela superior de ngenierÍa mecÁnica y lÉctrica …

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO

DISEÑO DE UN TANQUE

HOMOGENEIZADOR DE CHOCOLATE

CON AISLAMIENTO TÉRMICO TIPO CHAQUETA DE HOYUELOS.

TESIS COLECTIVA

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

DIRIGIDA POR:

ING. FELIPE DE JESÚS JUÁREZ GÓMEZ

P R E S E N T A N:

JOSÉ MANUEL GARCÍA MÉNDEZ

LUIS ALBERTO GUZMAN CORTES

México, D.F. Diciembre del 2013

INGENIERO MECÁNICO

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=LSikfiNNYCzLNM&tbnid=zsg92lKNspASDM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.cecuti.ipn.mx/&ei=sdjEUa-cJYrY9ATwkYCoBQ&bvm=bv.48293060,d.eWU&psig=AFQjCNEJraW8k_9oMuMf5r-ySv9XadEDNA&ust=1371941410822392

Luis Alberto Guzmán Cortes Agradecimientos

A mi Madre Lourdes Cortes, a mi Padre Isac Guzmán

y a mi hermano Héctor Guzmán: Que me enseñaron del trabajo duro, la constancia y de la humildad,

A luchar por mis metas Y a hacer valer lo que creo y lo que pienso.

A mi gran Amigo José Manuel::

Por su profesionalismo y enorme esfuerzo para terminar este trabajo.

A los Profesores, compañeros y amigos de la

Gloriosa ESIME, que me han enseñado tanto….

José Manuel García Méndez Agradecimientos

A Dios: Le doy gracias a Dios el haberme permitido vivir todo lo que me ha tocado, experiencias, por conocer gente y lugares sorprendentes, por haberme dejado tener una familia maravillosa, por dejarme ser quien soy, por dejarme ser POLITECNICO.

A mi madre: Yolanda García Méndez; Por ser un ejemplo de superación personal ante los retos que siempre presenta la vida, por estar siempre a mi lado y apoyarme en todo momento, por darme la vida y protegerme en todo momento, por darme una educación de calidad, por darme amor incondicionalmente, por eso y más te doy las gracias. A mis abuelos: Manuel García Rentería y María Méndez Romero; Por siempre darme el ejemplo de nunca rendirse ante cualquier adversidad, por enseñarme a siempre dar el máximo en todo y a tener una buena actitud ante cualquier circunstancia, a ustedes con quien he convivido la mayor parte del tiempo les doy las gracias por haberme inculcado grandes valores y haberme dado todo su cariño incondicionalmente. A mi familia: En general a toda mi familia le doy las gracias por aguantar mi carácter, sé que soy muy especial casi todo el tiempo y me han aguantado y me han tenido mucho paciencia a mis primos David, Rafael, Monserrat, Alejandra, a ustedes les doy las gracias por escucharme, convivir conmigo y aguantar las tonterías que digo casi todo el tiempo, a mis tíos Fernando y María Antonieta les doy gracias por abrirme las puertas de su casa, darme su apoyo incondicional y grandes consejo. A mis amigos: A mi amigo Luis Alberto con quien realice este trabajo le doy las gracias por brindarme su amistad haberme aguantado a lo largo de este tiempo (yo sé que no ha sido fácil), gracias a ti he aprendido que con dedicación puedes llegar a cualquier lado, a Víctor Hugo le doy las gracias por haberme enseñado que en la vida no solo el estudio es importante sino que hay que divertirse y desahogarse, a Jonathan le doy las gracias por enseñarme el esfuerzo y dedicación que se necesita para realizar tus sueños, a José Luis le agradezco el enseñarme que no importa el origen más humilde que se pueda tener siempre puedes llegar a donde quieras si lo deseas, a María Teresa le agradezco su forma de ser y aunque soy mayor que ella, me ha brindado su amistad incondicionalmente y me ha tratado como si tuviera su misma edad, falta mucha gente por mencionar y quizás 20 paginas no bastarían para mencionarlos pero son las personas que más han impactado en mi vida así como mi familia y algunas personas que ya no se encuentran aquí conmigo pero los llevo siempre en mi corazón.

Instituto Politécnico Nacional ESIME Azcapotzalco

iii

Índice General

Índice General……………………………………………………………………………………….. iii

Índice de Figuras…………………………………………………………………………………… viii

Resumen……………………………………………………………………………………………… x

Abstract………………………………………………………………………………………………. x

Objetivo General…………………………………………………………………………………….. xi

Objetivos Específicos………………………………………………………………………………... xi

Justificación………………………………………………………………………………………….xii

Introducción………………………………………………………………………………………... xiii

Capítulo 1…………………………………………………………………………………………….. 1

1. Estado del Arte…………………………………………………………………………………….. 2

1.1 Antecedentes…………………………………………………………………………………... 2

1.2 Tanques de Almacenamiento en Egipto……………………………………………………….. 4

1.3 Tanques de Almacenamiento en la Antigua Roma……………………………………………. 6

1.4 Tanques de Almacenamiento en la Actualidad………………………………………………... 7

1.5 Tanques de Almacenamiento en la Industria Petrolera………………………………………... 8

1.6 Tanques de Almacenamiento de Agua………………………………………………………… 9

1.7 Tanques de Almacenamiento en la Industria Alimenticia…………………………………….11

1.8 Tanques de Procesos…………………………………………………………………………. 12

1.9 Tipos de Tanques de Procesos……………………………………………………………….. 12

1.10 Materiales de los Tanques de Almacenamiento y de Proceso……………………………… 13

1.11 Tanques de Procesos en las Empresas Chocolateras……………………………………….. 15

1.12 Elaboración del Chocolate………………………………………………………………….. 16

1.12.1 La Planta y el Fruto…………………………………………………………………….. 16

1.12.2 El Beneficiado………………………………………………………………………….. 17

1.12.3 Fermentación…………………………………………………………………………… 17

1.12.4 Lavado………………………………………………………………………………….. 17

1.12.5 Secado………………………………………………………………………………….. 17

1.13 Fases de la Fabricación del Chocolate…………………………………………………….... 18

1.13.1 El Tostado……………………………………………………………………………… 18

1.13.2 La Molienda……………………………………………………………………………. 18

1.13.3 La Mezcla………………………………………………………………………………. 19

1.13.4 Moler Fino……………………………………………………………………………… 19

1.13.5 El Conchado……………………………………………………………………………. 19

1.13.6 El Templado……………………………………………………………………………. 20


iv

1.13.7 El Moldeado……………………………………………………………………………. 20

1.13.8 El Envasado…………………………………………………………………………….. 20

1.14 Pasos para la Elaboración del Chocolate…………………………………………………….21

Capítulo 2…………………………………………………………………………………………… 22

2 Marco Teórico…………………………………………………………………………………….. 23

2.1 Fluido………………………………………………………………………………………… 23

2.2 Fluido Newtoniano…………………………………………………………………………… 23

2.3 Fluido No Newtoniano……………………………………………………………………….. 23

2.4 Diferencia Entre Fluidos Newtonianos y No Newtonianos………………………………….. 23

2.5 Clasificación de los Fluidos No Newtonianos………………………………………………. 23

2.6 Fluidos de Bingham………………………………………………………………………….. 24

2.7 Propiedades de los Fluidos…………………………………………………………………… 24

2.8 Peso…………………………………………………………………………………………... 25

2.9 Densidad……………………………………………………………………………………… 25

2.10 Viscosidad…………………………………………………………………………………... 25

2.11 Peso Específico…...………………………………………………………………………… 26

2.12 Código A.S.M.E……………………………………………………………………………. 26

2.12 Limitaciones………………………………………………………………………………… 28

2.13 Recipiente…………………………………………………………………………………… 28

2.14 Tanques de Almacenamiento……………………………………………………………….. 28

2.15 Tipos de Tanques de Almacenamiento……………………………………………………... 28

2.16.1 Por su Uso……………………………………………………………………………… 29

2.16.2 Por su Forma…………………………………………………………………………… 29

2.17 Geometría de un Tanque de Almacenamiento……………………………………………… 30

2.18 Estructura del Tanque………………………………………………………………………. 30

2.19 Carga Máxima en el Tanque………………………………………………………………... 32

2.20 Esfuerzo Tangencial………………………………………………………………………… 34

2.21 Esfuerzo Longitudinal………………………………………………………………………. 34

2.22 Esfuerzo Promedio………………………………………………………………………….. 35

2.23 Esfuerzo Resultante…………………………………………………………………………. 35

2.24 Tapas………………………………………………………………………………………... 35

2.24.1 Tapas Planas……………………………………………………………………………. 36

2.24.2 Tapas Planas con Ceja………………………………………………………………….. 36

2.24.3 Tapas Únicamente Abombadas………………………………………………………… 36

2.24.4 Tapas Abombadas con Ceja Invertida…………………………………………………. 36

2.24.5 Tapas Toriesféricas…………………………………………………………………….. 36


v

2.24.6 Tapas Semielípticas…………………………………………………………………….. 36

2.24.7 Tapas Toricónicas……………………………………………………………………… 37

2.26 Presión………………………………………………………………………………………. 37

2.26.1 Presión de Operación…………………………………………………………………... 38

2.26.2 Presión de Diseño………………………………………………………………………. 38

2.26.3 Presión de Prueba………………………………………………………………………. 39

2.26.4 Presión de Trabajo Máxima Permisible………………………………………………... 39

2.27 Diseño de Orejas de Izaje para Recipientes Verticales…………………………………... 40

2.28 Tamaño Óptimo del Recipiente…………………………………………………………….. 40

2.29 Materiales más Usados en la Fabricación de Tapas y Cuerpo……………………………… 41

2.29.1 Características y Aplicaciones de los Tipos de Acero Inoxidables más Comunes…….. 41

2.30 Registro Hombre……………………………………………………………………………. 43

2.31 Mecanismos de Agitación…………………………………………………………………... 43

2.31 Agitador…………………………………………………………………………………….. 44

2.31.1 Tipos de Agitadores……………………………………………………………………. 44

2.32 Fuerzas de Arrastre…………………………………………………………………………. 45

2.33 Potencia……………………………………………………………………………………... 47

2.34 Torque………………………………………………………………………………………. 48

2.35 Área de Cara al Fluido……………………………………………………………………… 48

2.36 Velocidad Local…………………………………………………………………………….. 48

2.37 Velocidad Angular Máxima………………………………………………………………… 49

2.38 Motorreductor………………………………………………………………………………. 49

2.39 Eje……………………………………………………………………………………………50

2.40 Esfuerzos Flexionantes……………………………………………………………………… 51

2.41 Esfuerzos Torsionantes……………………………………………………………………... 52

2.42 Esfuerzos Cortantes………………………………………………………………………… 53

2.43 Factor de Seguridad………………………………………………………………………… 57

2.44 Deformación………………………………………………………………………………… 57

2.45 Aislamiento Térmico………………………………………………………………………... 58

2.46 Chaqueta Térmica tipo Hoyuelos…………………………………………………………… 58

2.47 Transferencia de calor………………………………………………………………………. 58

2.48 Conducción de Calor……………………………………………………………………….. 59

2.49 Convección de Calor………………………………………………………………………... 59

2.50 Radiación de Calor………………………………………………………………………….. 59

2.51 Estudio Unidimensional…………………………………………………………………….. 59

2.52 Ley de Fourier………………………………………………………………………………. 60


vi

2.53 Conductividad Térmica……………………………………………………………………... 62

2.54 Resistencia Térmica………………………………………………………………………… 62

2.55 Resistencia a la Transferencia de Calor por Convección…………………………………… 64

2.56 Resistencia a la Transferencia de Calor por Radiación…………………………………….. 65

2.57 Aislamientos Térmicos Tipo Barrera……………………………………………………….. 66

2.58 Elasticidad del Material en la Chaqueta de hoyuelos………………………………………. 67

2.59 Límite Elástico……………………………………………………………………………… 69

Capítulo 3…………………………………………………………………………………………… 70

3 Memoria de Cálculo………………………………………………………………………………. 71

3.1 Requerimientos del Tanque…………………………………………………………………... 72

3.2 Propiedades Específicas del Chocolate………………………………………………………. 72

3.3 Presión a la que Estará Sometido el Tanque…………………………………………………. 73

3.4 Geometría del Tanque………………………………………………………………………... 74

3.4.1 Propuesta de Materiales y Formas………………………………………………………. 74

3.4.2 Despliegue de Placa y Desarrollo del Cuerpo…………………………………………… 75

3.5 Cálculo de Esfuerzos del Tanque…………………………………………………………….. 76

3.5.1 Cálculo del Esfuerzo Tangencial o de Costilla………………………………………….. 76

3.5.2 Cálculo del Esfuerzo Longitudinal………………………………………………………. 76

3.5.3 Cálculo del Esfuerzo Promedio…………………………………………………………. 76

3.5.4 Cálculo de la Reacción del Cuerpo……………………………………………………… 76

3.5.5 Cálculo del Esfuerzo Permisible de la Placa para el Cuerpo……………………………. 76

3.6 Cálculo de las Tapas Toricónicas…………………………………………………………….. 77

3.7 Soldadura para Recipientes a Presión………………………………………………………... 78

3.8 Cálculo de las Orejas de Izaje………………………………………………………………... 78

3.9 Cálculo de los Soportes para Recipientes Verticales Tipo Tubular………………………….. 83

3.10 Diseño del Agitador………………………………………………………………………… 84

3.10.1 Determinación del Tipo de Agitador…………………………………………………… 84

3.10.2 Cálculo de la Velocidad Angular del Agitador………………………………………… 84

3.10.3 Cálculo de la Fuerza que Ejerce la Mezcla en el Agitador…………………………….. 85

3.10.4 Selección del Motorreductor…………………………………………………………… 86

3.10.5 Velocidad Máxima del Agitador en el Medio Fluido…………………………………. 86

3.11 Cálculo del Soporte para el Motorreductor………………………………………………… 87

3.11.1 Cálculo del Esfuerzo Permisible del Soporte………………………………………….. 87

3.11.1 .1 Análisis Estático del Soporte para el Motorreductor………………………………... 88

3.11.2 Diseño del Eje del Agitador……………………………………………………………. 88

3.12 Diseño de la Chaqueta de Hoyuelos………………………………………………………… 91


vii

3.12.1 Determinación del Área de Contacto de la Chaqueta de Hoyuelos……………………. 91

3.12.2 Fabricación de la Chaqueta de Hoyuelos………………………………………………. 92

3.12.3 Determinación del Material de la Chaqueta de Hoyuelos……………………………… 93

3.13 Cálculo de Esfuerzos en la Chaqueta de Hoyuelos…………………………………………. 94

3.13.1 Cálculo del Esfuerzo Tangencial o de Costilla en la Chaqueta de Hoyuelos………….. 95

3.13.2 Cálculo del Esfuerzo Longitudinal en la Chaqueta de Hoyuelos………………………. 95

3.13.3 Cálculo del Esfuerzo Promedio en la Chaqueta de Hoyuelos………………………….. 95

3.13.4 Cálculo de la Reacción en la Chaqueta de Hoyuelos…………………………………... 95

3.13.5 Cálculo del Esfuerzo Permisible en la Chaqueta de Hoyuelos………………………… 95

3.13.6 Esfuerzos de la Chaqueta de Hoyuelos en el Círculo de Mohr………………………… 96

3.14 Transferencia de calor………………………………………………………………………. 97

3.14.1 Cálculo de la Resistencia a la Conducción en el Cuerpo Principal del Tanque………. 100

3.14.2 Cálculo de la Transferencia de Calor de la Mezcla Hacia el Envolvente…………….. 100

3.14.3 Cálculo de la Transferencia de Calor en la Película de Agua Hacia el Envolvente…... 100

3.14.4 Cálculo de la Transferencia de Calor en la Película de Agua Hacia la Chaqueta…….. 101

3.14.5 Cálculo de la Transferencia de Calor en la Chaqueta Hacia el Aislamiento………….. 102

3.14.6 Cálculo de la Resistencia a la Conducción del Aislamiento de Lana Hacia la Cubierta del

Aislamiento…………………………………………………………………………………... 102

3.14.7 Cálculo de la Transferencia de Calor del Aislamiento de Lana Hacia la Cubierta del

Aislamiento…………………………………………………………………………………... 103

3.14.8 Cálculo de la Resistencia a la Conducción de la Cubierta Externa…………………… 103

3.14.9 Cálculo de la Transferencia de Calor de la Cubierta Externa al Ambiente…………… 104

3.15 Descripción de las Condiciones Internas del Tanque Homogeneizador.…………………..107

Capítulo 4………………………………………………………………………………………….. 108

4 Costos del Proyecto……………………………………………………………………………… 109

4.1 Mano de Obra……………………………………………………………………………….. 109

4.2 Descripción de las Tablas de Lista de Materiales y de Costo del Proyecto………………… 109

4.3 Lista de Materiales………………………………………………………………………….. 110

4.4 Costo de los Tanques Originales……………………………………………………………. 113

4.5 Costos Totales de este Proyecto…………………………………………………………….. 114

Conclusiones………………………………………………………………………………………. 115

Bibliografía…………………………………………………………………………………………116

Planos

Anexos


viii

Índice de Figuras

Figura 1.1 Recipiente de almacenamiento de granos. .......................................................................... 2

Figura 1.2 Estatuilla de una mujer almacenando grano. ...................................................................... 4

Figura 1.3 Egipcios Almacenando granos. ........................................................................................... 5

Figura 1.4 Jeroglífico en el cual se muestra el almacenamiento de diversos productos. ..................... 5

Figura 1.5 Pintura donde se muestra el almacenamiento de cerveza en recipientes. ........................... 6

Figura 1.6 Ánforas que servían para almacenar cerveza. ..................................................................... 6

Figura 1.7 Cubo de Hemmoor. ............................................................................................................. 7

Figura 1.8 Almacenamiento de crudo en barriles. ............................................................................... 9

Figura 1.9 Tanques de almacenamiento de crudo. ............................................................................... 9

Figura 1. 10 Almacenamiento de agua en alambiques. ...................................................................... 10

Figura 1. 11 Tanques de almacenamiento de agua. ............................................................................ 10

Figura 1.12 Aztecas elaboran chocolate. ............................................................................................ 15

Figura 1.13 Monjes elaboran chocolate. ............................................................................................ 15

Figura 1.14 Antigua fábrica productora de chocolate. ....................................................................... 16

Figura 1.15 Cacao y sus semillas. ...................................................................................................... 17

Figura 1.16 Secado tradicional del cacao. .......................................................................................... 18

Figura 1. 17 Grano de cacao molido. ................................................................................................. 18

Figura 1.18 La mezcla de ingredientes pasa nuevamente por los rodillos. ........................................ 19

Figura 1.19 Equipo de conchado (tanque calentador, tanque agitador y conchas). ........................... 20

Figura 1.20 Proceso de elaboración del chocolate. ............................................................................ 21

Figura 2.1 Clasificación de los fluidos. .............................................................................................. 24

Figura 2.2 Modelo comparativo de los diversos tipos de fluidos. ...................................................... 24

Figura 2.3 Clasificación de los tanques de almacenamiento. ............................................................. 29

Figura 2.4 Esfuerzos uniforme en un cilindro. ................................................................................... 30

Figura 2.5 Procedimiento para obtener el desarrollo de un cilindro. ................................................. 31

Figura 2.6 Procedimiento para obtener el desarrollo de un canal o ángulo. ...................................... 32

Figura 2.7 Esfuerzos tangenciales. ..................................................................................................... 34

Figura 2.8 Esfuerzos longitudinales. .................................................................................................. 34

Figura 2.9 Agitadores tipo hélice. ...................................................................................................... 44

Figura 2.10 Agitadores tipo paleta. .................................................................................................... 45

Figura 2.11 Agitadores tipo turbina. .................................................................................................. 45


ix

Figura 2.12 Geometrías utilizadas para el estudio de las fuerzas de arrastre. .................................... 46

Figura 2.13 Motorreductor. ................................................................................................................ 50

Figura 2.14 Esfuerzo Flexionante. ..................................................................................................... 51

Figura 2. 15 Esfuerzos generados por la torsión. ............................................................................... 52

Figura 2.16 Esfuerzo Cortante. .......................................................................................................... 53

Figura 2.17 Chaqueta de hoyuelos. .................................................................................................... 58

Figura 2.18 Relación entre el flujo de calor el gradiente de temperatura unidimensional. ............... 61

Figura 2.19 Resistencia térmica ......................................................................................................... 64

Figura 3. 1 Volumen de chocolate dentro del tanque. ........................................................................ 74

Figura 3.2 Gráfica Presión-Desplazamiento. ..................................................................................... 94

Figura 3.3 Círculo de Mohr para esfuerzos principales en la chaqueta. ............................................ 96

Figura 3.4 Gráfica Esfuerzo (Mpa)-Deformación. ............................................................................. 97

Figura 3.5 Corte que muestra los materiales que forman el sistema de aislamiento para el tanque. . 98

Figura 3.6 Tabla de Propiedades de la lana mineral. ......................................................................... 99

Figura 3.7 Gráfica de Flujo de Calor vs Tiempo. ............................................................................. 106

Figura 3.8 Vista superior del tanque donde se muestran las condiciones internas del

mismo……..1067


x

Resumen.

Existen numerosos tipos de recipientes que se utilizan en las plantas industriales o de procesos.

Algunos de estos tienen la finalidad de almacenar sustancias que se dirigen o convergen de algún

proceso, este tipo de recipientes son llamados en general tanques de almacenamiento. El diseño de

los tanques de almacenamiento depende directamente de la función que tiene el líquido a almacenar,

en el caso de un tanque agitador se debe considerar el homogeneizar al máximo la mezcla de

chocolate líquido que se encuentra dentro del tanque, este chocolate líquido se debe encontrar un

cierto tiempo a una temperatura constante, por lo cual es necesario tener en cuenta factores como

son la trasferencia de calor necesaria para que la mezcla a homogeneizar tenga las propiedades

necesaria que la empresa requiera y el tipo de material que se necesita para la construcción del

tanque, también es necesario calcular la fuerza necesaria para mover el fluido que se desea

homogeneizar para poder seleccionar un motor el cual sea eficiente y así tener una óptima eficiencia

de nuestro equipo.

Abstract.

There are numerous types of containers used in industrial plants or processes. Some of these are

intended for storing substances that are directed or converged in some process, this kind of

containers are generally called storage tanks. The design of the storage tanks is directly dependent

on the function that the liquid stored in the case of a stirred tank should be considered homogeneous

as possible the chocolate mixture that is liquid in the tank, the liquid chocolate should be finding a

certain time at a constant temperature, which is necessary to consider factors such as the heat

transfer needed to homogenize the mixture has the required properties to the business needs and the

type of material needed to construct tank, it is also necessary to calculate the force required to move

the fluid homogenize want to select an engine which is efficient and thus have optimal efficiency of

our team.


xi

Objetivo General.

Diseñar un tanque homogeneizador de chocolate con aislamiento térmico y una chaqueta de

hoyuelos con una capacidad para 1000 litros de mezcla de chocolate.

Objetivos Específicos.

Realizar una memoria técnica de construcción del tanque.

Realizar los planos de detalle para la fabricación del tanque.


xii

Justificación.

La necesidad de almacenar, homogenizar, transportar y distribuir chocolate y otras sustancias es de

vital importancia para asegurar un abastecimiento abundante y seguro con los cuales se tendrá

suficiente materia prima para la producción de algún insumo y así, al mismo tiempo tener una

excelente calidad, siendo de gran importancia para el producto que varios de los procesos con los

cuales se fabrica dichos productos se efectúen de manera simultánea en el mismo tanque.

El diseño de tanques proporciona a la industria una mejor planificación en las diferentes operaciones

que se realizan en dichos contenedores, algunas de esas operaciones son: distribución, agitación,

transporte, calentamiento de un fluido, tratamiento químico, refinación, etc., todos las operaciones

anteriores deben ser llevados a cabo con la mayor exigencia y bajo normas en la industria.

Cada tipo de proceso e industria requiere de tanques con características particulares para almacenar

o procesar una gran variedad de productos o en los mismos tanques.


xiii

Introducción.

El diseñar un equipo es convertir una necesidad en su escala de investigación a una etapa de pre-

producción, en la cual se calculan todos los factores que afectan el entorno del equipo que se está

diseñando con respecto al producto o el fluido con el que se trabajara.

Dentro de cualquier industria existen numerosos tipos de procesos relacionados con diversos fluidos,

muchos de estos procesos con los cuales se fabrican diversos productos requieren que se efectúen de

manera simultánea en el mismo tanque.

La planificación en las diferentes operaciones de un proceso hace posible el diseño de tanques de

procesos para la industria, muchas de las sustancias que se requieren para un procedimiento

específico tienen características físicas específicas, las cuales se deben considerar al momento de

diseñar un tanque de procesos simultáneos, por lo que cada tanque requiere procesos específicos

para conservar las características optimas que el producto requiere, algunas de esas operaciones son:

distribución, agitación, transporte, calentamiento de un fluido, tratamiento químico, refinación, etc.

Se requiere homogeneizar la cantidad de 1000 litros de chocolate en un tanque de procesos

simultáneos, dicha mezcla de chocolate debe ser atemperada entre los 45 °C y 50 °C, dicha

temperatura se conservara mediante la utilización de una chaqueta térmica de hoyuelos y esta a su

vez estará recubierta por un aislamiento térmico tipo barrera, dicho proceso solo es posible al

diseñar un tanque capaz de satisfacer las necesidades del proceso tomando en cuenta aspectos tales

como la durabilidad, seguridad y demás elementos que trabajan en conjunto con dicho tanque para

su funcionamiento.


1

CAPÍTULO

A lo largo de la

historia los tanques de

almacenamiento han

ayudado a los seres

humanos a subsistir y

han evolucionado para

desarrollar diversos

procesos. Han sido

creados desde tiempos

primitivos para

almacenar granos o

agua pasando por los

romanos y egipcios

hasta la actualidad

donde se ocupan

igualmente como

contenedores o para

crear diversos

productos en ellos.


2

1. Estado del Arte.

En el presente capítulo se presentan los antecedentes históricos relativos a los tanques de

almacenamiento y la evolución que estos han tenido hasta hoy en día, así también se

muestra otros aspectos de interés que son de gran importancia para el desarrollo del

presente proyecto.

1.1 Antecedentes.

Los tanques de almacenamiento son estructuras de diversos materiales, por lo general de

forma cilíndrica, que son usadas para guardar y/o preservar líquidos o gases a presión

ambiente, por lo que en ciertos medios técnicos se les da el calificativo de tanques de

almacenamiento atmosféricos.

Los tanques de almacenamiento suelen ser usados para almacenar líquidos y son

ampliamente utilizados en las industrias de gases, del petróleo, en la industria química y en

la industria alimenticia, principalmente su uso más notable es el dado en las refinerías y en

la industria alimenticia por sus requerimientos para el proceso de almacenamiento, sea

temporal o prolongado de los productos y subproductos que se obtienen de sus actividades.

Los tanques de almacenamiento han jugado papeles diferentes e importantes a través de la

historia. Con la evolución de la sociedad los tanques de almacenamiento han cambiado

también, reflejando nuevos requisitos y características sobre estos.

Los primeros envases que se han encontrado fueron creados hace más de 10.000 años atrás

y sirvieron simplemente para contener bienes necesarios para la supervivencia,

especialmente alimentos y agua.

Figura 1.1 Recipiente de almacenamiento de granos.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=zE6BT9155Lx1xM&tbnid=Ltas37YZ377qrM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.contestania.com/Bastida.html&ei=R-wDUqCcFuLbyQGl64GYCQ&psig=AFQjCNEn6BTpD_launE1to4WYnQrxcSADQ&ust=1376075149765168


3

Aunque se desconoce a ciencia cierta cuándo se comenzó a almacenar y conservar

alimentos para poder ingerirlos sin que se estropearan, es bien sabido que los tanques y

recipientes de almacenamiento han sido utilizados desde que el hombre ha existido.

Aunque los cazadores- recolectores se desplazaban buscando alimento y mejores refugios,

la verdadera necesidad comenzó durante el neolítico.

A partir de esta época, el aumento de la población obligó a utilizar la ganadería y la

agricultura como sostén de las sociedades, con lo que había que almacenar grandes

cantidades de alimentos para los tiempos de escasez. Los excedentes de las buenas cosechas

se intercambiaban con otros productos de los pueblos lejanos.

El secado, ahumado, curado y salado han sido procesos de conservación muy comunes

desde tiempos muy remotos. Según las zonas geográficas se utilizaban unos y otros, pues

no es lo mismo intentar secar carne o pescado en África que en el norte de Europa, donde

ahumaban más alimentos. En Mesopotamia era común el secado y en las costeras la

salazón.

La conservación de productos por el frío, solo se podía practicar en regiones en las que la

mayor parte del año las temperaturas son bajas.

Durante el invierno las provisiones se conservan muy bien al aire libre, si se colocan lejos

de los animales carnívoros. También se utilizaban cavidades en el suelo helado o grutas

naturales, el secado se realizaba al aire libre, al solo en un lugar cerrado bajo la acción del

sol.

En las regiones árticas de América se realizaba el secado de la carne y luego se reducía a

polvo. También se realizaba el secado del pescado en muchas regiones. Los cereales

también hay que secarlos, así como otras plantas, dejándolos al aire libre.

El ahumado, de todo tipo de animales, no ha sido tan frecuente como el secado. Las zonas

donde más se ha realizado son en Europa, América del Norte y Polinesia. Este proceso


4

consiste en colocar colgados los restos de los animales bajo una hoguera que despida

mucho humo.

A partir de lo descrito anteriormente surgen ideas que en tiempos actuales son utilizadas

para la elaboración de tanques de almacenamiento con los cuales se evita la necesidad de

exponer diversos productos a la intemperie y se pueden emplear en cualquier temporada del

año.

Por otra parte, son muy importantes los recipientes para poder conservar los alimentos. Los

graneros aparecieron durante el neolítico y consistían en una construcción aislada e

independiente.

1.2 Tanques de Almacenamiento en Egipto.

En la actualidad se conoce la alimentación de los egipcios de la Antigüedad gracias a los

textos y grabados en las paredes de los templos y tumbas y por los restos de ofrendas a los

muertos, donde nos han dejado muchos testimonios de su modo de alimentarse.

En el arte de la cultura egipcia se encuentran escenas de la vida cotidiana, se ve a los

ushebtis (estatuillas de caliza o madera), que representan a los sirvientes de un muerto,

realizando sus trabajos: preparando pan, moliendo y almacenando grano o sirviendo

cerveza y asando aves y otras carnes.

Figura 1.2 Estatuilla de una mujer almacenando grano.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=zt78ydz234gwaM&tbnid=B6xyflBk7CnInM:&ved=0CAUQjRw&url=http://quhist.com/cerveza-bebida-alcoholica-mas-antigua-historia-sumerios-antiguo-egipto/&ei=Qc8DUorZEMrQyAGJzoGgBg&bvm=bv.50500085,d.aWc&psig=AFQjCNEYx1wGYI6O4pcwmdC5OPCKT-GtaQ&ust=1376067250893450


5

La paulatina desertificación dio mayor importancia a encontrar diversas formas de

almacenar y conservar alimento, lo que ayudo al desarrollo de la agricultura.

Figura 1.3 Egipcios Almacenando granos.

Las frutas más consumidas eran los dátiles (utilizados también para producir una cerveza de

lujo, el seremet que son tanques donde se elaboraba la cerveza), la uva, la granada, la

sandía y el melón, pero también la algarroba y el sicómoro (una especie de higo) eran

almacenadas por corto tiempo debido a la rápida descomposición de estos.

Figura 1.4 Jeroglífico en el cual se muestra el almacenamiento de diversos productos.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=XXAeWlZGY2F3DM&tbnid=qfMkc2SebDWEKM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.aoracerveza.com/web/index.php?option=com_content&view=article&id=86&Itemid=125&ei=0s4DUoW3AbS6yAHU6YDYAQ&psig=AFQjCNFHr5g5zmpA2O963MWM1eZOeiKNbg&ust=1376067401847939

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=XXAeWlZGY2F3DM&tbnid=qfMkc2SebDWEKM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.historiacocina.com/es/antiguo-egipto&ei=_c0DUqP4Fq6AygHwxYG4Cw&bvm=bv.50500085,d.aWc&psig=AFQjCNFHr5g5zmpA2O963MWM1eZOeiKNbg&ust=1376067401847939


6

El pan preparado era introducido en una gran cuba (tanque de almacenamiento) y cubierto

con un líquido preparado con agua y dátiles. Un cervecero entraba en la cuba y pisaba la

preparación hasta que la mezcla fuese homogénea.

Figura 1.5 Pintura donde se muestra el almacenamiento de cerveza en recipientes.

La cerveza se conservaba bastante bien y era vendida en ánforas cerradas con un tapón de

paja y de arcilla húmeda o con un plato pequeño y un poco de yeso.

Figura 1.6 Ánforas que servían para almacenar cerveza.

1.3 Tanques de Almacenamiento en la Antigua Roma.

Desde tiempos de los romanos existen restos arqueológicos de contenedores fabricados de

hierro y metal, los recipientes ya contenían desde entonces un asa, pero tenían un pie

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=RWCwtkQ0I0yTrM&tbnid=QhJB6OVL7oUJNM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.cervezus.com/blog/cerveza-egipcios/&ei=DtMDUvmcGcqwygG_rIGICA&bvm=bv.50500085,d.aWc&psig=AFQjCNFWxYKB1vdZaADehgI45nQY-gGjwQ&ust=1376068384057497

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Louvres-anitiquites-egyptiennes-p1010852.jpg


7

central como un cáliz. Los primeros restos arqueológicos de un recipiente de

almacenamiento proceden de Hemmoor al oeste de Hamburgo, y que se denomina cubo de

Hemmoor.

Figura 1.7 Cubo de Hemmoor.

Este recipiente procede con toda seguridad de la época del Imperio romano de los siglos

siglo II y III, y se empleaba para el transporte de vino. Debido a la capacidad que tenían los

romanos de hacer comercio, se han podido ver las influencias de su elaboración en otros

países dentro del área de influencia, algunos de ellos en forma de urnas.

Los cubos se han utilizado desde la antigüedad para el transporte de agua desde las fuentes

o pozos, para acumularla luego en recipientes donde no se pierda. También se usaban para

almacenar fluidos tales como la pintura, arena y otras.

1.4 Tanques de Almacenamiento en la Actualidad.

Los tanques de almacenamiento han jugado papeles diferentes e importantes a través de la

historia. Con la evolución de la sociedad los recipientes han cambiado también, reflejando

nuevos requisitos y características sobre estos.

A mediados del siglo XX la gran transformación de la vida rural a la vida urbana exigió que

los alimentos pudieran ser fabricados y transportados desde el campo a la ciudad y pudieran

mantenerse durante mayores períodos de tiempo en buen estado de conservación.

La fabricación de recipientes para diversos procesos industriales fue utilizado no solo por la

industria alimenticia, sino para elaborar un sin número de productos.

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Hemmoor&action=edit&redlink=1

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hemmoorer_Eimer.jpg


8

Se necesitaron nuevos contenedores para adaptarse a esos cambios. Los recipientes

fabricados de diversos materiales tuvieron una gran aceptación, ya que según el tipo de

proceso bajo el cual se elaboraba algún producto se cambiaba el material del recipiente con

lo cual ayudaba al proceso a tener una mejor calidad.

El siglo XX también vio nacer un nuevo material de envase, el plástico. Hoy día se puede

disponer de unos 60 materiales con los cuales se fabrican recipientes y resinas, algunos de

ellos en distintas presentaciones o tipos. Las resinas son utilizadas para recubrir la parte

interior de los tanques, con el fin de que el tanque no contamine el producto que se está

elaborando, o que se mantengan mejor conservadas las propiedades de los productos.

Actualmente, con el deseo de facilitar aún más el uso del envase, manteniendo un bajo

costo, los diseñadores han desarrollado nuevos materiales complejos, aquellos que

contienen combinaciones de metal, papel y plástico.

Los recipientes que se fabrican con estos materiales son más livianos, durables, con gran

capacidad de mantener las características sanitarias de los alimentos y de otros productos.

1.5 Tanques de Almacenamiento en la Industria Petrolera.

El petróleo es quizá la sustancia más importante que se consume en la sociedad moderna.

Proporciona no sólo materias primas para los plásticos y otros productos, sino también es

indispensable para la producción de energía en la industria y el transporte.

La industria petrolera moderna comenzó en los últimos años de la década de 1850 con el

descubrimiento de petróleo en América del Norte, fue el coronel Edwin L. Drake quien

perforó el primer pozo petrolero del mundo en 1859 en Estados Unidos.

El almacenamiento de crudo fue una parte primordial en el desarrollo y la compresión sobre

el desarrollo de materiales para la contención de esta materia prima, esto no solo ayudo a su

contención, sino a poder implementar estos materiales para poder transportar esta materia

mediante tuberías entre otras.


9

La producción de crudo en Estados Unidos aumentó de aproximadamente 2.000 de barriles

en 1859 a cerca de 3.000.000 de barriles en 1863 y aproximadamente 10 millones de

barriles en 1874 por lo que era muy importante contener el crudo de una forma segura ya

que ocurrían accidentes debido a una mala forma de almacenar el crudo.

Figura 1.8 Almacenamiento de crudo en barriles.

En 1861 el primer cargamento de petróleo, fue contenida en barriles de madera y fue

enviado a través del Atlántico a Londres, en este primer cargamento explotaron varios

barriles de crudo por lo que se decidió tomar medidas pare tener un mejor almacenamiento

del fluido.

Por la década de 1890, las refinerías, camiones cisterna y las tuberías se habían convertido

en rasgos característicos de la industria. Actualmente los tanques de almacenamiento de

crudo cuentan con un estricto control de calidad el cual hace posible que no se presenten

incidentes en esta industria.

Figura 1.9 Tanques de almacenamiento de crudo.

1.6 Tanques de Almacenamiento de Agua.

Un tanque para el almacenamiento de agua es tan antiguo como el hombre civilizado, pues

este tiene funciones como: el almacenamiento de agua potable, la agricultura de riego,

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=x_nUuIgbbwP1WM&tbnid=LPMz588vsWZgXM:&ved=0CAUQjRw&url=http://edicion4.com.ar/e4blog/?tag=america-latina-y-el-caribe-estaran-produciendo-12-millones-de-barriles-diarios-de-petroleo-en-2015&ei=WuoDUrSxJImayAH0voCYBA&bvm=bv.50500085,d.aWc&psig=AFQjCNFcAx-6trxggYLb1Z2AILhoNaug4w&ust=1376074612655112

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=xTl63P31vQv-GM&tbnid=y18E1N928MPhPM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.petrofloplus.com/applications.html&ei=xuoDUsPiFaSwyQGaxoG4DQ&psig=AFQjCNFhDiodwn0iZT9r2R79Yt4qfVGOGA&ust=1376074579517156


10

extinción de incendios, fabricación de productos químicos, preparación de alimentos, etc.

Diversos materiales se utilizan para la fabricación de un tanque de agua: plásticos, fibra de

vidrio, hormigón, piedra, acero, estanques de tierra funcionan como almacenamiento de

agua.

A lo largo de la historia, la madera, la cerámica y la piedra han sido utilizadas como

materiales para la fabricación de depósitos de agua. Estos materiales fueron de origen

natural y algunos tanques están todavía en servicio. La civilización del valle del Indo, hizo

uso de graneros y depósitos de agua. Loa castillos medievales necesitaban tanques de agua

para que los defensores pudieran resistir un asedio.

Figura 1. 10 Almacenamiento de agua en alambiques.

Actualmente los tanques de almacenamiento cumplen con ciertas normas las cuales

permiten que se pueda consumir su contenido de una forma segura.

La American Water Works Association es una fuente de conocimientos sobre depósitos de

agua, la asociación proporciona especificaciones para una variedad de aplicaciones de

tanques de almacenamiento de agua, así como de diseño.

Figura 1. 11 Tanques de almacenamiento de agua.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=1HeyrSqZGsxXjM&tbnid=WzItG92RoBgKoM:&ved=0CAUQjRw&url=http://es.wikipedia.org/wiki/Historia_del_vino&ei=iekDUpyBN6qoyAG3m4GIDw&bvm=bv.50500085,d.aWc&psig=AFQjCNFyXGW80fkwerJ8AEHDGJZtM6h9MQ&ust=1376074498876804

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=WnjU4Sdd8f5ZOM&tbnid=6wvRs3uB7XutQM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.florida-aquastore.com/spwastewatertreatment.html&ei=6ugDUtuzM8OcyQGpiYCIAw&bvm=bv.50500085,d.aWc&psig=AFQjCNF3nrX3woxpNXCrnVsmANUgwSbtiw&ust=1376074277813674


11

1.7 Tanques de Almacenamiento en la Industria Alimenticia.

El término Industria Alimenticia abarca un conjunto de actividades industriales dirigidas al

tratamiento, la transformación, la preparación, la conservación y el envasado de productos

alimenticios.

Las mejoras de las tecnologías de tratamiento y conservación de los alimentos han atenuado

parcialmente la presión afrontada por los trabajadores debida a la necesidad de procesarlos

con rapidez para evitar el deterioro de los productos.

La manipulación de las materias primas, los ingredientes utilizados en la elaboración y los

productos terminados son variables y diversos. Actualmente se tiende a reducir al mínimo

la manipulación manual mediante la mecanización, el “proceso continuo” y la

automatización.

El almacenamiento de materias primas es sumamente importante en una industria

estacional (por ejemplo, refinado de azúcar, elaboración de cerveza, moltura de harina y

enlatado). Suele realizarse en silos, tanques, bodegas y cámaras frigoríficas. El

almacenamiento de productos terminados varía en función de su naturaleza (líquidos o

sólidos), y el método de conservación y envasado (suelto, en sacos de mayor o menor

tamaño, en fardos, cajas o botellas); y el diseño de las instalaciones respectivas debe

responder a las condiciones de manipulación y conservación (pasillos de tránsito, facilidad

de acceso, temperatura y humedad adecuadas al producto, cámaras frigoríficas). Los

productos pueden conservarse en atmósferas deficientes en oxígeno o fumigados durante su

almacenamiento o justo antes de su envío.

Los denominados tanques de proceso ayudan a realizar diversos procesos en el mismo

tanque debido a que se necesita rapidez para que su contenido no presente características

perecederas, esto cambia la idea de que los recipientes solo sirven para almacenar

productos.


12

1.8 Tanques de Procesos.

Se desconoce desde cuando se comenzaron a utilizar este tipo de tanques, lo cierto es que

desde que los productos se hicieron más elaborados y se necesitaba tener mayor rapidez al

momento de su elaboración así como la forma de conseguir espacio dentro de las empresas,

se comenzaron a implementar ideas para tener muchos procesos de forma simultaneo

dentro de los tanques de almacenamiento.

Con el tiempo este tipo de tanques se han vuelto muy comunes dentro de todas las ramas

industriales (alimenticias, petroleras, textiles, farmacéuticas, etc.) y solo la imaginación es

el límite para poder implementar diversos procesos dentro de un solo tanque de

almacenamiento.

1.9 Tipos de Tanques de Procesos.

Existe una gran cantidad de tanques de procesos, cada tanque es fabricado bajo las

condiciones que el producto procesado requiera, es importante aclarar que en la industria es

muy difícil encontrar 2 tanques con las mismas características debido a que cada producto

requiere un proceso o maquinaria distinta, debido a lo anterior los tanque de procesos no

son fabricados en masa, su clasificación varia en gran medida del tipo de campo de

aplicación al que serán destinados (industria química, industria petrolera, industria

cervecera, etc.), sin embargo como este proyecto este tanque está dirigido a la industria

chocolatera se utilizara la clasificación de tanques de procesos de la industria alimenticia la

cual se divide en 3 grupos:

Tanques agitadores. Se encargan de mezclar el contenido de los tanques mediante

diversos tipos de agitadores, son muy utilizados para evitar que se hagan grumos y

se cristalicen las mezclas de diversos productos principalmente lácteos y

chocolateras.

Tanques atemperadores. La principal función de este tipo de tanques es tener el

control de la temperatura del producto procesado, existe una gran variedad de

procesos para atemperar productos que van desde la utilización de placas eléctricas


13

como resistencias, el uso de serpentines, aislamientos tipo barrera entre muchas

otras formas.

Tanques combinados. No es otra cosa que la combinación de los tanques agitadores

y los atemperadores, este tipo de tanques es utilizado cuando se requiere mezclar

algún producto por un largo periodo de tiempo sin perder la temperatura con la cual

se está mezclando dicho producto son muy utilizados en las industrias lácteas para

la producción de yogurt.

1.10 Materiales de los Tanques de Almacenamiento y de Proceso.

Los primeros contenedores fueron tomados directamente de la naturaleza, como conchas de

mar o frutos como el coco. Posteriormente se elaboraron artesanalmente en madera envases

que imitaban la forma de esos contenedores naturales. Estos fueron reemplazados por fibras

de plantas, las que tejidas constituyeron los canastos que fueron los primeros contenedores

livianos a gran escala. Otro material que se usó para contenedores de agua fue la piel de

animales.

Posteriormente, se fabricaron contenedores de arcilla en Siria, Mesopotamia y Egipto,

donde además de su funcionalidad los contenedores fueron un medio de expresión artística

que actualmente provee importante información de las culturas antiguas y sus valores.

El vidrio también fue y es un importante material de envases. Fue usado primero por los

egipcios y con él se inició la producción en cantidad y variedad de todo tipo de

contenedores de vidrio. Mientras que los metales como el cobre, fierro y estaño aparecieron

al mismo tiempo que las arcillas, sólo en los tiempos modernos estos comenzaron a jugar

un rol importante en el envasado ya que demostró ser más robusto y más durable que otros

materiales. Las latas de estaño y acero fueron ampliamente aceptadas durante la segunda

guerra mundial.

Hoy existen principalmente 6 materiales de envase, entre ellos los envases de papel y

cartón, los envases de plástico, los de metal, los de vidrio, los de madera, y los textiles.

Además, existen envases de materiales combinados que se emplean de esta manera


14

generalmente para producir una barrera a la humedad, a las grasas, al aire, o también para

proporcionar mayor resistencia, a continuación se muestran los materiales más usados para

la elaboración de diversos recipientes y sus características más destacadas:

Metales

Resistencia mecánica.

Ligereza.

Estanqueidad y hermeticidad.

Opacidad a la luz y a las

radiaciones.

Conductividad térmica.

Reciclabilidad.

Vidrio

Transparencia.

Inercia química.

Estanqueidad y hermeticidad.

Compatibilidad con microondas.

Reciclabilidad.

Posibilidad de reutilización.

Plásticos y complejos

Amplia gama de muy diversos

materiales.

Ligereza y flexibilidad.

Buena inercia química.

Amplia gama de propiedades

mecánicas.

Facilidad de impresión y

decoración.

Posibilidad de unión por

termosoldadura.

Compatibilidad con microondas.

Versatilidad de formas y

dimensiones.

Papel y cartón.

Ligereza.

Fácil compresión.

Versatilidad de formas y

dimensiones.

Facilidad de impresión.

Degradabilidad.

Fácil Reciclabilidad.

Madera

Resistencia mecánica.

Versatilidad de formas.

Reciclabilidad.

Degradabilidad.

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Reciclabilidad&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Degradabilidad&action=edit&redlink=1


15

1.11 Tanques de Procesos en las Empresas Chocolateras.

En la cultura maya se le daba un gran valor a sus semillas, que se utilizaban como moneda y

como alimento. La cultura azteca fue la continuadora de esta tradición. Los aztecas elaboraban

con las semillas de cacao el “xocolatl” una bebida de fuerte sabor que producía una gran

energía y vitalidad. Consideraban el cacao como un don divino y un “alimento de los dioses”,

y reservaban su consumo a personas de alta posición social.

Figura 1.12 Aztecas elaboran chocolate.

Cristóbal Colón fue el primero en recibir unas habas de cacao como obsequio, pero fue Hernán

Cortés quien, después de probar en 1519 el “xocolatl” ofrecido por el emperador azteca

Moctezuma, propició el conocimiento y la expansión del chocolate. Parece ser que el cacao se

introdujo en España a través de algunos monjes que viajaban en las expediciones de este

conquistador, al paso del tiempo este producto se difundió por toda Europa..

Figura 1.13 Monjes elaboran chocolate.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=M2zj9hzOhI1J2M&tbnid=8uR1wWod1l46ZM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.corazondechocolate.es/tag/aztecas/&ei=LRYEUsuTFLCWyAGMnIHgCQ&bvm=bv.50500085,d.aWc&psig=AFQjCNFOiJj6TEU6Z4cJOoOXEhtETrvD2Q&ust=1376085891233971

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=2d1ocE8SB2H43M&tbnid=Jc-QO757MIE6DM:&ved=0CAUQjRw&url=http://blog.educastur.es/sensaciones20/category/variedades/page/3/&ei=ZhYEUq2_G-KYyAH6-4CgCg&bvm=bv.50500085,d.aWc&psig=AFQjCNFOiJj6TEU6Z4cJOoOXEhtETrvD2Q&ust=1376085891233971


16

Philippe Suchard fundó en 1825 su propia confitería en Neuchatel (Neuenburg) en la que

ofrecía chocolate fino artesanal fabricado a mano.

Con la ayuda de algunos tanques almacenaba mezclas que poco a poco iba perfeccionando,

respetaba el proceso artesanal e implementaba sus ideas con el fin de hacer más fácil el

proceso de elaboración, de primera mano utilizaba pequeños tanques para almacenar cacao,

mismo que posteriormente pasaría a otros tanques donde molería y mezclaría los ingredientes

que le dan sus características al chocolate.

Figura 1.14 Antigua fábrica productora de chocolate.

Gracias a Philippe Suchard se implementaron procesos con los cuales ha sido más fácil la

elaboración del producto.

En la actualidad la mayoría de los procesos de elaboración de chocolate utilizan tanques de

almacenamiento, procesos que van desde el almacenamiento del grano, secado, agitación,

temperado, mezcla de ingredientes entre otros. Estos tanques son indispensables en la

elaboración de este producto ya que facilitan el tener el producto aislado de microorganismos

y en las condiciones idóneas para llegar a un producto de calidad.

1.12 Elaboración del Chocolate.

1.12.1 La Planta y el Fruto.

El cacaotero o cacaotal es una planta tropical americana de hojas sencillas, frágiles y brillantes

que puede alcanzar los 8 metros de altura, aunque lo ideal para una buena explotación es que

se quede a una altura entre los 4 y 5 metros.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=wKhJpK15il-vKM&tbnid=jIblHbvMVZeGwM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.alcuaderno.com/articulos/tipos-de-cerveza/&ei=EhIEUpatCbHeyQHuq4CADw&bvm=bv.50500085,d.aWc&psig=AFQjCNF4BBL6wiPBIwcGPHLX_x3LHYa7Mw&ust=1376084829278941


17

El fruto del cacao es una baya oval o esférica con unas dimensiones que varían, pero cuya

media es de 25 a 30 cm. de larga por 10 a 15 cm. de gruesa, y viene a pesar entre 250 a 500 gr.

Estos granos están envueltos en una pulpa blanca y viscosa.

Figura 1.15 Cacao y sus semillas.

1.12.2 El Beneficiado.

Una vez recogidos los frutos del cacao, se inicia un largo proceso de preparación, conocido

con el nombre de beneficiado del cacao, que da como resultado la materia prima a partir de la

cual la industria chocolatera elaborará los derivados del cacao.

1.12.3 Fermentación

Durante este proceso se desarrolla el aroma y el sabor del grano del cacao consiste en

almacenar los granos frescos en cajones de cuatro a siete días para propiciar un mejor sabor y

aroma.

1.12.4 Lavado.

Si en la fermentación no se ha eliminado toda la pulpa, se somete a un lavado, con el lavado se

tiene un aroma más fino y mejora su presencia, lo que constituye un valor importante a la hora

de la comercialización.

1.12.5 Secado.

El cacao crudo todavía contiene un 60% de humedad, que debería reducirse al 7%. Para ello se

extienden los granos en el suelo exponiéndolos al sol, si se hace con cantidades pequeñas y

donde lo permita el clima, esto se puede realizar de forma artificial.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=iJh49wVHXfSp3M&tbnid=IuHzoi0b-SEEeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://ganar-ganar.mx/noticias/?id=1864&ei=YhMEUqHVGcGQyAGg-IGIBg&bvm=bv.50500085,d.aWc&psig=AFQjCNE0XcvPUJOD6VZHsquTwJZF5GDRzQ&ust=1376085208709559


18

Figura 1.16 Secado tradicional del cacao.

1.13 Fases de la Fabricación del Chocolate.

1.13.1 El Tostado.

Después de limpiar el cacao crudo pasando los granos por tamices para eliminar impurezas,

éstos se tuestan, para desarrollar su aroma. El proceso de tostado se lleva a cabo

automáticamente a una temperatura de aproximadamente 130°C, durante 15-20 minutos.

1.13.2 La Molienda.

Los granos de cacao todavía bastante gruesos son molidos varias veces hasta que queden

suficientemente finos. El calor generado por la presión y la fricción provoca que la manteca de

cacao contenida en los granos en una media de un 54%, se disuelva produciéndose una mezcla

líquida pero espesa que servirá, bien para fabricar chocolate, bien para hacer cacao en polvo y

que es la pasta de cacao.

Figura 1. 17 Grano de cacao molido.


19

1.13.3 La Mezcla.

En la amasadora se mezclan y se amasan los ingredientes: pasta de cacao, manteca de cacao,

azúcar y leche si se pretende obtener chocolate con leche se produce una pasta homogénea,

preparada para pasar por el molino nuevamente.

1.13.4 Moler Fino.

Bajo la fuerte presión de unos rodillos de acero, se reduce drásticamente el tamaño de todas

las partículas sólidas, sobre todo de cacao y azúcar.

Figura 1.18 La mezcla de ingredientes pasa nuevamente por los rodillos.

1.13.5 El Conchado.

En las máquinas denominadas conchas procesan normalmente de 1.000 a 6.000 kg de masa de

chocolate a una temperatura de 50ºC. Durante este proceso se agita y amasa previamente el

cacao antes de pasar a las conchas, con objeto de bañar todas las partículas sólidas con la grasa

para obtener las propiedades necesarias.

De esta forma se consigue el servicio individual por las reacciones de caramelización y se

evaporan los sabores indeseados.


20

Durante un período de seis a veinticuatro horas, la masa de chocolate se refina en las conchas

de 45 a 50 °C. Sin embargo, la masa de chocolate todavía no es lo suficientemente suave para

satisfacer a todos los gustos. Todavía le falta el aroma puro y perfecto. En la figura 1.20 que se

muestra en la página siguiente se observa los 3 tanques que conforman el proceso de

conchado.

Figura 1.19 Equipo de conchado (tanque calentador, tanque agitador y conchas).

1.13.6 El Templado.

El templado se requiere con el fin de obtener la adecuada cristalización de la manteca de

cacao. Para ello, se expone la masa de chocolate a una determinada temperatura que garantiza

que cristalice una cantidad mínima de manteca en cristales del tipo estable, aproximadamente

el 1%, mientras que los cristales del tipo inestable están listos para ser moldeados.

1.13.7 El Moldeado.

Durante el proceso de moldeado se vierte la masa líquida de cacao en moldes. Cuando se

enfría la masa, cristalizan los cristales del tipo grasa y obtenemos las tabletas sólidas. En la

última fase se da la vuelta a los moldes y las tabletas caen en el transportador.

1.13.8 El Envasado.

El chocolate es colocado en recipientes los cuales protegen el producto hasta que el

consumidor lo adquiere.


21

1.14 Pasos para la Elaboración del Chocolate.

Figura 1.20 Proceso de elaboración del chocolate.

Fermentación Lavado Secado Tostado

Mezclado Molido fino Conchado Templado

Moldeado Envasado


22

CAPÍTULO

En este capítulo se

mostrara la teoría

básica, así como los

modelos matemáticos

que se emplearan

posteriormente para

el cálculo y diseño

del tanque.

Se hará énfasis en los

fundamentos de

ingeniería bajo el que

funcionan así como

en la prioridad de

cada una de las

partes.

Este capítulo también

comprende diversos

paneles en los cuales

se agrega teoría

básica adicional para

el mejor

entendimiento del

texto por parte del

lector.


23

2 Marco Teórico

En el presente capítulo se desarrollará la ingeniería básica en el que se presentara las

definiciones, conceptos y ecuaciones en las cuales se fundamenta y se desarrolla el diseño del

tanque (desarrollo del proyecto).

2.1 Fluido.

Fluido es una sustancia que se deforma continuamente, cuando está sometido a un esfuerzo

de corte o tangencial. Un fluido en reposo no soporta ningún esfuerzo de corte.

2.2 Fluido Newtoniano.

Un fluido Newtoniano, también llamado fluido verdadero es aquel que, sometido a un

esfuerzo tangencial o cortante, se deforma con una velocidad que es directamente proporcional

al esfuerzo aplicado.

Si se aplica un esfuerzo tangencial a un fluido newtoniano, este se pondrá en movimiento sin

importar cuán pequeño sea el esfuerzo tangencial y se generará una cierta distribución de

velocidad en el fluido.

2.3 Fluido No Newtoniano.

Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de

deformación son no newtonianos.

2.4 Diferencia Entre Fluidos Newtonianos y No Newtonianos.

Los fluidos Newtonianos a una temperatura fija su viscosidad no cambia y esta se mantiene

constante, a diferencia de los fluidos no Newtonianos en los cuales influyen otros factores a

parte de la temperatura y por lo tanto su viscosidad es variable.

2.5 Clasificación de los Fluidos No Newtonianos.

Como ya se vio, la clasificación más sencilla de los fluidos se denota entre fluidos

newtonianos y no newtonianos, sin embargo los fluidos no newtonianos presentan diferentes

características en diversas situaciones, comúnmente los fluidos no newtonianos se clasifican


24

con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o

independientes del mismo.

Figura 2.1 Clasificación de los fluidos.

2.6 Fluidos de Bingham.

Éstos son los más simples debido a que sólo difieren de los newtonianos en que para iniciar el

flujo de este fluido se requiere un exceso de cierto valor del esfuerzo cortante llamado límite

de fluidez, el valor del esfuerzo cortante se ve afectado por la temperatura en la que se

encuentre el fluido, la viscosidad de un líquido de Bingham depende directamente de la

temperatura.

Figura 2.2 Modelo comparativo de los diversos tipos de fluidos.

2.7 Propiedades de los Fluidos.

Las propiedades de un fluido permiten clasificar y cuantificar sus comportamientos así como

distinguirlos unos de otros. Algunas de estas propiedades son exclusivas de los fluidos y otras

son típicas de cualquier sustancia. Características como la viscosidad, tensión superficial y


25

presión de vapor solo se pueden definir en los líquidos y gases. Sin embargo, la masa

específica, peso específico y densidad son atributos de cualquier materia.

2.8 Peso.

El peso es una fuerza que se representa como la fuerza que actúa sobre una partícula y la masa

es la cantidad de la sustancia en la cual se aplica, ambos términos se relacionan por la Ley de

la Gravitación de Newton, la cual indica que el peso de una partícula puede expresarse como:

[2.1]

Dónde:

W= Peso de la partícula u objeto en [ ].

m= Masa del elemento en [ ].

g= Constante gravitacional en [

].

2.9 Densidad.

Otro factor de gran importancia cuando se trabaja con fluidos es la Densidad, la cual se define

como la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia, y que matemáticamente se

escribe de la siguiente manera:

[2.2]

Dónde:

ρ= Densidad en [

].

m= Masa del elemento en [ ].

= Volumen que ocupa la sustancia en [ ].

2.10 Viscosidad.

Es la resistencia que presenta un fluido al movimiento, provocado por una fuerza cortante en

otras palabras es una fricción interna entre las capas del fluido. Esta resistencia se debe a dos

fenómenos:

1) La cohesión de las moléculas.


26

2) La transferencia molecular de una capa a otra, lo que establece un esfuerzo cortante.

En los líquidos predomina la cohesión y como está disminuye al aumentar la temperatura

disminuye la viscosidad de esos líquidos.

2.11 Peso Específico.

El peso Específico implica a la densidad y la aceleración de la gravedad, esto significa que es

la fuerza que ejerce la tierra para atraer un volumen. La ecuación para su cálculo es la

siguiente:

[2.3]

Dónde:

γ= Peso específico de una sustancia en [

].

ρ=Densidad del fluido a tratar en [

].

= aceleración de la gravedad en [

].

2.12 Código A.S.M.E.

El código A.S.M.E. es un conjunto de normas, está compuesto por 11 secciones dedicadas a

reglamentar en forma integral la construcción de calderas, recipientes a presión y reactores

nucleares. Esto incluye los requerimientos de diseño, selección de materiales, fabricación,

pruebas e inspección.

Las secciones que componen el código ASME son:

Sección I Calderas de Potencia.

Sección II Especificación de Materiales.

Sección III Requisitos generales para División 1 y División 2.

Sección IV Calderas para Calefacción.


27

Sección V Pruebas no Destructivas.

Sección VI Reglas y Recomendaciones para el cuidado y operación de las Calderas.

Sección VII Guía y recomendaciones para el cuidado de Calderas de Potencia.

Sección VIII Reglas para la fabricación de recipientes a Presión.

Sección IX Cualificación para soldadura y soldadura fuerte.

Sección X Recipientes a Presión con Plástico reforzado en fibra de vidrio.

Sección XI Reglas para Inspección en servicio de Plantas Nucleares.

Concretamente en la Sección VIII del Código se establecen las normas y procedimientos para

la fabricación de recipientes a presión no expuestos a la acción directa del fuego, que es el

objeto de este proyecto.

Esta Sección está constituida por tres divisiones que son:

División 1ª. “Reglas para la Construcción de Recipientes a Presión”.

División 2ª. ”Reglas Alternativas para la Construcción de Recipientes a Presión”.

División 3ª. “Reglas Alternativas para la Construcción de Recipientes de Alta”.

El principal Código utilizado en México, Estados Unidos de Norteamérica y en muchos otros

países del mundo, es el “CÓDIGO A.S.M.E. SECCIÓN VIII, DIVISIÓN 1”.

Como una alternativa del Código A.S.M.E, Sección VIII, División 1, existe la División 2. La

diferencia fundamental entre las dos divisiones radica en los factores de seguridad, los cuales

son mayores en la División 1.


28

Como un complemento, el Código A.S.M.E., Sección VIII, División 1, para el procedimiento

de soldadura se utiliza la Sección IX del Código A.S.M.E. y el AWS (American Welding

Society).

Una vez teniendo una idea de lo que es el Código A.S.M.E., nos enfocaremos a la Sección

VIII, ya que es la sección relacionada con “Recipientes a Presión”.

2.12 Limitaciones.

La presión máxima debe ser menor a 3,000 PSI.

Calentadores tubulares sujetos a fuego.

Recipientes a presión que son parte integral de componentes de sistemas de tuberías.

Deben ser estacionarios.

El volumen mínimo que deberán contener estos recipientes es de 120 galones (453.3

litros).

Recipientes menores de 15.2 cm (6 pulg) de diámetro.

Recipientes sujetos a presión interna o externa menor de 1.0055 kg/cm² (15psi).

2.13 Recipiente.

Depósito cerrado que aloja un fluido a una presión manométrica diferente a la atmosférica, ya

sea positiva o negativa.

2.14 Tanques de Almacenamiento.

Un tanque es una unidad cuya función es almacenar líquidos; está formado por un recipiente

cerrado o abierto, por lo general es un recipiente abierto, el cual cuenta con líneas de entrada y

salida. Existen varias formas y tamaños de tanques dependiendo de la aplicación o finalidad

del mismo.

2.15 Tipos de Tanques de Almacenamiento.

Los tanques de almacenamiento se usan como depósitos para contener una reserva suficiente

de algún producto para su uso posterior y/o comercialización. Los tanques de almacenamiento,

se clasifican en:


29

1.- Cilíndricos Horizontales.

2.- Cilíndricos Verticales.

Los tanques cilíndricos horizontales, generalmente son de volúmenes relativamente bajos,

debido a que presentan problemas por fallas de corte y flexión. Por lo general, se usan para

almacenar volúmenes pequeños. Los tanques cilíndricos verticales nos permiten almacenar

grandes cantidades volumétricas con un costo bajo. Con la limitante que solo se pueden usar a

presión atmosférica o presiones internas relativamente pequeñas.

Figura 2.3 Clasificación de los tanques de almacenamiento.

2.16.1 Por su Uso.

Por su uso los podemos dividir en tanques de almacenamiento y en tanques de proceso. Los

primeros nos sirven únicamente para almacenar productos, y de acuerdo con su servicio son

conocidos como tanques de almacenamiento, tanques de día, tanques acumuladores, etc.

2.16.2 Por su Forma.

Por su forma, los tanques a presión, pueden ser cilíndricos o esféricos. Los primeros pueden

ser horizontales o verticales, y pueden tener, en algunos casos, chaquetas para incrementar o

decrecer la temperatura de los fluidos según el caso.

Los recipientes esféricos se utilizan generalmente como tanques de almacenamiento, y se

recomiendan para almacenar grandes volúmenes a altas presiones. Puesto que la forma

esférica es la forma “natural” que toman los cuerpos al ser sometidos a presión interna, ésta


30

sería la forma más económica para almacenar fluidos a presión, sin embargo, la fabricación de

este tipo de recipientes es mucho más cara en comparación con los recipientes cilíndricos.

2.17 Geometría de un Tanque de Almacenamiento.

Debido a los grandes costos que presenta el fabricar un recipiente de forma esférica, es muy

común encontrar en la industria tanques con formas cilíndricas.

Un tanque que presenta una forma cilíndrica es fácil de construir, y su elaboración no requiere

de grandes sumas de dinero, además la forma cilíndrica reparte uniformemente los esfuerzos

internos en las paredes del cilindro lo que no pasaría con otra geometría.

Figura 2.4 Esfuerzos uniforme en un cilindro.

2.18 Estructura del Tanque.

El desarrollo de una pieza que se pretende doblar o rolar debe ser considerado para que al

realizar el proceso no existan faltantes o excedentes de material, esto obedece a la teoría de la

fibra neutra, este fenómeno aparece al hacer un doblez por un lado que se contrae del material

y por el otro se expande.

Matemáticamente esta fibra neutra varía dependiendo del grado en el cual el material se dobla

y del espesor del material, sin embargo, en la práctica se han desarrollado dobleces con un

excedente en decimas de milímetro al colocar esta fibra neutra de desarrollo a la mitad del

espesor del material, con un óptimo uso y ahorro de materia prima, por medio de herramientas

CAD como se explica en la siguiente página:


31

Figura 2.5 Procedimiento para obtener el desarrollo de un cilindro.

Según la imagen anterior un cilindro tiene un diámetro interior y uno exterior, la resta de estos

es el espesor del material, trazando en un programa de dibujo un circulo con un diámetro que

tenga la mitad del espesor del material añadido al diámetro interno se obtiene la fibra neutra.

Al obtener el diámetro de la fibra neutra es posible obtener el perímetro de este cilindro y dado

que ya se conoce la altura también es posible dimensionar por completo el desarrollo de la

lámina necesaria para realizar este cilindro. El cual es:

[2.4]

Dónde:

= Perímetro de un círculo en [ ].

= Diámetro del círculo en [ ].

π = constante matemática igual a 3.14159.

Así mismo esa será la longitud de la lámina y el ancho estará determinado por la altura del

cilindro y la longitud estará determinada por la altura que se pretenda tenga el tanque. Es

posible obtener el desarrollo de cualquier placa o lámina que se pretenda doblar sin importar el

número de dobleces o ángulo que esté presente por medio del procedimiento que se muestra a

continuación:

En un programa de dibujo se puede trazar la vista referente a los dobleces de la pieza que se

desea obtener, y así trazar una línea en medio del espesor de la pieza, la cual tendrá la función

de la fibra neutra, nótese que esto aplica también en los radios de doblez.


32

Estos radios de doblez tienen una longitud de arco o cuerda que es posible calcular o con la

ayuda de un programa CAD y se puede obtener como un dato proporcionado y exacto.

Se debe considerar que el doblar piezas de estas características, tiene cierto costo que podría

rebasar el costo de un canal o ángulo estándar que se pudiese obtener de fábrica, pero las

dimensiones pueden ser definidas por el diseñador, así también estos perfiles son más ligeros y

no tiene que atenerse a tiempos de entrega o a desperdicios de material ni mucho menos a

añadiduras pues los perfiles comerciales tienen un peso específico y se venden en longitudes

de 6.1 y 12.2 metros.

Figura 2.6 Procedimiento para obtener el desarrollo de un canal o ángulo.

2.19 Carga Máxima en el Tanque.

Para conocer la máxima carga del fluido que es aplicada a lo largo del área correspondiente a

la superficie del tanque se debe considerar la siguiente ecuación:

[2.5]


33

Dónde:

= Cambio en la presión en [

].

= Densidad en [

].

= Constante gravitacional igual 9.81 en [

].

h= Altura de carga de fluido en [ ].

Esto es debido a que existe un cambio en la Presión dependiendo de la altura mientras se trate

de un fluido estático y homogéneo.

A lo largo de la pared estas presiones varían y podría optarse por generar sectores del tanque

con lámina o placa de diferentes espesores en forma de carretes, a juicio del diseñador se debe

calcular el espesor de la lámina para el cuerpo del tanque de acuerdo a las propiedades del

acero probable para la selección.

Cuando se considera el uso de tanques de almacenamiento, generalmente estos pueden tener

un cuerpo cilíndrico o esférico combinando características en los extremos, es decir, las tapas

pueden tener diversas formas, ajustándose a las necesidades del proceso que el recipiente

llevará a cabo, no obstante es prioridad el cuerpo, para el cual es necesario conocer los

esfuerzos máximos que deberá resistir el cuerpo cilíndrico, por lo que se deberá proceder al

siguiente análisis.

Cuando un recipiente se encuentra lleno de fluido, se puede asumir que este, dependiendo de

la altura del fluido como expresa la ecuación [2.5] genera una línea de acción con fuerzas

homogéneas a lo largo de esa línea, y estas mismas actúan perpendicularmente sobre la pared

del recipiente, en esta situación es posible realizar análisis particulares sobre una pequeña

sección de la pared del tanque cilíndrico y que deberá ser una reacción aproximada en toda el

área de la pared. El cuerpo cilíndrico es una entidad simétrica que arroja como resultado solo 2

esfuerzos principales, sea un recipiente sometido a presión o no se debe realizar este cálculo

para poder determinar el espesor del cuerpo.


34

2.20 Esfuerzo Tangencial.

El esfuerzo tangencial o de costilla es un esfuerzo que se localiza en la línea de acción de la

fuerza y se representa como:

[2.6]

Dónde:

= Esfuerzo tangencial o de costilla en [

].

= Presión manométrica del fluido en [

].

r = Radio interno del cilindro en [ ].

t = Espesor de pared del cilindro en [ ].

Figura 2.7 Esfuerzos tangenciales.

2.21 Esfuerzo Longitudinal.

El esfuerzo longitudinal es un esfuerzo que actúa a lo largo del cuerpo del recipiente y se

representa de la siguiente manera:

[2.7]

Dónde:

= Esfuerzo longitudinal en [

].

= Presión manométrica del fluido en [

].

r = Radio interno del cilindro en [ ].

t = Espesor de pared del cilindro en [ ].

Figura 2.8 Esfuerzos longitudinales.


35

2.22 Esfuerzo Promedio.

El valor de este esfuerzo en equivalente al esfuerzo cortante máximo que puede soportar el

elemento, pero aun así se debe calcular el esfuerzo promedio existente en el tanque que oscila

como se expresa en la siguiente ecuación.

[2.8]

Dónde:

= Esfuerzo promedio en [

].


].


].

2.23 Esfuerzo Resultante.

La resultante que representa la fuerza que produce el mismo efecto sobre la partícula que las

fuerzas dadas, respondiendo a la premisa de la tercera ley de Newton de que a toda acción

corresponde una reacción de igual magnitud pero en sentido contrario. Y que para estos

esfuerzos corresponde a:

[2.9]

Dónde:

= Resultante de fuerzas concurrentes en [

].


].


].

2.24 Tapas.

Dispositivos que sirven para “cerrar” recipientes cilíndricos, evitan que elementos ajenos se

introduzcan en el interior del recipiente, existen varios tipos de tapas, entre ellas se encuentran

las siguientes: Tapas planas, planas con ceja, únicamente abombadas, abombadas con ceja

invertida, toriesféricas, semielípticas, semiesféricas, tapas 80-10, tapas cónicas, toricónicas,

etc.


36

2.24.1 Tapas Planas.

Se utilizan para “cerrar” recipientes sujetos a presión atmosférica generalmente, aunque en

algunos casos se usan también en recipientes sujetos a presión. Su costo entre las tapas es el

más bajo, se utilizan también como fondos de tanques de almacenamiento de grandes

dimensiones.

2.24.2 Tapas Planas con Ceja.

Se utilizan generalmente para presiones atmosféricas, su costo también es relativamente bajo,

y tienen un límite dimensional de 6 metros de diámetro máximo, debido a que las fábricas no

cuentan con equipos para producir tapas de mayor tamaño.

2.24.3 Tapas Únicamente Abombadas.

Son empleadas en recipientes a presión manométrica relativamente baja, su costo puede

considerarse bajo, sin embargo, si se usan para soportar presiones relativamente altas, será

necesario analizar la concentración de esfuerzos generada al efectuar un cambio brusco de

dirección.

2.24.4 Tapas Abombadas con Ceja Invertida.

Su uso es limitado debido a su difícil fabricación, por lo que su costo es alto, siendo

empleadas solamente en casos especiales.

2.24.5 Tapas Toriesféricas.

Son las que mayor aceptación tienen en la industria, debido a su bajo costo y a que soportan

altas presiones manométricas, su característica principal es que el radio de abombado es

aproximadamente igual al diámetro. Se pueden fabricar en diámetros desde 0.3 hasta 6 metros.

2.24.6 Tapas Semielípticas.

Son empleadas cuando el espesor calculado de una tapa toriesférica es relativamente alto, ya

que las tapas semielípticas soportan mayores presiones que las toriesféricas. El proceso de

fabricación de estas tapas es el troquelado, su silueta describe una elipse relación 2:1, su costo

es alto y en México se fabrican hasta un diámetro máximo de 3 metros.


37

2.24.7 Tapas Toricónicas.

Las tapas toricónicas son comúnmente usadas para tanques que procesan fluidos de alta

viscosidad la forma de la tapa permite un fácil ensamble con un cuerpo cilíndrico, que por otro

lado con un cono sería más difícil, otra de las grandes ventajas es que el ángulo de inclinación

de la tapa puede ser muy reducido y favorece el movimiento del fluido para la descarga.

Cualquier ángulo es posible para una tapa toricónica a criterio del diseñador, no obstante el

radio de rodilla debe ser considerado por un 6% del diámetro mayor que se busca y la ceja

después de este radio deberá ser como mínimo de 38 milímetros que es la ceja mínima que en

México se puede manufacturar.

[2.10]

Dónde:

= Espesor mínimo requerido en la tapa, sin corrosión, en pulgadas (mm).

= Diámetro interior mayor, del cono, en pulgadas (mm).

= Eficiencia de las soldaduras (ver Anexo No.1).

= Presión de diseño, en (KPa).

= Esfuerzo máximo permisible, del material de la tapa, a tensión y a la temperatura de

diseño, en (KPa).

2.26 Presión.

La definición clásica de Presión es una fuerza normal ejercida en un área determinada. En un

fluido está presión existe aún si el flujo está en movimiento o es estático, sin embargo, existen

diferentes estándares de Presión y no todos se ocupan de la misma manera.

Ha de notarse que en la Mecánica de fluidos existen tres tipos diferentes de Presión.

Presión absoluta: es la Presión real que sufren los cuerpos y se mide respecto a la presión

atmosférica.


38

La Presión manométrica: Alterada para los instrumentos de medición para marcar como base 0

tomando en cuenta que no exista una deflexión entre la presión en puntos diferidos de altura o

de posición en el mundo. Y que es la diferencia entre la Presión absoluta y la presión

atmosférica de la zona en que se esté midiendo.

Presión de vacío: Esta presión se encuentra por debajo de la presión atmosférica y que no

aparecen en la naturaleza sino en diversos mecanismos diseñados por la humanidad y son la

diferencia entre la presión atmosférica y la absoluta. Las ecuaciones para obtener la presión

serán:

Pmanométrica=Pabsoluta-Patmosférica [2.11]

Pvacio=Patmosférica-Pabsoluta [2.12]

Tómese en consideración que a mayor altura de fluido (mayor volumen) la presión en las

capas inferiores se incrementa, es decir prácticamente la capa más baja de agua esta

“cargando” a todas las demás y esto demuestra que a mayor profundidad existe mayor presión

y esta se puede ubicar sobre una pared que trate de retener un fluido, como en el caso de las

presas.

2.26.1 Presión de Operación.

La presión de operación (Po) es identificada como la presión de trabajo y es la presión

manométrica a la cual estará sometido un equipo en condiciones de operación normal.

2.26.2 Presión de Diseño.

Es el valor que debe utilizarse en las ecuaciones para el cálculo de las partes constitutivas de

los recipientes sometidos a presión, dicho valor será el siguiente:

[2.13]


39

[2.14]

Dónde:

= Presión de diseño en

.

= Presión de operación en

.

Al determinar la presión de diseño (P), debe tomarse en consideración la presión hidrostática

debida a la columna del fluido que estemos manejando, si éste es líquido sobre todo en

recipientes cilíndricos verticales.

2.26.3 Presión de Prueba.

Se entenderá por presión hidrostática de prueba y se cuantificará por medio de la siguiente

ecuación:

[2.15]

Dónde:

= Presión de diseño.

= Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura ambiente.

= Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura de diseño.

2.26.4 Presión de Trabajo Máxima Permisible.

Es la presión máxima a la que se puede someter un recipiente, en condiciones de operación,

suponiendo que él está:

a) En condiciones después de haber sido corroído.

b) Bajo los efectos de la temperatura de diseño.

c) En la posición normal de operación.


40

d) Bajo los efectos de otras cargas, tales como fuerza debida al viento, presión

hidrostática, etc., cuyos efectos deben agregarse a los ocasionadas por la presión

interna.

Es una práctica común, seguida por los usuarios, diseñadores y fabricantes de recipientes a

presión, limitar la presión de trabajo máxima permisible por la resistencia del cuerpo o las

tapas, y no por elementos componentes pequeños tales como bridas, boquillas, etc.

2.27 Diseño de Orejas de Izaje para Recipientes Verticales.

La forma y consecuentemente el diseño y cálculo de las orejas de izaje para recipientes

cilíndricos verticales, difiere de las usadas en los horizontales, debido a la geometría propia

del recipiente y a la forma de sujeción para su izaje. El espesor de las orejas de izaje, se

calcula por medio de la siguiente ecuación:

[2.16]

Dónde:

= Espesor mínimo requerido en la oreja de izaje.

= Peso del equipo vacío.

= Esfuerzo a tensión del material de la oreja.

= Distancia mostrada en el Anexo 20.

2.28 Tamaño Óptimo del Recipiente.

El tamaño del recipiente depende de la cantidad de producto que el tanque procese y por lo

regular se calcula utilizando la geometría principal del envolvente, lo anterior se hace para

evitar de calcular el volumen de otras formas geométricas como son las tapas, lo que haría que

el cálculo del volumen sea difícil, una vez calculando el volumen del producto, el diseñador

considera a su criterio el aumentar el tamaño del recipiente, debido a que la cantidad de

mezcla no siempre será exacto, aunado a lo anterior el ángulo o abombamiento de las tapas

dan volumen extra, lo cual es benéfico para el tanque debido a que tendrá mayor capacidad de

almacenamiento y por ende mayor seguridad de que no se derramara el producto.


41

2.29 Materiales más Usados en la Fabricación de Tapas y Cuerpo.

La mayoría de los metales se oxidan, por ejemplo la plata se pone negra, el aluminio cambia a

blanco, el cobre cambia a verde y ordinariamente el acero cambia a rojo. En el caso de acero,

el hierro presente se combina con el oxígeno del aire para formar óxidos de hierro o

“herrumbre”, todos los cambios que se producen en los materiales pueden cambiar

químicamente el producto que contienen las tapas y el cuerpo.

A principios del siglo XX algunos metalurgistas descubrieron que adicionando poco más de

10% de cromo al acero, éste no presentaba herrumbre bajo condiciones normales; la razón de

ello es que el cromo suele unirse primeramente con el oxígeno del aire para formar una

delgada película transparente de óxido de cromo sobre la superficie del acero y excluye la

oxidación adicional del acero inoxidable. Esta película se llama capa pasiva. En el caso de que

ocurra daño mecánico o químico, esta película es auto reparable en presencia de oxígeno.

El acero inoxidable puede ser clasificado en cinco familias diferentes; cuatro de ellas

corresponden a las particulares estructuras cristalinas formadas en la aleación: austenita,

ferrita, martensita y dúplex (austenita mas ferrita); mientras que la quinta son las aleaciones

endurecidas por precipitación, que están basadas más en el tipo de tratamiento térmico usado

que en la estructura cristalina.

2.29.1 Características y Aplicaciones de los Tipos de Acero Inoxidables más Comunes.

Martensíticos.

403.- Es primariamente empleado en partes críticas de maquinaria sometida a altos esfuerzos y

donde se requiere, además buena resistencia al calor, corrosión, desgaste abrasivo o erosión.

410.- Es de propósito general y el tipo más usado de la familia martensítica debido a sus

atractivas características y su bajo costo. Se emplea en tuercas, tornillos, cubiertos,

herramientas de cocina, partes de horno a bajas temperaturas, equipo para refinación de

petróleo, vajillas, partes para turbinas a gas o vapor, etc.


42

420.- Es una modificación del 410, con alto contenido de carbono, que le permite alcanzar

mayor dureza y mayor resistencia al desgaste aunque menor resistencia a la corrosión. Se

utiliza para instrumentos dentales y quirúrgicos, hojas de cuchillos, moldes, herramientas, etc.

422.- Diseñado para el servicio a temperaturas de hasta 650º C, combinando resistencia

mecánica. Presenta maquinabilidad de mediana a baja.

Ferríticos.

405.- Conocido como un grado soldable del tipo 410 se utiliza en partes resistentes al calor,

equipo para refinación de calor, racks para templado de acero.

409.- Es un acero estructural de uso general, es utilizado en aplicaciones que no requieren alta

calidad de apariencia. Se usa para fabricar silenciadores y convertidores catalíticos para

automóviles, cajas de trailer, tanques de fertilizantes, contenedores.

430.- Es el más popular de los aceros inoxidables simplemente al cromo. Es un acero de

propósito general, es dúctil y tiene buenas características de formabilidad, tiene buena

resistencia a la corrosión. Es ideal para muebles y decoración interior.

Austeníticos.

301.- Menor resistencia a la corrosión que otros aceros de la serie 300. Puede ser fácilmente

formado y ofrece buenas propiedades de soldabilidad. Utilizado en partes de aviones, adornos

arquitectónicos, cajas de ferrocarril y de trailer, cubiertas de rines, equipos para procesamiento

de alimentos.

303.- Especial para propósitos de maquinado, buena resistencia a la oxidación en ambientes de

hasta 900º C. Se emplea para cortes pesados. Se usa para la fabricación de partes para bombas,

bushings, partes maquinadas y flechas.

304.- Todo propósito, tiene propiedades adecuadas para gran cantidad de aplicaciones. Se

recomienda para construcciones ligeras soldadas que requieran buena resistencia a la


43

corrosión. Tiene buen desempeño en temperaturas elevadas (800 a 900º C) y buenas

propiedades mecánicas. Es recomendable cuando se requiera soldar altos espesores de

material. Algunas aplicaciones son equipo químico de proceso, accesorios para aviones,

remaches, equipo para hospitales, para la industria alimenticia, etc.

309.- Poseen alta resistencia mecánica, tenacidad y excelente resistencia a la oxidación en

temperaturas de hasta 1000º C. Calentadores de aire, equipo químico de proceso, partes de

quemadores de turbinas de gas e intercambiadores de calor son algunas de las aplicaciones

más comunes fabricadas con este tipo de acero.

310.- Es frecuentemente usado en servicios de alta temperatura. Se utiliza para fabricar

calentadores de aire, equipo para tratamiento térmico de aceros, equipo químico de procesos,

etc.

2.30 Registro Hombre.

Es una compuerta que tiene por función el tener acceso al interior de un recipiente, ya sea para

mantenimiento, carga o descarga de sólidos, etc. El diámetro mínimo para este tipo de

registros es de 16 pulgadas, aunque éste no es muy recomendable por que dificulta el rápido

acceso al interior del equipo, lo usual es instalar registros de 18 ó 20 pulgadas de diámetro.

Ya que al abrir un registro de este tipo los operadores tendrían que cargar la tapa y éstas son

muy pesadas, se recomienda instalar un pescante en la tapa de cada registro, ó un elemento

deslizable.

2.31 Mecanismos de Agitación.

El éxito de la mayoría de procesos industriales depende de la efectiva agitación y mezcla de

fluidos, por lo que es sumamente importante seleccionar un agitador adecuado de acuerdo al

proceso a emplearse.

Los líquidos se agitan con diversas finalidades, dependiendo del propósito de cada una de las

etapas del proceso. Estas finalidades son:


44

Suspensión de partículas sólidas.

Mezclado de líquidos miscibles, por ejemplo, alcohol metílico y agua.

Dispersión de un gas en un líquido en forma de pequeñas burbujas.

Dispersión de un segundo líquido, inmiscible con el primero, para formar una emulsión

o suspensión de gotas diminutas.

Promoción de la transformación de calor entre el líquido y un serpentín o encamisado.

Mezcla en industria alimenticia de ingredientes para un producto determinado.

2.31 Agitador.

Un agitador, a veces llamado homogeneizador o mezclador, es un dispositivo que se utiliza

para mezclar líquidos o solidos según sea el caso

2.31.1 Tipos de Agitadores.

2.31.1.1 Agitador de Hélice.

Pertenece a la clase de agitador de flujo axial, opera con velocidad alta, se emplea para

líquidos poco viscosos, son eficaces en tanques grandes e incluso pueden instalarse dos o más

hélices sobre el mismo eje, su diseño es muy complejo y costoso.

Figura 2.9 Agitadores tipo hélice.

2.31.1.2 Agitadores de Paleta.

También conocidos como agitadores de ancla. Giran a velocidades bajas sobre un eje ubicado

en el centro del tanque, son buenos mezcladores y útiles para evitar el depósito de sólidos

sobre una superficie de transferencia de calor, al trabajar con fluidos de alta densidad son la

mejor opción debido a su torque y bajas velocidades angulares con las cuales un agitador tipo

hélice sería ineficaz.


45

Figura 2.10 Agitadores tipo paleta.

2.31.1.3 Agitador de Turbina.

Gira a altas velocidades sobre un eje ubicado en el centro de un tanque. Es eficaz para un

amplio intervalo de viscosidades también se lo utiliza para disolver un gas en un líquido. La

mayoría de estos agitadores poseen múltiples y cortas paletas que pueden ser rectas, curvas,

inclinadas o verticales. Este puede ser de tipo abierto, semi-abierto o cerrado, producen

turbulencia y voticidad en el fluido.

Figura 2.11 Agitadores tipo turbina.

2.31.1.4 Agitador de Rodillos.

Una serie de rodillos muy juntos giran en un plano horizontal. Los tubos, convenientemente

cerrados, se colocan sobre los rodillos y el líquido desliza sobre sus paredes. Usados en

laboratorios de hematología, con muestras de sangre y anticoagulante.

2.31.1.5 Agitador Vertical.

El eje de rotación es vertical. El extremo que se introduce en el recipiente con el líquido está

terminado en paletas. Son parecidos a una batidora.

2.32 Fuerzas de Arrastre.

Las fuerzas que se oponen al movimiento de un elemento a través de una capa de fluido se

conocen como fuerzas de arrastre y estas están presentes en cualquier movimiento que se

ejerza ya sea en un medio de fluido liquido o gaseoso, esto es debido a que al quitar a un


46

elemento del reposo este desplaza físicamente las partículas del fluido que anteriormente

ocupaban esa posición, al incrementarse la velocidad del objeto se crean fuerzas que provocan

perdidas de energía, al oponerse al movimiento del elemento, estas pueden considerarse como

una reacción que tendrá que ver también con la geometría del elemento, ya que esto facilita o

en su caso dificulta el libre paso del objeto a través del medio.

Cuando un objeto se mueve a través de un fluido ya sea este un gas o un líquido este enfrenta

una oposición directa a su movimiento que se traduce en una reducción de velocidad respecto

a la velocidad inicial del objeto que se desplaza en el fluido, estas fuerzas se incrementan a

medida que se aumenta la velocidad, es por esto que se genera la premisa de que para moverse

a una mayor velocidad se requiere mayor potencia, a estas fuerzas que limitan el movimiento

de un objeto en un medio se le conoce como fuerzas de arrastre.

Las fuerzas de arrastre pueden minimizarse al cambiar la geometría del objeto que se esté

moviendo a uno más favorable.

Figura 2.12 Geometrías utilizadas para el estudio de las fuerzas de arrastre.


47

Dichas fuerzas generan una capa que desplaza no solo el fluido que está en contacto con el

objeto sino una masa mucho mayor, un objeto al cambiar de posición, desplaza a la materia

que se encontraba en la posición que ahora ocupa el objeto, pero al movilizar una partícula,

está definitivamente desplaza en menor medida a las que se encuentran alrededor de la misma,

generando un efecto de ola y al colocar un objeto cerrado con forma cilíndrica y con un

elemento que tenga una velocidad angular se genera el efecto de vorticidad, el efecto de este

vórtice se ve limitado por la densidad del fluido, lo que expresa la reducción de que a mayor

densidad del fluido se requiere una mayor fuerza para moverse a través de este medio lo que

revela que también se necesita una mayor potencia, la potencia de un motor se reduce de la

siguiente forma. La fuerza de arrastre es dependiente de la densidad, el área de cara al fluido o

área de ataque y la velocidad local del fluido en el punto más alejado del objeto que se desea

mover.

[2.17]

Dónde:

= Fuerza de arrastre en [ ].

= Densidad del fluido en [

].

= Coeficiente de arrastre geométrico [adimensional].

= área de cara al fluido en [ ].

= Velocidad local en [

].

2.33 Potencia.

Es la cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo, en otras palabras es la cantidad de

energía que se emplea por segundo.

[2.18]

Dónde:

= Potencia de salida del motor en [ ].

= Torque en [ ].

= Velocidad angular del motor en [

].


48

2.34 Torque.

El torque es un “momento”, por eso dice ser lo mismo que PAR motor, es decir el producto de

una fuerza por una distancia que hace rotar un eje.

[2.19]

Dónde:

= Torque en [ ].

= Fuerza en [ ].

= Brazo de palanca (distancia) en [ ].

2.35 Área de Cara al Fluido.

El área de cara al fluido para un tubo se determina por la siguiente expresión:

[2.20]

Dónde:


= Diámetro externo del tubo en [ ].

= longitud del tubo en [ ].

2.36 Velocidad Local.

La velocidad local se obtiene como se muestra a continuación:

[2.21]

Dónde:

= Velocidad local en [

].

= Velocidad angular máxima en [

].

= radio de giro del agitador en [ ].


49

2.37 Velocidad Angular Máxima.

Al realizar la sustitución de la ecuación principal de potencia y realizando el debido despeje es

posible obtener la velocidad angular máxima a la que es posible mover el agitador en el medio

fluido con una potencia propuesta, la cual se expresa de la siguiente forma:

√ (

)

[2.22]

Dónde:

= Velocidad angular máxima en [

].

= Potencia de salida del motor en [ ].

= Densidad del fluido en [

].

= Coeficiente de arrastre geométrico [adimensional].


= radio de giro del agitador en [ ].

Para fines de diseño esta velocidad es indispensable, el diseñador deberá poner a criterio hasta

que velocidad puede permitir que se reduzca el movimiento del motor sin que este se queme

pues de seleccionarse un motor con una velocidad menor a la que es representada por esta

ecuación no habrá movimiento.

2.38 Motorreductor.

Un motorreductor es una máquina que transforma la energía eléctrica en energía mecánica, no

hay mucha diferencia respecto a un motor eléctrico, solo que en la flecha de este motor va

acoplado un tren de engranes, el cual reduce la velocidad del motor para entregar mayor

torque, así también cambia la dirección de movimiento del eje de horizontal a vertical.

Son los motores más utilizados en la industria, pues combinan las ventajas del uso de la

energía eléctrica (bajo, costo, facilidad de transporte, limpieza y simplicidad de la puesta en

marcha, etc.) con una construcción relativamente simple, costo reducido y buena adaptación a

los más diversos tipos de carga y cambio de direcciones.


50

Existe una gran variedad de motoreductores, siendo los motoreductores síncronos los más

populares en la industria debido a que tienen una velocidad de giro constante.

Figura 2.13 Motorreductor.

2.39 Eje

En una máquina giratoria la manera de transmitir potencia es conectar el elemento rotatorio

sobre un eje que transferirá el movimiento y par de torsión de un lugar a otro.

No obstante el eje está sometido a esfuerzos que deben ser analizados, debido a que este

elemento sufre de cargas de diferentes tipos como pares torsionantes y momentos flexionantes,

así que para su correcto funcionamiento se llevara a cabo un análisis de esfuerzos combinados,

que aseguraran que el eje resista las condiciones a las que se enfrentara en plena carga cuando

el motor esté funcionando.

El momento flexionante será causado por las cargas que se apliquen al eje y los pares

torsionantes serán causados por el par transmitido.

El eje del motoreductor también está expuesto a esfuerzos por fatiga pues este se encuentra

girando con una carga uniforme y a cada ciclo de rotación provocara esfuerzos alternantes que

pasan repetidamente de la tensión a la compresión.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=JHqlfkMu9Xs2UM&tbnid=RVEUhCoqwiu41M:&ved=0CAUQjRw&url=http://electronicaz7.blogspot.com/2013/05/6to-bipe-introduccion-la-mecatronica.html&ei=tUe9UazUE4fS9gTBkoGgAw&bvm=bv.47883778,d.eWU&psig=AFQjCNE2aWwcgPp6ZqVW32qxl0H_ipn-jw&ust=1371445147804267


51

2.40 Esfuerzos Flexionantes.

Son la combinación de las fuerzas de tracción y de compresión que se desarrollan en la

sección transversal de un elemento estructural para resistir una fuerza transversal.

Para conocer el diámetro de la flecha es necesario conocer los siguientes aspectos:

Primero los esfuerzos alternantes y de flexión que se determinaran como:

[2.23]

Dónde:

= Esfuerzo de flexión en [

]

= Factor de concentración de esfuerzos por flexión [ ]

= Momento flexionante en [ ].

= Momento de Inercia en [ ].

= Radio de la flecha en [ ].

Figura 2.14 Esfuerzo Flexionante.

Sin embargo nótese que el radio de la flecha y el momento de inercia obedecen a las siguientes

igualdades:

[2.24]

Dónde:


= Diámetro de la flecha en [ ].

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=lEwRJn6U074pQM&tbnid=kmLNUHLK4U7NtM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.tecnerife.com/estructuras/estructuras_teoria.html&ei=UawJUtSzK-jUyQHvxYDgDg&bvm=bv.50500085,d.b2I&psig=AFQjCNGGoKGUWZXXEBg2VoDttTZdOep77Q&ust=1376451917342281


52

[2.25]

Dónde:

= Momento de Inercia en [ ].


= constante matemática igual a 3.14159.

Ahora sustituyendo se obtiene la ecuación de esfuerzos por flexión de la siguiente forma:

[2.26]

Dónde:


]





2.41 Esfuerzos Torsionantes.

Se define como la capacidad torsión de objetos en rotación alrededor de un eje fijo. En otras

palabras, es la multiplicación de la fuerza y la distancia más corta entre el punto de aplicación

de la fuerza y el eje fijo. Otra forma de verlo es Al aplicar dos fuerzas perpendiculares a la

longitud, en la misma dirección y sentido contrario, el cuerpo tiende a retorcerse.

Figura 2. 15 Esfuerzos generados por la torsión.

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=HfcQ3W9Gzrit1M&tbnid=EkCB1OyLUZ8vgM:&ved=0CAUQjRw&url=http://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_mec%C3%A1nica&ei=ea8JUrrMG6jSyAHKo4DoDA&bvm=bv.50500085,d.b2I&psig=AFQjCNFWrPyQV9pHLQuuaVMumO98IUkJRw&ust=1376452852008095


53

2.42 Esfuerzos Cortantes.

Es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal de un

prisma mecánico como por ejemplo una viga o un pilar.

Los esfuerzos cortantes y torsionales se definen como:

[2.27]

Dónde:

= Esfuerzo cortante en [

]

= Par de Torsión en [ ].


=Momento polar de Inercia de la sección transversal en [ ].


Figura 2.16 Esfuerzo Cortante.

También obedece los siguientes modelos matemáticos para su obtención:

[2.28]

Dónde:



http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=gjMAn3XPezGNUM&tbnid=2g4SrGLheR7SXM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/5000155/lecciones/lec1/1_4.htm&ei=8a0JUsuSGIKCyAHj4IEw&bvm=bv.50500085,d.b2I&psig=AFQjCNEm-GmXFmqMEdbWd1vGYgFM4fjXDA&ust=1376452398783634


54

[2.29]

Dónde:

=Momento polar de Inercia de la sección transversal en [ ].



Sustituyendo en la ecuación de Esfuerzos cortantes

[2.30]

Dónde:


]

= Par de Torsión en [ ].





Cuando se concentran esfuerzos combinados, flexionantes y torsionantes se obtiene un

esfuerzo efectivo para denotar este efecto conjunto puede ser utilizado el método de distorsión

de energía ó de Von Mises para tratar esfuerzos combinados como cargas a tensión pura:

“Esfuerzo a tensión uni-axial que generaría la misma energía de distorsión que la que se

produciría por la combinación real de esfuerzos aplicados”.

Dado que:

√ [2.31]

En donde:


55

= Esfuerzo de Von Mises [

].

= Esfuerzo de flexión en el punto B en [

]


]

[2.32]

Dónde:

= Esfuerzo cortante máximo en [

].


]


]

[2.33]

Dónde:


].


]


]

(

) [2.34]

Dónde:


].


]


]

Se obtiene que el par de torsión no es constante se crea un estado de esfuerzo multi-axial

complejo en la flecha, una flecha en rotación a torsión y flexión constante presenta un estado

de esfuerzos biaxiales y se aplica el teorema en dos dimensiones:


56

√ [2.35]

Dónde:

= Esfuerzo de Von Mises [

].


]


]

Sustituyendo las ecuaciones generadas de esfuerzos alternantes y cortantes obtenemos que:

√(

)

(

)

[2.36]

Dónde:

= Esfuerzo de Von Mises en [

].

= Diámetro mínimo de la flecha en [ ].


= Momento Torsionante en [ ].

En cualquier caso de diseño es necesario aplicar un Factor de Seguridad para prevenir riesgos

de fractura o fatiga en el material, por lo cual, factorizando y aplicando un factor de Diseño

Sfy obtenemos:

⌊

√

⌋

[2.37]

Dónde:

= Diámetro mínimo de la flecha en [ ].

= Factor de seguridad determinado por el diseñador (se recomienda usar un factor de

seguridad conservador de Sf=2-2.5)

= Factor de concentración de esfuerzos [ ]


= Momento Torsionante en [ ].


57

= Resistencia a la fatiga del material en [ ]

= Resistencia máxima a la tensión en [ ]

2.43 Factor de Seguridad.

Si se tiene que evitar una falla estructural, las cargas que una estructura es capaz de soportar

deben ser mayores que las cargas a las que se va a someter cuando este en servicio. El factor

de seguridad es la relación del esfuerzo ultimo entre el esfuerzo permisible, este factor trata de

evitar la falla de los elementos diseñados.

[2.38]

Dónde:

= Factor de seguridad.

= Esfuerzo último en [

].

= Esfuerzo permisible en [

].

2.44 Deformación.

La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al diseñar o analizar

una estructura; controlar las deformaciones para que la estructura cumpla con el propósito para

el cual se diseñó tiene la misma o mayor importancia. El análisis de las deformaciones se

relaciona con los cambios en la forma de la estructura que generan las cargas aplicadas.

[2.39]

Dónde:

= Deformación.

= Esfuerzo permisible en [

].

= Modulo de elasticidad en [

].


58

2.45 Aislamiento Térmico.

El aislamiento térmico es un mecanismo de transferencia de calor que permitirá mantener el

calor del producto, existen una gran variedad de chaquetas térmicas, por lo regular se utilizan

materiales como la lana mineral recubierta por un cuerpo externo que permita tener una menor

perdida de calor de los dispositivos que cubren.

2.46 Chaqueta Térmica tipo Hoyuelos.

Es un dispositivo similar a una chaqueta térmica convencional, difiere de una chaqueta

convencional debido a que el material con el que se fabrica es por lo general acero inoxidable,

y es muy utilizada en la industria alimenticia.

Esta chaqueta es una lámina la cual se encuentra barrenada y estos barrenos son soldados

alrededor del tanque de almacenamiento, entre la chaqueta y el cuerpo del tanque se crea un

espacio, en el cual se inserta a presión agua hirviendo y que sirve para ceder calor al cuerpo

principal del tanque de almacenamiento, los barrenos cumplen la función de dispersar

uniformemente el flujo de calor.

Figura 2.17 Chaqueta de hoyuelos.

2.47 Transferencia de calor

Es un proceso mediante el cual se intercambia energía entre distintos cuerpos, o entre

diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura, así mismo con el medio

ambiente la transferencia de calor se da del cuerpo con mayor temperatura hacia el de menor

temperatura hasta que el sistema quede en equilibrio. El calor se transfiere mediante

convección, radiación o conducción.


59

2.48 Conducción de Calor.

La conducción se define como la transferencia de calor a través de un material sin movimiento

macroscópico y se lleva a cabo por medios sólidos, líquidos o gaseosos por contacto entre las

moléculas al colisionarse por medio de vibraciones.

2.49 Convección de Calor.

La convección se define como la transferencia de calor por conducción con existencia de un

movimiento macroscópico de los materiales y se lleva a cabo por gases o líquidos por un

movimiento provocado o natural (por diferencia de densidades).

2.50 Radiación de Calor.

La radiación se define como la transferencia de calor entre superficies sin la necesidad de la

presencia de un medio material entre ambas. La radiación es transportada por ondas

electromagnéticas y es fácilmente realizable en un espacio vacío.

2.51 Estudio Unidimensional.

Al existir un elemento en la realidad este forzosamente está expuesto a las condiciones físicas

en tres dimensiones, no importa en donde esté, sin embargo el considerar cada fenómeno

físico en cada instante y en cada sección del elemento en las tres dimensiones implicaría un

análisis extenso.

El estudio tridimensional en tanques de almacenamiento se realiza en objetos como cilindros y

esferas, estos objetos reparten sus esfuerzos de forma uniforme en las paredes de los mismos y

si se hiciera un estudio en tres dimensiones se arrojarían algunos datos que no serían útiles del

todo.

Por lo descrito anteriormente, en el estudio de recipientes se lleva a cabo un análisis

unidimensional, es decir que se considerara que la temperatura afecta principalmente en una

solo dirección de la misma manera esto no implica que se esté afirmando que no hay

transferencia de calor en todas las direcciones, solo se expresa que esta transferencia de calor


60

es considerada en un sector del equipo que está más expuesto a las condiciones de

temperatura.

2.52 Ley de Fourier.

La ley de Fourier para la conducción del calor en su forma unidimensional a sido desarrollada

por la experimentación y no por derivación de principios básicos y se expresa de la siguiente

manera:

[2.40]

Dónde:

= Flujo de calor en[ ].

= Conductividad térmica del material en [

] .

= Área de sección transversal del elemento en[ ].

= Diferencia de Temperatura en [ ].

= Longitud del elemento en [ ].

Así mismo esta ecuación puede simplificarse para otros cálculos por unidad de área bajo la

siguiente igualdad:

[2.41]

Dónde:

= Flujo de calor en[ ].


] .

A = Área de sección transversal del elemento en [ ].

= Diferencia de Temperatura en [ ].

= Longitud del elemento en [ ].

= Flujo de calor por unidad de área en (

)

Esto responde a la premisa inicial de esta sección, acerca de la energía desprendida por la

transferencia de calor fluye de un medio más caliente a uno más frio, siempre se denota con el

signo negativo de la conductividad térmica del material.


61

No obstante este signo puede cambiar de acuerdo a las condiciones de la transferencia de calor

que se muestran en la figura 2.18 de acuerdo al gradiente de temperatura. Dónde también se

debe considerar el área de sección transversal del elemento corresponde a la siguiente

ecuación:

[2.42]

Dónde:

= Área de sección transversal del elemento en [ ].

= Longitud del cilindro en [ ].


= Radio en [ ] este varía dependiendo la dirección de transferencia de calor y no es posible

obtener un radio promedio debe denotarse por capas.

Figura 2.18 Relación entre el flujo de calor el gradiente de temperatura unidimensional.


62

2.53 Conductividad Térmica.

La conductividad térmica de un material se define como una propiedad física que tiene un

valor específico en cada material y que mide la capacidad de conducción de calor de los

materiales.

2.54 Resistencia Térmica.

Es la propiedad física de un material a oponerse al flujo de calor, la resistencia de un material

aumentara debido a la porosidad y bolsas de aire que pudieran formarse en un elemento, a

mayor espesor de un material no homogéneo esta resistencia al flujo de calor se incrementa

dramáticamente.

La velocidad de la conducción de calor a través de un cuerpo cilíndrico es similar a la

conducción en una pared plana y es proporcional a la conductividad térmica promedio, el área

de la pared y a la diferencia de temperatura, pero es inversamente proporcional al espesor de la

pared. Otro aspecto fundamental que se debe tomar en cuenta es que en una pared la

temperatura en cualquier punto de esta si es del mismo material y está expuesto a las mismas

condiciones debe tener la misma temperatura en cada posición, a esto se le considera

isotérmico.

Si se considera la premisa anteriormente descrita en un modelo matemático se obtiene lo

siguiente de la ley de Fourier que entrega el valor de la velocidad de la transferencia de calor

en una pared:

[2.43]

Dónde:

= Velocidad de transferencia de calor en una pared en[ ].


] .


= Diferencial de Temperatura en [ ].

= Diferencial de la Longitud del elemento en [ ].

Para resolver esta condición es necesario integrar como se muestra a continuación.


63

Desde = (radio interior), = (temperatura del lado interno), hasta = (radio

externo), donde = (temperatura del lado externo):

∫

∫

[2.44]

Realizando la integración se obtiene que la velocidad de la transferencia de calor es:

[2.45]

Dónde:

= Área de transferencia en [ ] esto equivale a A = 2 π r L

= Velocidad de transferencia de calor en una pared en[ ].


] .

= Temperatura del lado interno de la pared en [ ].

= Temperatura del radio externo de la Pared en [ ].

= Resistencia a la conducción de la pared [

].

La resistencia térmica de un material representa la capacidad del material de oponerse al flujo

del calor. Para obtener la Resistencia a la conducción de una pared se tiene:

[2.46]

Dónde:

= Resistencia a la conducción de la pared [

].

= Espesor de la pared en [ ].


] .

= Logaritmo natural.

en [ ].

en [ ].



64

Las resistencias térmicas ofrecen una analogía entre estas y las resistencias eléctricas

compartiendo el método de solución, como se muestra en la siguiente figura:

Figura 2.19 Resistencia térmica

2.55 Resistencia a la Transferencia de Calor por Convección.

No obstante la resistencia a la transferencia de calor no solo se presenta por medios

conductores sino que también aparecen en la convección. Cuando la transferencia de calor se

manifiesta mediante un elemento sólido y un fluido que considerablemente está lejos de la

superficie de este, es necesario considerar la ley de enfriamiento de Newton para la velocidad

de la transferencia de calor por convección, la cual se representa de la siguiente forma:

[2.47]

Dónde:

= Velocidad de transferencia de calor por convección en[ ].

= coeficiente de transferencia de calor por convección [

] .


= Temperatura del sólido en [ ].

= Temperatura del fluido lejos de la superficie en [ ].

Sin embargo el cálculo se puede reacomodar la ecuación de la siguiente forma:

[2.48]

Dónde:

= Velocidad de transferencia de calor por convección en[ ].


= Temperatura del fluido lejos de la superficie en [ ].

=Resistencia a la convección de la pared [

].


65

Para obtener la Resistencia a la conducción de una pared cilíndrica se tiene:

[2.49]

Dónde:

= Resistencia a la convección de la pared en [

].


= Coeficiente de transferencia de calor por convección en [

] .

= radio en [ ].

Nótese que cuando el coeficiente tiende a aumentar su relación - tiende a hacerse “0”

lo cual indica que la pared no ofrece resistencia a la convección y por esto, bajo esta condición

el flujo de calor tenderá a ser constante. Y que en paredes con convección en ambos lados se

debe aplicar varias veces.

2.56 Resistencia a la Transferencia de Calor por Radiación.

Las superficies que están expuestas a un entorno y tienen una temperatura mayor que la del

ambiente tienden a perder ó transferir calor al ambiente esto se puede considerar de dos

maneras, ya que la atmosfera cuenta con gases en movimiento continuo al hacer un análisis de

este tipo se estaría hablando de convección, pero cuando el flujo tiende a ser estático y sin

grandes variaciones como en el entorno de una fábrica o una bodega en un cuarto semi-

cerrado no es posible considerar una convección sino una radiación y esta transferencia puede

ser significativa, la ecuación de la velocidad de transferencia de calor por radiación se muestra

a continuación:

[2.50]

Dónde:

=Velocidad de transferencia de calor por radiación en[ ].

= coeficiente de transferencia de calor por radiación en [

] .

= Área de la superficie de contacto del elemento en [ ].


= Temperatura del ambiente alrededor del solido en [ ].


66

= Resistencia a la radiación de la pared [

].

Para obtener la Resistencia a la conducción de una pared se tiene:

[2.51]

Dónde:

= Resistencia a la radiación de la pared [

].


= Área de contacto con el sólido en [ ].

= coeficiente de transferencia de calor por radiación [

] .

Pero es necesario mantener en mente que el sólido está realmente siempre expuesto a la

transferencia de calor por convección y por radiación y la transferencia de calor total se

calcula con la suma o resta según la dirección del flujo de ambas.

2.57 Aislamientos Térmicos Tipo Barrera.

Los aislamientos térmicos son en sí mismos barreras que evitan la perdida de energía

propiciada por los cambios de temperatura, los aislamientos deben ser de materiales no

homogéneos y se recomienda que presenten bolsas de aire pues este tiene una conductividad

térmica en extremo baja lo que inhibe el flujo de calor.

Mantener calor es muy importante en un sistema de producción, ya que esto a menudo ahorra

energía, procesos y por ende dinero, no obstante en el proceso de la fabricación de chocolate

uno de los aspectos trascendentes es mantener la mezcla previa a chocolate a una alta

temperatura de 45ºC ya que a esta temperatura la mezcla es líquida aunque muy densa pero

para poder mezclarla es necesario mantenerla así.

En la industria generalmente el aislamiento que se utiliza realiza el proceso de retención de

calor, es decir, se pretende aislar con un elemento de tipo aislante como poliuretano, lana


67

mineral u otros materiales que el calor no escape de un tanque cilíndrico manteniendo así la

mezcla lo más caliente posible.

En diversos procesos de manufactura los ingenieros han desarrollado un método de

recubrimiento conocido como ánodo de sacrificio lo cual es posible observar en el proceso de

galvanización y cromado de tornillos, herramientas y otros artefactos mecánicos,

recientemente esto se ha observado también en los recubrimientos inorgánicos de zinc en la

pintura, sin embargo usando la misma lógica, se procede a buscar un elemento que como los

anteriores ceda en forma primaria temperatura, antes de que la mezcla misma la pierda, una

forma de conseguir que otro fluido se enfrié cediendo la temperatura que contiene a la mezcla

que se desea proteger de la perdida de calor, claramente basándose en la condición de que el

flujo de calor tendrá un sentido del elemento más caliente a uno más frio y que además

colocando un aislamiento con un espesor considerable la mezcla podrá mantenerse a una

temperatura alta por mucho más tiempo.

La selección del espesor del aislamiento es definida por el diseñador de acuerdo a las

necesidades del proceso y los costos del aislamiento.

2.58 Elasticidad del Material en la Chaqueta de hoyuelos.

El análisis correspondiente al panel de la chaqueta de hoyuelos se enfoca en el análisis de

resistencia de materiales y de mecánica de materiales debido a esto es necesario explicar el

funcionamiento previamente antes del desarrollo del proyecto.

La chaqueta está compuesta de tres elementos como muestra el anexo C la primer posición

pertenece al cuerpo o envolvente del tanque, el cual cubre la función de un recipiente

convencional, al inicio de este capítulo se plantean las condiciones normales para un recipiente

de pared delgada, esto incluye los esfuerzos normales y cortantes a los que está sometida la

pared, de acuerdo a la carga que tiene por la cara interna la cual está expuesta al producto.

La segunda posición que pertenece a la chaqueta perforada de menor espesor que la lámina de

la envolvente trabajara en conjunto con las múltiples posiciones 3, las cuales se encuentran en


68

el orden de las 1350 piezas, las cuales deberán soldarse en diversas ocasiones para asegurar la

lámina de la posición 2, la cual a su vez estará soldada con costura a todo alrededor para

mantenerla fija a la lámina uno, debe entenderse que esta soldadura deberá ser realizada por

personal de soldadura calificado pues es necesario que esta soldadura no presente fisuras o

porosidades para asegurar que este ensamble se mantendrá en óptimas condiciones.

El funcionamiento de la chaqueta se describe a continuación:

Una vez realizado el ensamble general y listo para ponerse en marcha la chaqueta será llenada

con agua caliente a 80 °C por medio de la boquilla de inflado de la chaqueta marcada en el

anexo A como boquilla C, esta deberá tener una admisión de presión de un máximo de 150

libras y un flujo de agua constante para que sea capaz de inflar la chaqueta, el fluido viajara

por el espacio existente entre la lámina calibre 10 perteneciente a la envolvente, posición 1 y

la lámina calibre 18 que ocupa la posición número 2 en el anexo C de manera que propiciado

por la presión que ejerce el fluido sobre las láminas provocara el inflado en dirección de la

lámina calibre 18 ya que al ser de menor espesor ofrece una menor resistencia a la cedencia.

Al incrementarse la admisión de fluido y propiciado por la presión la lámina será capaz de

inflarse en su punto máximo hasta 3 milímetros, cabe destacar que para que esto se cumpla la

soldadura deberá resistir de no ser así se produciría un escurrimiento dentro del aislamiento

del tanque reduciendo la eficiencia del sistema y provocando un acortamiento en el tiempo de

vida del tanque.

Analíticamente lo que se presenta en la chaqueta se puede considerar una carga

uniformemente distribuida ya que en cada sector de la lámina calibre 18 se estará aplicando la

misma presión bajo las mismas condiciones cuando el sistema sea expuesto a las 150 libras de

presión sin embargo la deformación máxima de 3 milímetros se presentara en el claro máximo

de la lámina calibre 18 formando una protuberancia en cada sector en el que se encuentre este

claro y disminuyendo está en dirección a la soldadura de los hoyuelos.


69

La chaqueta se encuentra sometida a un esfuerzo normal el cual es resultado de aplicar una

carga entre un área de forma uniforme o la intensidad de las fuerzas distribuidas a través de

una sección dada, lo cual se puede definir de la siguiente forma:

[2.52]

Dónde:

= esfuerzo normal en [

].

= Carga a la que está sometida el elemento en [ ].

= Área en la que se distribuye la carga en [ ]

2.59 Límite Elástico.

El límite elástico de un material define el punto en el que este material puede ser deformado

sin sufrir un cambio físico permanente es decir que puede deformarse temporalmente y

posteriormente regresar a su estado normal sin daño o modificación alguna, si este límite se

rebasa en un material, este quedará deformado permanentemente a esto se le conoce como

comportamiento plástico.

La deformación se da como respuesta a una aplicación de fuerza o carga sobre un elemento el

cual puede ser una viga una placa o cualquier otro elemento, y se genera a partir de que la

fuerza o carga son capaces de modificar la posición del elemento dado generando un esfuerzo

en este, generalmente en todos los equipos desarrollados por ingeniería existe una

deformación ligera y que se debe considerar.


70

capitulo 3

CAPITULO

Los procedimientos y

consideraciones

técnicas y estrategias

para la solución del

problema son

expuestos en este

capítulo

Así como la

justificación de las

decisiones tomadas

por medio de

cálculos, el apoyo de

los planos facilitará

el análisis del diseño

del tanque

Se muestra un

extenso análisis de

ingeniería que

explica las

observaciones

oportunas que se

deben realizar en el

diseño de un tanque

de estas

características.


71

3 Memoria de Cálculo.

En este capítulo se presentarán a detalle los cálculos que sirvieron para desarrollar este

proyecto.

Se expondrá un detallado análisis acerca del diseño del tanque agitador con aislamiento

térmico, el cual incluye el diseño del tanque, el material y los procesos adecuados para su

fabricación.

Es fundamental que se conozcan los aspectos básicos de cualquier industria o proceso que se

realice, para que se obtenga la máxima comprensión del tema como se presenta a

continuación:

La Materia Prima o insumos es el material necesario para el inicio del proceso, en el caso del

tanque agitador, es la mezcla de chocolate que deberá ser homogeneizada y posteriormente

mantenerla caliente para el siguiente proceso.

Cabe destacar que este tanque está inspirado en el proceso de conchado, en el cual se utilizan

varios tanques en los cuales se calienta y se agita la mezcla de chocolate y además pasan la

mezcla de un tanque a otro por medio de bombas, las cuales al pasar el fluido de un tanque a

otro decrementan la temperatura de la mezcla y las características del producto se deterioran,

así mismo en el tanque de temperado se utilizan placas eléctricas para calentar la mezcla estas

placas requieren una gran consumo de energía eléctrica que ocasiona un mayor gasto.

Las transformaciones físicas y químicas de la materia prima están ligadas a los conceptos de

calor y trabajo, en el presente trabajo estos cambios se presentan al utilizar el calor que brinda

la chaqueta térmica y el trabajo del motorreductor que cambia la energía eléctrica a energía

mecánica mediante el acoplamiento a un agitador todo lo anterior con la finalidad de que la

materia prima no pierda sus propiedades.


72

Los equipos mecánicos con los cuales trabaja este tanque serán mencionados a lo largo de este

capítulo, el concepto de ingeniería bajo el que funcionan será descrito a lo largo de las páginas

siguientes.

El producto que se obtendrá será una cantidad de 1000 litros de chocolate homogeneizado,

listo para ser descargado en los moldes para la solidificación de este, para suministrar materia

prima en su fase final para la elaboración de chocolate.

3.1 Requerimientos del Tanque.

Se requiere un tanque homogeneizador capaz de mantener 1000 litros de mezcla de chocolate

a una temperatura no menor a 45º C, si la temperatura decae la masa tendería a solidificarse y

se volvería inútil en el proceso.

Otras especificaciones requeridas son las siguientes:

Fluido: Pasta de chocolate

Capacidad: 1000 Lts.

Presión de Operación: Atmosférica

Temperatura de Operación: 45º C a 50 C°

Temperatura de Diseño : 100º C

Material: Acero inoxidable

Densidad del Chocolate 1320 Kg/m3

3.2 Propiedades Específicas del Chocolate.

Densidad ρ = 1320

Gravedad especifica sg = 1.32

Viscosidad dinámica µ = 574 centipoises

Índice de consistencia K = 0.574

Índice de comportamiento de flujo n = 0.57

Temperatura de mezclado de 45 °C a 50 °C


73

3.3 Presión a la que Estará Sometido el Tanque.

Se procede a calcular la carga de chocolate a la que estará sometido el tanque a partir del peso

específico de la ec. [2.3].

(

) (

)

Ahora procedemos a calcular la fuerza que nos provoca la mezcla de chocolate en el tanque,

en otras palabras el peso, para hacer lo descrito anteriormente tenemos la ec. [2.1]:

y

F y w son iguales debido a que se considera la gravedad como una aceleración. Como no

conocemos la masa “m” de la mezcla la calculamos a partir de la densidad de la ec. [2.2].

Como no conocemos el volumen procedemos a calcularlo mediante el software de Solid

Works y sustituimos

(

)

Calculando nuestra fuerza “w” de la ec. [2.1] tenemos:

(

)

Ahora calculamos la carga en el fondo del tanque con la ecuación [2.4].

(

) (

)

Ahora

(

) (

)


74

3.4 Geometría del Tanque.

Debido a que el tanque es un elemento perteneciente a un proceso que cuenta además con

diversos tipos de máquinas de apoyo para la obtención del producto final, es necesario

considerar que este debe ocupar un área limitada y no deberá tener pronunciaciones que

impidan el libre movimiento del personal dentro de una planta, por eso es importante

considerar la geometría de cualquier equipo, generalmente el usuario menciona esta

información al llevar a cabo su pedido.

3.4.1 Propuesta de Materiales y Formas.

Al tomar en cuenta que el tanque que estará en contacto con agua y con la mezcla de chocolate

se propone que el material que lo conforme sea acero inoxidable además, el tanque deberá

tener un agitador para la mezcla, es necesario comprender que el único elemento

geométricamente capaz de satisfacer esta necesidad es un cuerpo cilíndrico debido a que el

agitador al girar describe esta geometría, otra forma que no fuera cilíndrica no permitiría lo

anterior además el calor que transmite la chaqueta no sería del todo uniforme lo cual será de

gran importancia en la geometría del tanque y que determinara otras partes del mismo.

Para realizar el dimensionamiento del tanque se llevan a cabo una serie de iteraciones y

relaciones de dimensión entre el diámetro y la altura del tanque, sin dejar de lado que se

requiere un tanque que como mínimo sea capaz de almacenar 1000 Litros de la mezcla.

Figura 3. 1 Volumen de chocolate dentro del tanque.

Debe considerarse también que además de contener 1000 litros, se debe descontar de este

volumen el del agitador, que estará dentro del cuerpo del tanque.

CAPACIDAD MÍNIMA

1000 Lts.


75

3.4.2 Despliegue de Placa y Desarrollo del Cuerpo.

Llevando a cabo bocetos a escala 1:0.250 el equipo de trabajo de este proyecto a determinado

que la mejor opción es la selección de un cuerpo cilíndrico que tenga 1000 milímetros de

diámetro interior, para lo cual se necesita una lámina de acero inoxidable de 3151mm por

1524mm de longitud. Ver planos A y C.

Esto es debido a que esto entrega un cilindro que se deberá colocar en posición vertical y que

permite utilizar la dimensión de una placa comercial.

Las placas comerciales que se fabrican en México son las siguientes:

8x20, 6x20, 5x20, 4x20, 4x10, 5x10, 6x10, 8x10 pies.

La placa de 5 pies entrega 1524 mm de ancho lo que es perfecto para evitar procesos de corte

y ahorrar en costos de manufactura y desperdicio de material innecesario, posteriormente se

explicará el desarrollo del cilindro, lo que arroja la dimensión final para que esta placa pueda

ser rolada y entregue el cuerpo cilíndrico que se desea.

Al seguir el procedimiento descrito en el capítulo 2 para la fibra neutra es posible obtener el

diámetro perteneciente a la fibra neutra del cilindro el cual tiene un valor de 1003 mm y al

aplicar la ecuación [2.4] de perímetro de un círculo se obtiene que:

Por lo que al realizar el trazo se obtiene un desarrollo de 1524 mm x 3151 mm para rolar el

cuerpo del cilindro como se expresa en el plano C. Hasta este momento se ha realizado la

propuesta de lámina cal. 10 para la fabricación del cuerpo Cilíndrico pero es necesario

justificar la resistencia de este material debido a esto se aplican las fórmulas del capítulo 2

para obtener los esfuerzos de costilla, longitudinal, el promedio así como su resultante.


76

3.5 Cálculo de Esfuerzos del Tanque.

La presión que se indicará a continuación es la presión atmosférica de la ciudad de México la

cual tiene un valor de 585 mm de mercurio ó 0.779805 MPa.

3.5.1 Cálculo del Esfuerzo Tangencial o de Costilla.

Sustituyendo en la ec. [2.6] se tiene que el esfuerzo de costilla tiene un valor de:

3.5.2 Cálculo del Esfuerzo Longitudinal.

Al utilizar la ec. [2.7] el esfuerzo longitudinal equivale a:

3.5.3 Cálculo del Esfuerzo Promedio.

Al sustituir en la ec. [2.8] el esfuerzo promedio es de:

3.5.4 Cálculo de la Reacción del Cuerpo.

La reacción al sustituir en la ec. [2.9] es de:

3.5.5 Cálculo del Esfuerzo Permisible de la Placa para el Cuerpo.

El esfuerzo último para el acero inoxidable 304 es de 81000 psi y aplicando la ecuación [2.38]

para factor de seguridad despejamos el esfuerzo permisible y dando un factor de 2 se obtiene

que:


77

Convirtiendo esto a unidades del sistema internacional de unidades:

Como se puede observar el esfuerzo permisible está muy por encima de los valores de la carga

que se puede ejercer sobre las paredes del cuerpo cilíndrico con lo que se asegura una

funcionalidad y resistencia del tanque, que prolongaría la vida del tanque y su eficiencia.

3.6 Cálculo de las Tapas Toricónicas.

Una vez determinado el cuerpo es necesario llevar a cabo el diseño de la tapa y el fondo, el

equipo propuesto a usar en ambos elementos del tipo toricónico debido a que por el ángulo

que pueden ofrecer en la transición y al ser la mezcla muy viscosa esta tapa apoya el

movimiento del fluido al momento de descargar, a continuación se muestra el cálculo del

espesor de las tapas utilizando la ecuación [2.10]:

Al observar los valores de los esfuerzos del cuerpo y el resultado del cálculo se puede deducir

que el espesor en las tapas puede ser del mismo espesor que el cuerpo, más aún cuando el

tanque no está sometido a presión no obstante al considerar también que se deben colocar en

las tapas mayores implementos como son varias boquillas, se determinó que el espesor debería

ser mayor, fabricando así las tapas toricónicas con un espesor de placa de 3/16”. Y siguiendo

el procedimiento del desarrollo a fibra neutra del capítulo 2 se obtiene a geometría del

desarrollo como se muestra en el Plano G.


78

3.7 Soldadura para Recipientes a Presión.

Todas las soldaduras serán aplicadas mediante el proceso de arco eléctrico sumergido, el cual

puede ser manual o automático, En cualquiera de los dos casos, deberá tener penetración

completa y se deberá eliminar la escoria dejada por un cordón de soldadura, antes de aplicar el

siguiente.

En los “Anexos” al final de este trabajo, se muestran algunos detalles para la preparación del

material y aplicación de soldaduras que se utilizan actualmente.

Con el fin de verificar si una soldadura ha sido bien aplicada se utilizan varias formas de

inspección, entre ellas está el de radiografiado, la prueba de líquidos penetrantes y algunas

veces se utiliza el ultrasonido.

La prueba más comúnmente utilizada es el radiografiado, éste puede ser total o por puntos.

Cuando practicamos el radiografiado por puntos en recipientes a presión, debemos tomar por

lo menos, una radiografía por cada 15 metros de soldadura y la longitud de cada radiografía

será de 15 centímetros como mínimo.

3.8 Cálculo de las Orejas de Izaje.

Para poder diseñar las orejas de izaje es necesario conocer el peso del tanque, como no se tiene

el dato del peso total se calculara el peso de los componentes del cuerpo antes de armarse,

iniciamos calculando el peso del envolvente principal a partir de la ecuación [2.2].

De esta ecuación despejamos la masa:

Ahora solo se calculara el volumen de cada elemento y cómo podemos conocer la densidad de

cada elemento sustituimos estos datos en la ecuación anterior para conocer la masa. En plano

“C” se puede observar las medidas del desarrollo del cilindro, con estas medidas podemos

calcular el área de esta placa solo se tiene que multiplicar el área por el espesor de dicha placa

que es de 0.00343m y queda como a continuación se muestra:


79

Ahora calculamos el volumen:

La densidad del acero inoxidable es de 7800

con estos datos sustituimos en la ecuación

[2.2] y despejamos la masa quedando de la siguiente forma:

(

)

Ahora se calcula el peso de la chaqueta utilizando los datos del plano “C” de la posición 2

referente a la chaqueta de hoyuelos y el espesor de la placa es de 0.00121 m, el desarrollo

queda de la siguiente forma:

Se sustituye en la ecuación [2.2] sabiendo que la densidad es de 7800

ahora la masa queda

asi:

(

)

El dato de la masa obtenido anteriormente no es la masa real, debido a que se calculó la masa

total de la placa y no se consideraron los 1317 barrenos, por lo que se tiene que hacer el

cálculo de la masa de los barrenos y restársela a la masa de la chaqueta para conocer el valor


80

real de ese cuerpo, procedemos a calcular el volumen de un barreno sabiendo que tiene un

diámetro de 25mm como se muestra en el plano “C” posición y el espesor de la placa es de

0.00121 m y el cálculo es el siguiente:

(

) (

)

Se sustituye en la ecuación [2.2] y despejamos la masa sabiendo que la densidad es de

7800

:

(

)

El resultado anterior es el peso de 1 barreno por lo que tenemos que multiplicarlo por los 1317

barrenos para conocer el peso total de los barrenos y así restarlo al peso principal de la

chaqueta para conocer la masa real de este elemento.

Ahora se calcula el peso del agua que se encuentra en los 1317 barrenos sabiendo que el

diámetro de 1 barreno es de 25mm y el espesor de la película de agua es de 3mm tenemos:

(

) (

)


81

Se sustituye en la ecuación [2.2] y despejamos la masa, hay que tener en cuenta que la

densidad de agua es 1000

:

(

)

Ahora se calcula el peso de una tapa, primero calculamos el volumen de este cuerpo como se

ha hecho anteriormente, el espesor de la lámina es de 3.62mm y el diámetro de una tapa es de

1.148m como se puede ver en el plano “G”:

(

) (

)

Ahora se sustituye en la ecuación [2.2] y despejamos la masa, la densidad de dicho material

es: 7800

:

(

)

Este es el peso solo de 1 tapa, como contamos con 2 de ellas multiplicamos el resultado

anterior por 2:

Ahora se calcula el volumen de la colcha de la lana mineral de la misma forma que en los

casos anteriores, la colcha mide 1.524m de ancho y 3.158 de largo, su espesor es de 0.0508m,

la densidad de este material es de

los cálculos son:

(

)


82

Ahora se calcula la masa de la cubierta exterior utilizando el procedimiento ya conocido, las

dimensiones de dicha placa son 1.783m de ancho, 3.491m de largo, con un espesor de 0.002m

y su densidad es de

, los datos de la placa se pueden observar en el plano “F” en el

desarrollo de posición 3, el cálculo es el siguiente:

(

)

Por ultimo para conocer la masa total del tanque sumamos todas las masas calculados teniendo

en cuenta que debemos añadir la masa del motor la cual es de 90kg.

Debe considerarse que pueden ser utilizadas más orejas de izaje para repartir el peso del

equipo y para disminuir el espesor y por ende el costo de estas. De acuerdo a la ecuación de

cálculo de orejas de izaje [2.16] el espesor mínimo es el siguiente:

( )

Lo cual puede dividirse entre el número de soportes que se desee utilizar de acuerdo a los

criterios del diseñador. Analizando el resultado y considerando los valores comerciales de las

placas se propone usar una placa de espesor de 3/8” debido a que no existen espesores de

0.175 mm, el espesor de sugerido será más que suficiente considerando que se pretende

utilizar un total de 4 orejas de izaje por lo que el peso total se repartiría entre las 4 orejas, el

equipo de trabajo a determinado que usando 4 orejas de izaje con espesor de 3/8” es suficiente

para sostener el equipo para su montaje y desmontaje sin tener problema alguno.


83

3.9 Cálculo de los Soportes para Recipientes Verticales Tipo Tubular.

Realizando la conversión para la capacidad del tanque se obtiene que:

1000 Lts=220 Galones

De acuerdo al Código ASME las consideraciones para los soportes Se presentan la siguiente

tabla que corresponde a los valores de la capacidad del recipiente contra el diámetro de las

patas para soportar el peso.

CAPACIDAD

EN GALONES

DEL TANQUE

DIÁMETRO

DEL TANQUE

(mm.)

DIÁMETRO

NOMINAL

DEL TUBO

(mm)

ALTURA

MÁXIMA DE

LAS PATAS

(mm)

DIMENSIONES

MÍNIMAS DE

LA PLACA

BASE

(mm)

200 914 76 914 178x178*12.7

300 1067 76 914 178*178*12.7

Cabe destacar que el diseño de los soportes recae en el criterio del diseñador que usara solo

como una guía el código ASME no como una regla definitiva y que estos valores que entrega

la tabla pueden ser modificados.

Por consiguiente dada la capacidad del tanque, en este proyecto se ha determinado usar 4 patas

soporte de 4” de Diámetro ya que el código ASME no considera las fuerzas que se generan

dentro del tanque por la agitación, incluso cuando este se encuentra estático, se generan

oscilaciones por el movimiento del fluido de manera que para asegurar la estabilidad del

equipo y además para lograr una mejor apariencia en el tanque es que se ha tomado esta

decisión.

Debido a la oscilación que puede generar y el número de patas se han diseñado placas soportes

con dimensiones de 300 x 300 x 3/4” de espesor para poder colocar bajo estas celdas de carga

que son requeridas por la fábrica para poder tener control del contenido del recipiente.


84

3.10 Diseño del Agitador.

Al haber obtenido el cuerpo completo del tanque se puede llevar a cabo el diseño del agitador.

3.10.1 Determinación del Tipo de Agitador.

Lo que se desea específicamente de este agitador es que sea capaz de mezclar los ingredientes

sin importar lo alta o baja que sea la velocidad, se requiere que la mezcla de chocolate sea

consistente por lo que se ha determinado diseñar un agitador tubular tipo ancla, para que este

sea capaz de mover la mayoría del volumen de la mezcla, debe evitarse usar velocidades

angulares y potencias muy altas pues esto haría el efecto vórtice que podría obligar con las

oscilaciones a que se derramara la mezcla por el venteo, es decir, se requiere evitar el efecto

de una bomba, es innecesario incrementar la presión del fluido debido a que lo único que se

busca es mezclar.

Como se muestra en el plano “G” se seleccionó un tubo de 4” de diámetro nominal para las

paletas externas del agitador y de una pulgada para los tensores, lo anterior para mantener

constante el movimiento del fluido y no se formen grumos en la mezcla, la selección del tubo

para el agitador depende del diseñador que considera la velocidad del agitador y el diámetro

del mismo para mantener la mezcla de chocolate homogénea.

3.10.2 Cálculo de la Velocidad Angular del Agitador.

Para efectos de cálculo se aplica la ecuación de fuerza de arrastre que se expresa en el capítulo

2 en la ecuación [2.18] y cuyos datos a sustituir son:

Cabe destacar que la potencia debe ser propuesta por el diseñador, si la velocidad resultante

del cálculo es de “0” o muy cercano a este número indicara que el agitador no se moverá o se

= 2237.1 watts.

ρ = 1320

.

= 2.3 [adimensional].

= 0.24411 en .

= 0.42 .


85

moverá a una velocidad muy pequeña y se forzara el motorreductor, si el valor de la velocidad

es muy alto, se producirá un efecto de vorticidad lo que provocaría que la mezcla saliera del

tanque por el venteo del mismo, por eso es muy importante que el diseñador seleccione una

potencia adecuada.

√ (

)

Al obtener la velocidad máxima que se puede lograr dentro del tanque bajo la iteración de

diversas potencias seleccionar un motor adecuado.

3.10.3 Cálculo de la Fuerza que Ejerce la Mezcla en el Agitador.

También es posible obtener con la velocidad angular anterior y la potencia el valor de la fuerza

a la que se enfrenta el agitador de la siguiente forma (ec. [2.17]):

ρ = 1320

.

= 2.3 [adimensional].

= 0.24411 en .

= 0.3833 en

.


86

3.10.4 Selección del Motorreductor.

Se ha seleccionado un motor reductor de la marca DODGE que ofrece las siguientes

características:

POTENCIA

HP

R.P.M.

(salida)

TORQUE

(salida

lb/plg.)

RELACIÓN

DE

ENGRANES

ARMAZÓN

3 310 610 5.65 100J4

3.10.5 Velocidad Máxima del Agitador en el Medio Fluido.

Al hacer una diferencia de la velocidad que ofrece el motor seleccionado con la velocidad

angular calculada se obtiene que la velocidad angular que ofrece el motor se verá reducida por

las fuerzas que genera el movimiento en un medio con una densidad muy elevada la

disminución que se puede notar es:

Convirtiendo a radianes por segundo

Esto demuestra que el agitador tiene una buena velocidad que no es muy alta y será capaz de

realizar el trabajo para el cual se le ha requerido.

En los planos para fabricación se ha considerado el dimensionamiento del motorreductor con

escala 1:0.250 considerando la unión de este a unos soportes con forma de canal “C”.


87

3.11 Cálculo del Soporte para el Motorreductor.

Para saber si el soporte es capaz de aguantar el peso del motorreductor necesitamos calcular

los esfuerzos que produce dicha maquina en el soporte y así calcular la deformación que se

produce en el material.

3.11.1 Cálculo del Esfuerzo Permisible del Soporte.

Para calcular el esfuerzo permisible necesitamos saber cuál es el esfuerzo ultimo del acero

inoxidable 304 que es de 81000 PSI, dicho dato lo podemos encontrar en los anexos al final de

este trabajo. Utilizando la ecuación [2.34] de factor de seguridad y despejando el esfuerzo

permisible tenemos lo siguiente:

Ahora calculamos la deformación que se produce en el soporte con la ec. [2.35]:

Se calculan los esfuerzos que produce el motor en el área del soporte donde se colocara, el

área del motorreductor es tomado de las dimensiones proporcionadas por el fabricante de

dicha máquina pero primero calculamos la carga apartir de la ecuación [2.1].

(

)

Ahora sustituimos en la ecuación [2.52].

Por ultimo calculamos la deformación que produce el motorreductor en el área que ocupara.


88

Por lo tanto

Lo que nos indica la comparación de las deformaciones calculadas anteriormente es que la

deformación que ocasiona el motorreductor no es suficiente para deformar plásticamente el

soporte.

3.11.1 .1 Análisis Estático del Soporte para el Motorreductor.

Los soportes de canal en C ofrecen un costo reducido al momento de fabricarse, si se parte de

lámina doblada, son muy ligeros y también muy resistentes, de fácil ensamble y soldadura,

además de ofrecer un medio rápido en la fabricación, el proceso de desarrollo de estos canales

es el de la fibra neutra que se ha explicado con anterioridad, con saques de caja es posible

entrelazar uno o más canales agregando rigidez a una estructura o marco simple como el que

se muestra en los planos, para fabricación colocando estos sobre una placa de refuerzo que se

encuentra sobre la tapa toricónica, ésta es una práctica que se lleva a cabo con la finalidad de

obtener más resistencia en la tapa al distribuir las cargas hacia la placa de respaldo y evitar

daños sobre la tapa toricónica, el espesor de estas placas y del canal es variable y

generalmente se considera por experiencia del diseñador, debido a que los esfuerzos por la

carga de un motor con agitador, son solamente dependientes del peso que este pueda ejercer

sobre el soporte el cual es muy pequeño respecto al diagrama de esfuerzo de deformación de

un acero inoxidable como el 304 que es el seleccionado para realizar los elementos del tanque.

3.11.2 Diseño del Eje del Agitador.

El diseño del agitador también implica el cálculo del eje se realiza de la siguiente forma:

3.11.2.1 Cálculo del Torque en el Agitador.

Considerando el valor de la fuerza anteriormente conocida es posible obtener el torque

ejercido mediante la ecuación [2.19].


89

3.11.2.2 Cálculo del Momento en el Agitador.

El momento al que se enfrenta el agitador es el peso del agitador que realizando la suma de la

tubería usada para la fabricación de este tiene un peso W=151.66 N por el brazo máximo al

que se enfrentara el agitador que es la parte más alejada del motor que está a 2.03m de

distancia se obtiene que:

3.11.2.3 Cálculo del Diámetro Mínimo del Eje.

De tablas de fabricación de la fábrica de acero Sand Meyer Steal Company se obtiene que el

esfuerzo máximo a la tensión de las barras huecas de acero fabricadas es 517 MPa.

La resistencia a la fatiga de este mismo material es de 180.25 MPa según el fabricante.

El factor de seguridad con el que se realizará el cálculo es de 2.5 ya que es un cálculo preciso

según el criterio del diseñador.

El factor de concentración de esfuerzo tendrá un valor de 1.5 a criterio del diseñador.

De esta forma al sustituir los valores anteriormente obtenidos en la ecuación [2.37] para

diámetro de una flecha mencionada en el capítulo 2 se tiene la siguiente expresión:

⌊

√(

)

(

)

⌋

Se obtiene que el diámetro mínimo para la flecha en cualquier punto es de:

d = 0.019 m = 19 mm


90

3.11.2.4 Diseño de la Conexión del eje.

No obstante el motorreductor tiene de fábrica una flecha de salida de 40 mm de diámetro y

160 mm de longitud debido a esto según catálogos de proveedores existe una barra hueca con

40 mm de diámetro exterior y 20 de diámetro interior la cual es óptima para el diseño pues se

cuenta con el mínimo diámetro de flecha requerido en diámetro del material, con un diseño

que adopta una flecha hueca, es posible reducir drásticamente el peso de la maquinaria y

ahorrar en costos de material y hasta en algunos maquinados una vez obtenido este detalle de

la flecha se procede al diseño de un acoplamiento que permita desmontar en caso de

mantenimiento o sustitución el motorreductor con lo que se determina el diseño de un

acoplamiento tipo brida, en los detalles de fabricación que se muestran en los planos de diseño

del agitador, se puede observar dicho dispositivo.

Así mismo se considera colocar guías en la posición de contacto de la flecha con la boquilla A

y al término de la flecha en el fondo se colocan bujes y masas que son solo guía para la flecha,

el diseño de estos elementos es para evitar que exista fricción con las paredes de la estructura

del tanque, los detalles de la fabricación se muestran en los planos, estas masas deberán ser

fabricadas de barras solidas de acero inoxidable de 3” y 8” de diámetro, en el caso de la barra

de 3” se deberá maquinar hasta obtener las características del plano esto para que permita el

ensamble con su respectivo buje a presión y se coloque lubricante para evitar la fricción con la

flecha.

En el caso de las masas inferiores la superior o masa 1 deberá tener un barreno central para el

paso de la flecha y uno más para la taza donde deberá ir ensamblado el buje a presión y

lubricado, además deberá tener 2 barrenos roscados que servirán para atornillar la masa

inferior con la superior. Las uniones de las masas y del acoplamiento se llevarán a cabo por

medio de 4 tornillos de 5/8” x 2 ½”.

En el caso de la masa inferior o masa 2 deberá contener una perforación para la flecha con una

tolerancia de medio milímetro para el paso de lubricante y 2 barrenos pasados para la sujeción

vía tornillo, la masa 1 deberá ser ensamblada con 2 piezas que serán dobladas con el


91

procedimiento de fibra neutra y soldadas con un cordón continuo de 3/16” de pulgada para

asegurar la guía de la flecha, con esto se finaliza el diseño del agitador.

3.12 Diseño de la Chaqueta de Hoyuelos.

La chaqueta de hoyuelos es un mecanismo de transferencia de calor que permitirá mantener el

calor del producto, para que este se mantenga en su estado líquido, y a una temperatura alta

que evite solidificaciones, el diseño de este tipo de chaquetas es innovador y es aplicable tanto

para retención de calor como de temperaturas frías.

Los requerimientos del tanque implican que la chaqueta se coloque en la parte cilíndrica del

tanque ya que es la parte que inminentemente presenta la mayor área expuesta a la temperatura

del entorno, por lo cual la chaqueta de hoyuelos no se colocara en la parte superior e inferior

del tanque, además de que la manufactura de una chaqueta eficiente para la parte baja y alta

del tanque no justifica la inversión, esto no implica que en estas partes no exista transferencia

de calor.

La selección de la lámina de la envolvente se ha considerado previamente y bajo esta

condición se deduce que para que sea posible inflar la chaqueta en el sentido del exterior del

tanque es necesario que esta sea de un espesor menor que la envolvente y más aún que se

pueda deformar con facilidad sin generar grandes esfuerzos en la pared, es decir que ceda la

lámina de la chaqueta para que la presión no afecte la lámina de la envolvente.

Se propone una lámina de acero inoxidable, dada la exposición al fluido que inflará la

chaqueta la cual es agua caliente esta lámina deberá contar con un espesor de calibre 18 ó 1.21

mm de espesor como se muestra en el Anexo C con la dimensión que se muestra de 1422 mm

de ancho por 3048 mm de largo, dejando 2 pulgadas de espacio entre la envolvente, la

soldadura deberá ser de costura y hecha por soldadores calificados sin poros y deberá ser

inspeccionada para asegurar la calidad de la soldadura.

3.12.1 Determinación del Área de Contacto de la Chaqueta de Hoyuelos.

El área de contacto para la transferencia de calor se calcula de la siguiente forma:


92

1422 mm X 3048 mm = 4334256 mm2 = 4.334256 m

2

Esta es el área de la lámina pero se debe restar el área de los hoyuelos como se muestra a

continuación:

Se encuentran 1317 barrenos dentro de la lámina de la chaqueta considerando la posición 3 en

el plano “C” pues se busca el área que contactara con el fluido, los cuales suman un área de:

Diámetro= 25 mm

Restando este valor al área de la lámina de la chaqueta:

Lo cual da como resultado el área de contacto del fluido con el envolvente.

3.12.2 Fabricación de la Chaqueta de Hoyuelos.

La posición 3 que se muestra en el plano “C” funciona como un refuerzo que se deberá soldar

tanto en el cuerpo de la envolvente como en el de la chaqueta y que busca hacer más eficiente

la chaqueta incrementando la resistencia a los esfuerzos.

Para la soldadura en cada uno de los hoyuelos, es necesario reforzar de esta manera para

asegurar que la chaqueta no sufra rupturas o llegue a presentar una falla en la soldadura, esto

asegura que no ocurra algo así pues de lo contrario los daños serian graves para la chaqueta y

reduciría drásticamente la eficiencia del aislamiento, las condiciones de un aislamiento


93

húmedo y una chaqueta con fugas es desastrosa y hace prácticamente inútil el funcionamiento

del sistema.

A pesar de que la soldadura de tantos refuerzos es costosa y tomará un tiempo considerable en

hacerlo es bastante costeable debido a que la única forma diferente de soldar estos hoyuelos

sería por soldadura laser, una maquinaria que no ha llegado a nuestro país y de un costo

enorme por lo tanto un taller de proporciones medianas sería capaz de adquirir la eficiencia de

una soldadura hecha a mano por soldadores calificados, esto ofrece gran calidad y eficiencia

en el sistema a un costo aceptable.

3.12.3 Determinación del Material de la Chaqueta de Hoyuelos.

Las propiedades del acero inoxidable son las siguientes:

MODULO

ELÁSTICO

N/m2

COEFICIENTE

DE POISSON

DENSIDAD

kg/m3

LÍMITE

ELÁSTICO

N/m2

COEF. DE

CONDUCT.

(W/m °K)

ACERO

INOXIDABLE

304

1.9x1011

0.29 8000 206807000 14.9

La presión a la que se pretende diseñar esta chaqueta es del equivalente a 150 ó lb/in2 esto

en el sistema internacional tiene un valor de 10.55 kgf/cm2

ó 1034213.86 Pa esto es debido a

que a esta presión se pretende inflar la chaqueta obteniendo un volumen de fluido específico

dentro de este elemento así como la deformación permisible que presenta la chaqueta.

Al realizar el análisis de elemento finito que se muestra a continuación se obtiene el valor del

desplazamiento que sufre la lámina de la chaqueta al inflarse el cual tiene un valor máximo de

3 milímetros.

El cuerpo de la chaqueta no debe ser sometido a 150 libras de presión para obtener su máxima

eficiencia respecto al volumen de fluido dentro de la chaqueta para una eficiencia máxima en

la transferencia de calor a una presión mayor la chaqueta tendrá más fluido pero el material


94

comenzaría a deformarse plásticamente y con mucha mayor presión es posible que la lámina

ceda y provoque una ruptura que inhabilitaría el sistema.

Figura 3.2 Gráfica Presión (

) – Desplazamiento .

La gráfica anterior expone la tasa de deformación con respecto a la presión que se aplica sobre

la lámina de la chaqueta, esto representa la capacidad de almacenar fluido dentro de la

chaqueta.

La lámina se expone a un desplazamiento que mantiene a la lámina dentro del límite elástico

que permite al material no deformarse permanentemente.

3.13 Cálculo de Esfuerzos en la Chaqueta de Hoyuelos.

Los esfuerzos que se aplican en la chaqueta se pueden calcular por análisis de la partícula tal y

como se hizo con la envolvente sin embargo el dato correspondiente a la presión en este caso

será el máximo de la presión de diseño el cual es de 150 libras como se muestra a

continuación.


95

3.13.1 Cálculo del Esfuerzo Tangencial o de Costilla en la Chaqueta de Hoyuelos.

Sustituyendo en ecuación [2.6] se tiene que el esfuerzo de costilla tiene un valor de:

3.13.2 Cálculo del Esfuerzo Longitudinal en la Chaqueta de Hoyuelos.

El esfuerzo longitudinal en la ecuación [2.7] equivale a:

3.13.3 Cálculo del Esfuerzo Promedio en la Chaqueta de Hoyuelos.

El esfuerzo promedio utilizando la ecuación [2.8] es de:

3.13.4 Cálculo de la Reacción en la Chaqueta de Hoyuelos.

La reacción utilizando la ecuación [2.9] es de:

3.13.5 Cálculo del Esfuerzo Permisible en la Chaqueta de Hoyuelos.

El esfuerzo último para el acero inoxidable 304 es de 81000 psi y aplicando un factor de

seguridad de 2 mediante la ecuación [2.38] es:

Convirtiendo esto a unidades del sistema internacional de unidades:


96

3.13.6 Esfuerzos de la Chaqueta de Hoyuelos en el Círculo de Mohr.

El círculo de Mohr que se presenta a continuación (figura 3.3) representa de forma gráfica los

esfuerzos principales pertenecientes a un análisis de la partícula, en el caso específico de los

cálculos de la chaqueta, estos se presentan a continuación.

Lo que estos datos arrojan es que definitivamente habrá un desplazamiento en el cuerpo de la

chaqueta pero se debe analizar si existe una deformación plástica permanente (ecuación

[2.39]).

Si se considera así mismo el esfuerzo máximo que resiste el material se obtiene que:

Donde el resultado obtenido es:

Figura 3.3 Circulo de Mohr para esfuerzos principales en la chaqueta.


97

Llevando a cabo la gráfica esfuerzo deformación se obtiene que:

Figura 3.4 Gráfica Esfuerzo (Mpa) – Deformación (adimensional).

Lo que implica que no existe una deformación permanente pues el esfuerzo máximo que es el

de costilla se encuentra dentro del límite elástico y la chaqueta no tendería a deformarse

permanentemente y mucho menos a romperse.

3.14 Transferencia de calor.

La temperatura del medio ambiente promedio es de 24 oC esta sería la última capa a la que se

expondría el sistema.

La figura 3.5 que se muestra en la siguiente página muestra las diferentes capas que protegerán

a la mezcla de chocolate para evitar que pierda su temperatura rápidamente, es inevitable que

la caída de temperatura suceda pero el método que se usara a continuación asegura el

funcionamiento y la permanencia de una alta temperatura de la mezcla de chocolate ya que

esta puede oscilar entre los 45oC a los 50°C, temperatura a la que el chocolate permanece

fundido y que a su vez es la máxima temperatura y con un mínimo de 35oC en la que la mezcla

tendería a solidificarse.

El procedimiento que se lleva a cabo para este diseño es el ánodo de sacrificio que genera un

plus para el sistema del tanque de agitación y una eficiencia en los costos de fabricación

permitiendo llevar a cabo varios procesos en un mismo tanque, la chaqueta inflada con agua

evitara que la mezcla pierda temperatura y a su vez el aislamiento evitara que se pierda el


98

calor dada la alta resistencia a la conducción que presenta el tipo de materiales del que se

fabrican los aislamientos.

Realizando el análisis de la transferencia de calor se analiza lo que se muestra a continuación

en la siguiente figura:

Figura 3.5 Corte que muestra los materiales que forman el sistema de aislamiento para el tanque.

La Temperatura del agua caliente es de 90 oC.

La lana mineral fue introducida en este proyecto debido a que es un excelente aislante es

económico y de una alta eficiencia como aislamiento térmico, ligero, compresible de la más

simple instalación las características más importantes de la lana mineral se colocan en la

siguiente tabla:


99

PROPIEDADES FISICAS

Conductividad

Térmica

CARACTERISTICAS

Límite de Temperatura 650oC

Densidad: 6-12 lb/ft3

Resistencia al fuego:

Incombustible

Resistente a hongos y bacterias

Medidas Estándar: 4´y 8´= 1.22 y

2.44m.

Anchura: 2´= 0.61 cm.

Espesor de 1” a 6” en

incrementos de ½”

K=0.42 W/mK

Baja Conductividad Térmica

Alta Eficiencia Energética

Fácil Manejo y Corte

Fácil Instalación

Amplio Rango de

Temperatura

Figura 3.6 Tabla de Propiedades de la lana mineral.

Otro dato necesario es la Conductividad del agua k=.675 W/mK

Bajo las condiciones del sistema se procede a resolver las ecuaciones de flujo de calor que se

expusieron en el capítulo 2 como se muestra a continuación.

De acuerdo con el plano “A” presentado al final de este trabajo:

El radio interno del tanque es de 0.5 m.

Sumando el espesor el radio externo es de 0.50343 m.

La longitud del tanque es de 1.524 m. Se utilizará primeramente el valor k 14.9 W/m °K del

acero inoxidable dado que la pared del tanque es de este material. Considerando una

temperatura ambiente de 24oC ó 297.15

oK


100

3.14.1 Cálculo de la Resistencia a la Conducción en el Cuerpo Principal del Tanque.

Lo cual al sustituir en la ecuación [2.46] de la resistencia a la conducción de la pared se

obtiene que:

.7916x10-5 o

K/W

3.14.2 Cálculo de la Transferencia de Calor de la Mezcla Hacia el Envolvente.

Calculando el flujo de calor en dirección de la mezcla hacia la pared de la envolvente

utilizando la ecuación [2.45] se tiene que:

(

)

3.14.3 Cálculo de la Transferencia de Calor en la Película de Agua Hacia el Envolvente.

Ahora se procede a calcular la siguiente sección que corresponde a la capa de agua de la

chaqueta de donde previo se ha obtenido el área de transferencia de calor y se sustituye de la

misma forma en las ecuaciones como se presenta a continuación:

Sin embargo este es un caso especial debido al cambio de área que tiene la chaqueta respecto a

la envolvente, debido a los hoyuelos el área se reduce dramáticamente además al inflar la

chaqueta el espesor no es uniforme, por lo que la ecuación de flujo de calor [2.43] se modifica

como se muestra a continuación:

Dónde:


101

Este espesor de película deberá considerarse como promedio debido a que en algunas partes de

la chaqueta este es de hasta 3 mm y en otras de decimas de milímetro

Por lo que la cantidad es de 1.5 mm.

Debe recordarse que el fluido mantendrá la misma temperatura en todas las posiciones donde

se pudiera encontrar y sin importar el volumen parcial que exista en cada una de dichas partes.

Para obtener el volumen de fluido se deberá considerar la máxima longitud del inflado por lo

que el volumen es de 0.0024272m3

El área de contacto es de

Por lo que se lleva a cabo la siguiente sustitución en la ecuación [2.43]:

(

)

3.14.4 Cálculo de la Transferencia de Calor en la Película de Agua Hacia la Chaqueta.

Continuando el análisis con sentido hacia afuera se procede a calcular el flujo de calor en

dirección del agua hacia la lámina de la chaqueta, realizando la sustitución de los valores bajo

las mismas condiciones que en la capa anterior y se define en la ecuación [2.43] de la siguiente

forma:

(

)


102

3.14.5 Cálculo de la Transferencia de Calor en la Chaqueta Hacia el Aislamiento.

Una vez obtenido este valor se procede a obtener el flujo de calor con sentido de la lámina de

la chaqueta hacia el aislamiento de lana mineral utilizando las propiedades térmicas antes

mostradas para este material.

En este caso se colocara una temperatura promedio pues el agua caliente ya ha calentado la

lámina de la chaqueta, el arreglo queda como se presenta a continuación, se utiliza la ecuación

[2.43]:

(

)

Como se puede observar el flujo de calor comienza a disminuir debido a la resistencia a la

conducción que se presenta en cada material y de acuerdo a su temperatura.

3.14.6 Cálculo de la Resistencia a la Conducción del Aislamiento de Lana Hacia la

Cubierta del Aislamiento.

A continuación se presentan los cálculos respecto al aislamiento de lana mineral y la cubierta

del aislamiento, este cálculo puede realizarse nuevamente por el método de capas cilíndricas

que se enuncia en la ecuación [2.46] ya que el aislamiento tiene nuevamente una geometría

uniforme y un volumen constante que facilita el análisis el cual se presenta a continuación:

9.79x10-3 o

K/W


103

3.14.7 Cálculo de la Transferencia de Calor del Aislamiento de Lana Hacia la Cubierta

del Aislamiento.

Así mismo se debe considerar la temperatura promedio pues se supone que la lámina de la

chaqueta ha calentado las colchas de lana mineral asi que sustituimos en la ecuación [2.45]:

3.14.8 Cálculo de la Resistencia a la Conducción de la Cubierta Externa.

El flujo de calor que pertenece a la parte externa de la lámina de la cubierta de aislamiento se

calculará de la misma forma como se muestra a continuación:

3.785x10-5 o

K/W

Este resultado es el flujo de calor presente en la cara externa de la cubierta de aislamiento, este

tendrá una temperatura promedio de 290.15oK y es expuesta al ambiente el cual tiene una

temperatura de 297.15 o

K.


104

3.14.9 Cálculo de la Transferencia de Calor de la Cubierta Externa al Ambiente.

No obstante la cubierta del aislamiento está expuesta al medio ambiente y esto obliga a

realizar el análisis por convección pues se considera que el ambiente está lleno de un flujo en

movimiento que es el aire y este es el método de transferencia de calor a la que corresponde el

análisis, así que las ecuaciones de convección de calor expuestas en el capítulo 2 deberán ser

aplicadas como e muestra a continuación:

Para obtener la Resistencia a la conducción de una pared se tiene:

Estos cálculos representan los valores del flujo de calor al inicio del funcionamiento del

equipo cuando todas las temperaturas del metal están por debajo del ambiente es decir las

láminas y placas están frías, se debe calcular así ya que estas son las condiciones críticas del

sistema y donde el sistema estará expuesto a una mayor pérdida de calor.

Por lo que se deberá repetir cada cálculo realizado considerando la temperatura promedio que

ya se tiene cuando está caliente el sistema pues los flujos de calor variaran considerablemente

pues la diferencia de temperatura disminuirá claramente, esto impactará directamente en que

el tanque conserve a temperatura un mayor tiempo, antes de que sea necesario drenar la

chaqueta para introducir nuevamente en ella agua caliente.

El agua caliente de la chaqueta cederá la temperatura hacia el acero inoxidable, cuando la

diferencia de temperaturas entre el agua y el acero, tienda a 0 en el sistema lo que tendrá


105

mayor temperatura es la mezcla de chocolate, con lo que esta comenzara a perder la

temperatura de 45ºC hasta que tenga 35º C alargando el tiempo en que se cambie el agua de la

chaqueta.

De la ecuación en que se sustituyó en dirección del agua hacia la lámina de la chaqueta se

tenía que:

(

)

Considerando que la temperatura promedio en que ∆T tiende a 0 se determina que:

Lo que implica que cuando esta temperatura se alcance el flujo de calor será nulo como se

expresa en la siguiente sustitución.

(

)

Sin embargo el equipo estará una vez en instalación conformado por un termómetro que estará

conectado directamente al producto y uno más que estará colocado hacia el agua de la

chaqueta, una vez en operación estos termómetros indicaran el momento preciso en que se

deberá drenar la chaqueta y bombear agua caliente nuevamente.


106

Figura 3.7 Grafica de Flujo de Calor vs Tiempo.

Reacomodando la ecuación de enfriamiento de newton se observa que

Realizando una iteración con rangos de 1 seg. Y hasta 36000 s. en la sustitución de esta nueva

ecuación se puede apreciar que:

Lo que indica que la temperatura aun en 10 horas la temperatura tiende a 0 y es momento de

cambiar el agua que ya se ha enfriado por nueva agua caliente.

Un rango muy amplio de tiempo en el que la mezcla que se encuentra dentro del tanque puede

ser sometida al proceso de homogeneización y al bombeo hacia el moldeado sin problemas

drásticos de cambio de temperatura ya que estas 10 horas solo implican el cambio de agua que

ha igualado la temperatura del chocolate a 45 oC y aún se tiene el tiempo que pudiese tomar

-120000

-100000

-80000

-60000

-40000

-20000

0

0 100 200 300 400 500

FLU

JO D

E C

ALO

R Q

∆T

FLUJO DE CALOR - ∆T

FLUJO DE CALOR


107

que el chocolate perdiera temperatura hasta los 35 oC máximos permitidos con lo que se

asegura un largo periodo suficiente para homogeneizar la mezcla y bombear hacia los moldes,

debe recordarse que las fábricas trabajan 8 horas más una de comida lo que indicaría que en un

día de jornada laboral solo necesitarían agregar agua a la chaqueta una sola vez y de dejarse

parte de la mezcla para el otro día se requeriría hacer a lo más 3 cambios en el agua al día lo

que es muy rentable para la empresa que adquiera un tipo de tanque enchaquetado.

3.15 Descripción de las Condiciones Internas del Tanque Homogeneizador.

La chaqueta que se encuentra soldada al cuerpo principal del envolvente es llenada con agua a

90 °C, el agua se encuentra en contacto directo con el cuerpo del envolvente lo que permite

que haya conducción de calor del agua hacia el envolvente y a su vez hacia la mezcla de

chocolate la cual se encontrara a una temperatura de 45 °C a 50 °C, el agua también transfiere

calor hacia el cuerpo de la chaqueta y a su vez a la colcha de lana mineral, sin embargo debido

a las propiedades aislantes de la colcha de lana mineral se evita en gran medida la conducción

de calor hacia la cubierta exterior.

Figura 3.8 Vista superior del tanque donde se muestran las condiciones internas del mismo.


108

CAPIT

Los procedimientos y

consideraciones,

técnicas, y estrategias

se ven reflejados

económicamente por

medio de una

cotización de

material y mano de

obra.


109

4 Costos del Proyecto.

En una cotización se presenta el costo total o parcial de un producto o servicio que se desea

adquirir, esto le sirve al comprador para determinar los beneficios económicos del producto

que desea adquirir.

4.1 Mano de Obra.

Se conoce como mano de obra al esfuerzo físico y mental que se pone al servicio de la

fabricación de un bien. El concepto también se utiliza para nombrar al costo de este trabajo (es

decir, el precio que se le paga al trabajador por sus recursos).

4.2 Descripción de las Tablas de Lista de Materiales y de Costo del Proyecto.

En este punto se da una breve descripción de la tablas que se muestran en las siguientes

páginas, lo anterior es con la finalidad de aclarar el contenido de cada una de ellas.

En la tabla de lista de materiales que está en el punto 4.3 se observa el desglose de todos los

elementos que conforman este proyecto, en esta tabla se puede apreciar que cada elemento

está divido en conjuntos y en piezas, un conjunto es el elemento terminado en el cual se

considera que este elemento ya tiene todos sus accesorios instalados, debajo del elemento

conjunto se puede apreciar cada una de las piezas que conforman ese elemento, así como sus

dimensiones, el material que se propone para su fabricación y el plano en el que se encuentra

cada elemento.

En la tabla de costo de los tanques originales en el punto 4.4 se puede apreciar el costo total

del tanque agitador y del tanque atemperador que son usados en el proceso principal de

conchado y que se buscan sustituir por el tanque que se está proponiendo en este proyecto.

En la tabla de costos totales de este proyecto 4.5 se puede observar el precio de los materiales

así como la cantidad de piezas que se necesita para la fabricación del tanque, además se

muestras el costo de la mano de obra, el costo de ingeniería y otros costos que no están

contemplados en el proyecto.


110

ELABORO

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

EQUIPO

TANQUE HOMOGENEIZADOR PARA MEZCLA DE CHOCOLATE CON

AISLAMIENTO TÉRMICO GARCÍA MENDEZ JOSÉ

MANUEL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

GUZMÁN CORTES LUIS ALBERTO

MECÁNICA Y ELÉCTRICA FECHA 4-Nov-13 REV. 0

ACOTACIÓN mm. 4.3 Lista de Materiales REVISO POSICIÓN REV. DIBUJO PARTE MATERIAL NO. PZAS. UNIDAD ANCHO LARGO

1 0 PLANO G TAPA TORICONICA 1 CJTO.

1.2 0 PLANO G TAPA TORICONICA SUP. LÁMINA AC.INOX.304 CAL 12 (2.65) ESP.

6´X10´ 1 PZA. 1148 1148

1.3 0 PLANO G TAPA TORICONICA INF. LÁMINA AC.INOX.304 CAL 12 (2.65) ESP.

6´X10´ 1 PZA. 1148 1148 3 0 PLANO F ENVOLVENTE 1 CJTO.

3.1 0 PLANO F PLANTILLA AC.INOX.304 1 PZA. 1148 1148 3.2 0 PLANO F PLANTILLA AC.INOX.304 1 PZA. 1148 1148 3.3 0 PLANO F ENVOLVENTE POSICION 3 AC.INOX.304 1 PZA. 3491 1783 4 0 PLANO D SOPORTE 1 CJTO. 1390 636

4.1 0 PLANO D POSICION 4.1 PLACA A.I. 304 DE 1/4" ESP. 4´X10´ 4 PZA. 263 468 4.2 0 PLANO D POSICION 4.2 PLACA A.I. 304 DE 1/4" ESP. 4´X10´ 2 PZA. 431 447 4.3 0 PLANO D POSICION 4.3 PLACA A.I. 304 DE 1/4" ESP. 4´X10´ 2 PZA. 447 1084 4.5 0 PLANO D POSICION 4.5 PLACA A.I. 304 DE 3/16" ESP. 4´X10´ 4 PZA. 220 220 4.6 0 PLANO E PATAS 1 CJTO.

4.6.1 0 PLANO E PLACA DE ANCLAJE PLACA DE 3/4" DE ESP. X 4´X10´ 4 PZA. 300 300 4.6.2 0 PLANO E TUBO TUBO DE 4" CED. 40 AC. INOX. TP-304 4 PZA. 836 4.6.3 0 PLANO E PLACA PLACA DE 3/16" ESP. DE ESP. X 4´X10´ 4 PZA. 169 169 4.6.4 0 PLANO E PLACA PLACA DE 1/4" ESP. DE ESP. X 4´X10 4 PZA. 66 114

5 0 PLANO D OREJAS DE IZAJE 1 CJTO. 5 0 PLANO D OREJAS DE IZAJE AC.INOX.304 1 PZA. 131 10 9 0 PLANO A BOQUILLAS 1 CJTO.


111

9.1 0 PLANO A BOQUILLA "A" ENTRADA DE FLECHA 1 CJTO. 9.1.1 0 PLANO A TUBO PARA ENTRADA DE FLECHA TUBO AISI 304 DN. 50 ESPESOR PARED EN MM 1 PZA. 51 9.2 0 PLANO A BOQUILLA "B" DESCARGA 1 CJTO.

9.2.1 0 PLANO A TUBO PARA DESCARGA TUBO DE 4" CED. 40S AISI 304 1 PZA. 9.3 0 PLANO A BOQUILLA "C" CARGA CHAQUETA 1 CJTO.

9.3.1 0 PLANO A TUBO DE LLENADO DE

CHAQUETA TUBO DE 12" CED. 40S AISI 304 1 PZA. 9.4 0 PLANO A BOQUILLA "D"DRENAJE CHAQUETA 1 CJTO.

9.4.1 0 PLANO A TUBO PARA DRENAR LA

CHAQUETA TUBO DE 12" CED. 40S AISI 304 1 PZA. 9.5 0 PLANO A BOQUILLA "E" VENTEO 1 CJTO.

9.5.1 0 PLANO A TUBO TUBO DE 6" CED. 40S AISI 304 1 PZA. 237 9.5.2 0 PLANO A CODO CODOS DE 6" CED 40S RADIO CORTO AISI 304 2 PZA. 365 9.6 0 PLANO A BOQUILLA "F" ALIMENTACIÓN 1 1 CJTO.

9.6.1 0 PLANO A TUBO DE ALIMENTACION TUBO DE 4" CED. 40S AISI 304 1 PZA. 234 9.7 0 PLANO A BOQUILLA "G" ALIMENTACIÓN 2 1 CJTO.

9.7.1 0 PLANO A TUBO DE ALIMENTACION TUBO DE 4" CED. 40S AISI 304 1 PZA. 234 9.8 0 PLANO A BOQUILLA "H" TERMOMETRO PRODUCTO 1 CJTO.

9.8.1 0 PLANO A TUBO TUBO DE 1/2" CED. 40S AISI 304 1 PZA. 100 9.8.2 0 PLANO A TAPON ROSCADO BARRA AC. INOX 304 ∅1 1/2" 1 PZA. 40 9.9 0 PLANO A BOQUILLA "I" TERMOMETRO CHAQUETA 1 CJTO.

9.9.1 0 PLANO A TUBO TUBO DE 1/2" CED. 40S AISI 304 1 PZA. 100 9.9.2 0 PLANO A TAPON ROSCADO BARRA AC. INOX 304 ∅1 1/2" 1 PZA. 40 9.10 0 PLANO A BOQUILLA "J" ALIVIO DE PRESIÓN 1 CJTO.

9.10.1 0 PLANO A TUBO TUBO DE 1/2" CED. 40S AISI 304 1 PZA. 100 9.10.2 0 PLANO A TAPON CIEGO BARRA AC. INOX 304 ∅1 1/2" 1 PZA. 40

10 0 PLANO H REGISTRO HOMBRE 1 CJTO. 10.1 0 PLANO H POSICION 1 PLACA DE 1/4" ESP. 4´X 10´ AC. INOX 304 2 PZA. 299 516 10.2 0 PLANO H POSICION 2 1 PZA. 10.3 0 PLANO H POSICION 3 PLACA DE NEOPRENO DE 1/8" DE ESP. 1 PZA. 10.4 0 PLANO H POSICION 4 PLACA DE 1/4" ESP. 4´X 10´ AC. INOX 304 1 PZA. 150 1041 10.5 0 PLANO H POSICION 5 BARRA HUECA DE ∅ EXT 40 Y ∅ INT. 20 AC. 1 PZA. 24 40


112

INOX 304 10.6 0 PLANO H POSICION 6 TUBO DE ∅1 1/2" CED. 40 AC. INOX 304 1 PZA. 100 10.7 0 PLANO H POSICION 7 PLACA DE 3/16" DE ∅ 37 AC. INOX 304 1 PZA. 42 10.8 0 PLANO H POSICION 8 SEGURO ANTI-APERTURA DE ACERO INOX 304 1 PZA. 24 10.9 0 PLANO H POSICION 9 TOPE BARRA DE ∅ 1/4" X 16 ACERO INOX 1 PZA. 6 6 13 0 PLANO B AGITADOR 1 CJTO.

13.1 0 PLANO B MOTOREDUCTOR B3G10H00565-3.0 1 CJTO. 2283

13.2 0 PLANO B PLACA SOPORTE DEL

MOTOREDUCTOR PLACA SA-240-304L DE 3/8" ESP. 4´X10´ 1 PZA. 400 400 13.3 0 PLANO B MAZA DE ACOPLAMIENTO BARRA REDONDA 304 DE ∅ 6" 2 PZA. 44 13.4 0 PLANO B BARRA HUECA AC.INOX.304 ∅ EXT. 40", ∅ INT. 20" 1 PZA. 2130 13.5 0 PLANO B BARRA REDONDA AC.INOX.304 ∅ 3" 1 PZA. 63 13.6 0 PLANO B BARRA REDONDA BRONCE ∅ 1 1/8" 2 PZA. 25 13.7 0 PLANO B TUBO TUBO AC. INOX TP-304 ∅ 1" CED. 40S 6 PZA. 347 13.8 0 PLANO B TUBO TUBO AC. INOX TP-304 ∅ 2 1/2" CED. 40S 2 PZA. 1295 13.9 0 PLANO B TUBO TUBO AC. INOX TP-304 ∅ 2 1/2" CED. 40S 2 PZA. 196

13.10 0 PLANO B TUBO TUBO AC. INOX TP-304 ∅ 2 1/2" CED. 40S 2 PZA. 211 13.11 0 PLANO B POSICION 10.11 EMPAQUE DE NEOPRENO DE 1/8" 1 PZA. 152 13.12 0 PLANO B TUERCAS TUERCAS DE ACERO INOXIDABLE 5/8" 4 PZA. 5/8" 5/8" 13.13 0 PLANO B TORNILLOS TORNILLOS DE ACERO INOXIDABLE 3/4" 4 PZA. 3/4" 3/4" 13.14 0 PLANO B RONDANAS RONDANAS DE ACERO INOXIDABLE 5/8" 4 PZA. 5/8" 5/8" 13.15 0 PLANO B PLACA PLACA SA-240-304L DE 2 1/2" ESP. 4´X10´ 1 PZA. 64 13.16 0 PLANO B PLACA PLACA SA-240-304L DE 1 1/2" ESP. 4´X10´ 1 PZA. 38 13.17 0 PLANO B BARRA REDONDA BARRA REDONDA DE BRONCE ∅ 3" 1 PZA. 43.5 13.18 0 PLANO B POSICION 13.18 PLACA SA-240-304L DE 2 1/2" ESP. 4´X10´ 1 PZA. 3 13.19 0 PLANO B POSICION 13.19 PLACA SA-240-304L DE 1/4" ESP. 4´X10´ 4 PZA. 197 13.20 0 PLANO B TUERCAS TUERCAS DE ACERO INOXIDABLE 9/16" 12 PZA. 9/16" 9/16" 13.21 0 PLANO B TORNILLOS TORNILLOS DE ACERO INOXIDABLE 11/16" 12 PZA. 11/16" 11/16" 13.22 0 PLANO B RONDANAS RONDANAS DE ACERO INOXIDABLE 9/16" 12 PZA. 9/16" 9/16" 13.23 0 PLANO B TUERCAS TUERCAS DE ACERO INOXIDABLE 9/16" 4 PZA. 9/16" 9/16" 13.24 0 PLANO B TORNILLOS TORNILLOS DE ACERO INOXIDABLE 11/16" 4 PZA. 11/16" 11/16" 13.25 0 PLANO B RONDANAS RONDANAS DE ACERO INOXIDABLE 9/16" 4 PZA. 9/16" 9/16"


113

4.4 Costo de los Tanques Originales.

Costo de los tanques para el proceso original.

Equipo Costo

Tanque atemperador 83,000.00

Tanque agitador 78,500.00

total 161,500.00

Nota. Los costos anteriores únicamente reflejan el costo del equipo ensamblado y mano de obra, no se

considera el costo de energía eléctrica utilizada debido a que depende del tipo placas utilizadas y el

tiempo de funcionamiento de los equipos que consumen dicha energía, cabe destacar que la

cotización de estos equipos fue realizada en el mes de Marzo del 2013 y solo tienen como finalidad el comprar el precios de estos tanques con el costo

que conlleva este proyecto.

20 0 PLANO C CHAQUETA 1 CJTO.

20.1 0 PLANO C

ENVOLVENTE LÁMINA CAL. 18 ESP. (1.21 MM.) ROLLO DE

5´X10´ 1 PZA. 1324 3151

20.2 0 PLANO C

PANEL BARRENADO LÁMINA CAL. 18 ESP. (1.21 MM.) ROLLO DE

5´X10´ 1 PZA. 1422 3048 20.3 0 PLANO C RONDANAS LÁMINA CAL. 18 ESP. (3.17 MM.) 1317 PZA.


114

4.5 Costos Totales de este Proyecto

MATERIAL CANTIDAD PRECIO POR PIEZA TOTAL

LÁMINA AC.INOX.304 CAL 12 (2.65) ESP. 6´X10´ 3 1,600.00 MXN 4,800.00 MXN

PLACA AC. INOX. 304 DE 1/4" ESP. 4´X10´ 1 2.150.00 MXN 2,150.000 MXN

PLACA AC. INOX. 304 DE 3/16" ESP. 4´X10´ 1 1,900.00 MXN 1,900.00 MXN

PLACA DE 3/4" DE ESP. X 4´X10´ 1 2,500.00 MXN 2,500.00 MXN

TUBO DE 4" CED. 40 AC. INOX. TP-304 1 2,800.00 MXN 2,800.00 MXN

TUBO AISI 304 DN. 50 ESPESOR PARED EN MM 1 2,300.00 MXN 2,300.00 MXN

TUBO DE 12" CED. 40S AISI 304 1 3,000.00 MXN 3,000.00 MXN


CODOS DE 6" CED 40S RADIO CORTO AISI 304 2 250.00 MXN 500.00 MXN


TUBO DE 1/2" CED. 40S AISI 304 1 2,200.00 MXN 2,200.00 MXN

BARRA AC. INOX 304 DIAMETRO 1 1/2" 1 3,100.00 MXN 3,100.00 MXN

TERMOMETROS 2 400.00 MXN 800.00 MXN

PLACA DE NEOPRENO DE 1/8" DE ESP. 2 500.00 MXN 1,000.00 MXN

BARRA HUECA DE DIAMETRO EXT. 40 E INT. 20 AC INOX 1 2,200.00 MXN 2,200.00 MXN

MOTORREDUCTOR 1 2,400.00 MXN 2,400.00 MXN

SEGURO ANTI-APERTURA DE ACERO INOX 304 3 1,300.00 MXN 3,900.00 MXN

TOPE BARRA DE DIAMETRO 1/4" x 16 AC INOX 304 1 2,600.00 MXN 2,600.00 MXN

PLACA SA-240-304L DE 3/8" ESP. 4´X10´ 1 1,800.00 MXN 1,800.00 MXN

BARRA REDONDA 304 DE 6" DEDIAMETRO 2 2,200.00 MXN 4,400.00 MXN

TUBO AC. INOX TP-304 2 1/2" DE DIAMETRO CED. 40S 1 4,200.00 MXN 4,200.00 MXN

TUERCAS 30 5.00 MXN 150.00 MXN

RONDANAS 30 4.00 MXN 120.00 MXN

COLCHA DE LANA MINERAL 1 2,100.00 MXN 2,100.00 MXN

TORNILLOS 30 5.00 MXN 150.00 MXN

MANO DE OBRA

OBREROS 5

SE TOMAN EN CUENTA

DOBLADORES, SOLDADORES,

MONTAJE, ETC.

45,000.00 MXN

INGENIEROS 2 81 PESOS LA HORA,

DURANTE 120 HORAS

19,440.00 MXN

OTROS COSTOS 10,000.00 MXN

TOTAL 131,210.00

MXN

Nota* Todos los precios que aparecen en esta tabla se encuentran expresados en pesos mexicanos MXN y sin IVA.


115

Conclusiones

Mediante el análisis realizado se determinó que las propiedades específicas del chocolate

hacen de este producto una materia prima de delicado tratamiento y fabricación, por lo cual

fue necesario realizar un análisis de cómo influye el proceso de calentamiento y

homogenización en las maquinas que tienen contacto con esta materia prima para dar un

diseño optimo a las necesidades de la empresa.

Los tanques originales calientan y mezclan el chocolate de forma independiente perdiendo

tiempo y propiedades al pasar la mezcla de chocolate de un tanque a otro, así también el

calentado de la mezcla es realizado mediante placas o parrillas eléctricas las cuales son

accionadas varias veces al día, ocasionando un gran consumo de energía eléctrica, todos los

aspectos mencionados anteriormente hacen de este proyecto más rentable debido a que el

aislamiento térmico propuesto mantiene la mezcla a una misma temperatura por 10 horas

aproximadamente y no es necesario el pasar la mezcla de un lugar a otro debido a que el

tanque realiza ambas operaciones de forma simultánea.

Este proyecto tuvo como aporte significativo al fusionar varios procesos de forma simultánea

en un mismo tanque, evitando un proceso de calentamiento innecesario y mezclado del

chocolate más tecnificada, sin que esto requiera un sistema de control muy sofisticado, que

haría elevar los costos del tanque.


116

Bibliografía

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Beer, Johnston, DeWolf y Mazurek, Mecánica de Materiales, Mc Graw Hill 5ta edición 2011

Claudio Mataix, Mecánica de fluidos y Máquinas hidráulicas (2nd edición), Madrid España,

1986, Ediciones del Castillo S.A.

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Cengel & Cimbala, Mecánica de Fluidos Fundamentos y Aplicaciones, McGraw Hill, 1era

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2005.

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117

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Lima Perú 2005.

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118

Planos

nexos

INSTITUTOPOLITÉCNICO

NACIONAL TANQUE HOMOGENEIZADOR DE MEZCLA PARACHOCOLATE CON AISLAMIENTO TÉRMICOCAPACIDAD 1000 LTS.

ARREGLO GENERALDETALLE DE BOQUILLAS

mm. 0

Lineales ± 3 mm. (1/8")AC. INOX. 304

UNA PIEZA

García Méndez José ManuelGuzmán Cortes Luis Alberto

Ing. Felipe de Jesús

11 de Septiembre de 2013 1:12

VER NOTAS

PLANO AELEVACIÓN

PLANTA

NOTAS GENERALES DE DISEÑO:

1.- SE PUEDE UTILIZAR CUALQUIERA DE LOS SIGUIENTES PROCESOS DE SOLDADURA SW MA-04, GTAW MA-05, SAW SAU-03..2.- ESTE PLANO DEBERÁ TRABAJARSE EN CONJUNTO CON LA LISTA DE MATERIALES.

0 11/09/13

TABLA DE BOQUILLASMARCA Ø NOM. MATERIAL FUNCIÓN

ABCDEFGHI

AISI 304AISI 304AISI 304AISI 304AISI 304AISI 304AISI 304AISI 304AISI 304

ENTRADA DE FLECHA

A

0°

90°

270°

B

DESCARGA4" CED.40SDN 50

CARGA CHAQUETADRENAJE CHAQUETA

VENTEOALIMENTACIÓN 1ALIMENTACIÓN 2

TERMOMETRO PRODUCTOTERMOMETRO CHAQUETA

J AISI 304 ALIVIO DE PRESIÓN

C

H

I

J

D1/2" CED.40S1/2" CED.40S

1/2" CED.40S1/2" CED.40S1/2" CED.40S

4" CED.40S4" CED.40S

6" CED.40S

H

I

CD

E

E

FG

BOQUILLA "A"

A

TUBO DN 50ESP. PARED MM.1

LA BOQUILLA A DEBERÁSOLDARSE ALA MASA PARA QUEPOSTERIORMENTE SEENSAMBLE LA FLECHA

BOQUILLA "B"

B

TUBO DE 4" CED. 40S1

BOQUILLAS "C" Y "D"

TUBO DE 12" CED. 40S 1

LINEA DE CENTROSDE BOQUILLASØ 790

F G

HI D C

J

J180°


2 CODOS DE 6" CED 40SRADIO CORTO 2

BOQUILLA "E"


TUBO DE 1/2" CED. 40S1

BOQUILLA "I"

BOQUILLAS "G" Y "F"

TAPON ROSCADO 2


TAPÓN CIEGO 2

TAPON ROSCADO 2


BOQUILLA "J"

BOQUILLA "H"TERMOPOZO A PRODUCTO

TERMOPOZO A CHAQUETA

CHAQUETADE HOYUELOS

CUBIERTA DEAISLAMIENTO

LAMINA CAL. 12

AISLAMIENTO DELANA MINERAL

2" ESP.

FONDOTORICÓNICO

TAPATORICÓNICA

CUERPO CILINDRICOLÁMINA CAL. 10

AGITADOR DEPALETAS

TUBULARES

MOTORREDUCTOR MARCADODGE DE 3 HP DE POTENCIA ARMAZÓN

100J4 R.P.M. 310 TORQUE 610 LB/PLG.

4 PATAS DE TUBODE 4" CED. 40

TAPÓN CIEGO

TAPÓN ROSCADOBARRA AC. INOX 304 Ø1 1/2"

ROSCAESTANDAR

DE 3/4"

AGITADORVISTA DE ELEVACIÓN



AGITADOR Y SOPORTE PARA MOTORREDUCTORDETALLES PARA FABRICACIÓN

mm.(plg.) 0


UNA PIEZA




LIMPIEZA MECÁNICA GRAL.

PLANO B

HACER BOCA DEPESCADO A

PRESENTACIÓN

VER DETALLE 1

VER DETALLE 2

VER DETALLE 3

1

23

3

4

7

78

9

10CL

CL

CL

CL

3

11

4

121314

1

4

6

5

BOQUILLA AVER ARREGLOGENERAL

12

15

16

174

DETALLE 1ACOPLAMIENTO

DETALLE 2GUIA SUPERIOR

DETALLE 3GUÍA INFERIOR

18

POSICIÓN 2

19202122 23 24

CL

12 BARRENOSDE Ø 11/16"


1 BARRENODE Ø 180

L.C. BARRENOS Ø 215

POSICIÓN 3

Ø EXT. 152

L.C. BARRENOSØ 121


Ø 80

Ø INT. 41

CL

± 0.0250.000

POSICIÓN 5

PLACA SA-240-304L DE 3/8" ESP. 4´X10´

BARRA REDONDA 304 DE Ø 6"

BARRA REDONDA 304 DE Ø 3"

CL

± 0.0250.000

± 0.0250.000

POSICIÓN 6BARRA REDONDA DE BRONCE Ø 1 1/8"

± 0.0250.000

± 0.0000.025

POSICIÓN 16PLACA SA-240-304L DE 1 1/2" ESP. 4´X10´

POSICIÓN 15PLACA SA-240-304L DE 2 1/2" ESP. 4´X10´

POSICIÓN 17

± 0.0250.000

± 0.0250.000

4 BARRENOSA 45° ROSCADOS PARA TORNILLO

DE 5/8"

4 BARRENOSPASADOS A 45°

CON ROSCA PARA TORNILLO

DE 5/8"

± 0.0250.000

CL

CL

CL

BARRA REDONDA DE BRONCE Ø 3"

± 0.0250.000

± 0.0000.025

±0.0

250.0

00

±0.0

000.0

25

FONDO TORICONICONOTAS GENERALES DE DISEÑO:

1.- SE PUEDE UTILIZAR CUALQUIERA DE LOS SIGUIENTES PROCESOS DE SOLDADURA SW MA-04, GTAW MA-05, SAW SAU-03.2.- LA POSICIÓN 19 SE SOLDARA UNA VEZ INTRODUCIDO EL AGITADOR AL TANQUE.3.- ESTE PLANO DEBERÁ TRABAJARSE EN CONJUNTO CON LA LISTA DE MATERIALES.4.- SOLDADURAS A RAZ LIMPIEZA MECÁNICA GENERAL, SUPERFICIES LIBRES DE GRASA

19 POSICIÓN 19PLACA SA-240-304L DE 1/4" ESP. 4´X10´

FÁBRICAR 4 PIEZAS DESARROLLOPOS. 19

DOBLEZ

DOBLEZ

TUBO AC. INOX TP-304Ø 2 1/2" CED. 40S

CL

TUBO AC. INOX TP-304Ø 1" CED. 40S

BARRA HUECA AC. INOX 304Ø EXT. 40", Ø INT. 20"

FABRICAR 2 PIEZAS

0 11/09/13 NOMBRE

SENTIDO DE ROLADODESARROLLO EXACTO

SUPERFICIE LISA AL INTERIOR

DESARROLLO CUERPOCILINDRICO



CUERPO CILÍNDRICO Y CHAQUETA DE AISLAMIENTODETALLES PARA FABRICACIÓN

mm. 0


UNA PIEZA



11 de Septiermbre de 2013 1:1

SUP. INT. PULIDAS A GRANO 220

PLANO C


1.- SE PUEDE UTILIZAR CUALQUIERA DE LOS SIGUIENTES PROCESOS DE SOLDADURA SW MA-04, GTAW MA-05, SAW SAU-03.2.- TODA LA SOLDADURA SERÁ EN PISO, ANTES DEL ROLADO3.- ESTE PLANO DEBERÁ TRABAJARSE EN CONJUNTO CON LA LISTA DE MATERIALES.4.- PRESIÓN DE TRABAJO 100 PSI MÁXIMO.5.- FLUIDO: AGUA A 90°MAX. ANTES DE PUNTO DE EBULLICIÓN.6.- ACABADO INTERIOR: SOLDADURAS ESMERILADAS A RAS Y SUPERFICIE INTERIOR PULIDA A GRANO 220

0 11/09/13

POSICIÓN 2

1

2

3

POSICIÓN 3

LÁMINA CAL. 18 ESP. (1.21 MM.) ROLLO DE 5´X10´

Ø EXT. 25.4

Ø INT. 12.7

CL

LÁMINA CAL. 18 ESP. (3.17 MM.)

FÁBRICAR UNA PIEZA

FÁBRICAR 1317 PIEZAS.

VER DETALLE 2

VER DETALLE 1

DETALLE 2 PATRÓN DEBARRENADO TÍPICO, LÁMINA

CAL. 18

DETALLE 1 ENSAMBLE

1

2

3

REALIZAR 1317 BARRENOSDE Ø 3/4" CON EL

PATRÓN MOSTRADO

CORTE A-ACHAQUETA DESINFLADA

CORTE A-ACHAQUETA INFLADA

1

2

2

3

3

1

2

3

3

SOLDADURA DECOSTURA

FLUIDO DE LLENADOAGUA A 90°C

ÁREA DE TRANSFERENCIA DECALOR ENTRE NODOS

1854 MM 2

VER DETALLE 3

VER DETALLE 3

DETALLE 3BARRENOS PARA BOQUILLAS

DE CARGA Y DESCARGA

BARRENO DE Ø 32



SOPORTE PARA MOTORREDUCTORDETALLES PARA FABRICACIÓN

mm. 0


UNA PIEZA




VER ARREGLO GENERAL

PLANO D


1.- SE PUEDE UTILIZAR CUALQUIERA DE LOS SIGUIENTES PROCESOS DE SOLDADURA SW MA-04, GTAW MA-05, SAW SAU-03.2.- ESTE PLANO DEBERÁ TRABAJARSE EN CONJUNTO CON LA LISTA DE MATERIALES.3.- CONFORMAR POSICIÓN 5 AL MOMENTO DEL ENSAMBLE HASTA QUE QUEDE AL RAS DE LA TAPA. 0 11/09/13 NOMBRE

ELEVACIÓN

PLANTA

1

2

3

2

3

4

5

4

TAPA TORICÓNICAPLACA DE 3/16"

CL

POSICIÓN 1 DESARROLLO POS. 1

POSICIÓN 2DESARROLLO POS. 1

POSICIÓN 3

DESARROLLO POS. 1

VER DETALLE 1

VER DETALLE 2

DETALLE 1

DETALLE 2

DOBLEZ A 90°

DOBLEZ A 90°

DOBLEZ A 90°

DOBLEZ A 90°

DOBLEZ A 90°

DOBLEZ A 90°

PLACA A.I. 304 DE 1/4" ESP. 4´X10´FABRICAR 4 PIEZAS



R 65

BARRENODE Ø 60

CL

CL

POSICIÓN 4PLACA A.I. 304 DE 3/8" ESP. 4´X10´

FABRICAR 4 PIEZAS

POSICIÓN 5PLACA A.I. 304 DE 3/16" ESP. 4´X10´

FABRICAR 4 PIEZAS

DESARROLLO POS. 5

ÁREA DE ROLADO

VER NOTA 3

SAQUE DE CAJA PARA CANALES DE SOPORTE

CHAFLÁN DE 5X45°

VER NOTA 3

1



PATAS SOPORTEDETALLES PARA FABRICACIÓN

mm. 0


UNA PIEZA




SUP. PULIDAS A GRANO 220

PLANO E

NOTAS GENERALES DE DISEÑO:1.- SE PUEDE UTILIZAR CUALQUIERA DE LOS SIGUIENTES PROCESOS DE SOLDADURA SW MA-04, GTAW MA-05, SAW SAU-03.2.- ESTE PLANO DEBERÁ TRABAJARSE EN CONJUNTO CON LA LISTA DE MATERIALES.

0 11/09/13 NOMBRE

DETALLE DE PATAS SOPORTE

2

1

3

4

POSICIÓN 1FABRICAR 4 PIEZAS EN PLACA DE 3/4" DE ESP. X 4´X10´

4 BARRENOS DEØ 3/4" A 45°EN UN C.B.DE Ø 207

POSICIÓN 2FABRICAR 4 PIEZAS TUBO DE 4" CED. 40 AC. INOX. TP-304

POSICIÓN 3 DESARROLLO POS. 3

ÁREA DE ROLADOCONFORMAR AL MOMENTO DELENSAMBLE HASTA EMPATARA LA SUPERFICIE DEL FONDOTORICÓNICO.

POSICIÓN 4

FABRICAR 4 PIEZAS

FABRICAR 4 PIEZASPLACA DE 1/4" ESP. DE ESP. X 4´X10´

PLACA DE 3/16" ESP. DE ESP. X 4´X10´

35°1/4"

35°1/4"

3/16"

DETALLE DE ORIENTACIÓNDE LAS PATAS SOPORTE

90°

180° 0°

270°



CUBIERTA DE AISLAMIENTODETALLES PARA FABRICACIÓN

mm. 0


UNA PIEZA





PLANO F

NOTAS GENERALES DE DISEÑO:1.- SE PUEDE UTILIZAR CUALQUIERA DE LOS SIGUIENTES PROCESOS DE SOLDADURA SW MA-04, GTAW MA-05, SAW SAU-03.2.- ESTE PLANO DEBERÁ TRABAJARSE EN CONJUNTO CON LA LISTA DE MATERIALES.

0 11/09/13 NOMBRE

CL

CL

CL

CL

SENTIDO DE ROLADODESARROLLO EXACTOROLAR CON LA MEJOR

SUPERFICIE AL EXTERIOR

POSICIÓN 1

DESARROLLO POS.1

POSICIÓN 2

DESARROLLO POS.2

DESARROLLO POS. 3

PLANTILLEO LÁMINA CAL 12 (2.65) ESP. 6´X10´

1 2

3

TAPA SUPERIORCUBIERTA DEAISLAMIENTO

AISLAMIENTO LANAMINERAL ESP. 2"

CUERPO CILÍNDRICOCUBIERTA DEAISLAMIENTO

CUERPO CILÍNDRICOCUBIERTA DE AISLAMIENTO

AISLAMINETOCOLCHA LANA

MINERAL ESP. 2"

INTERIOR DELTANQUE

CUANDO LA CHAQUETA SE INFLE LA COLCHA DELANA MINERAL SE CONTRAERÁ PERMITIENDO EL

INCREMENTO DE VOLUMEN DE LA CHAQUETA

CHAQUETA DEHOYUELOS

AGUA CALIENTE



TAPAS TORICONICASDETALLES PARA FABRICACIÓN

mm. 0


2 PIEZAS





PLANO G

TAPAS TORICÓNICAS

CL

DESARROLLO DE CONO

CL

CONO

PLANTILLEO DE UNA PLACA COMERCIAL DE 4´X 10´ PARA LAFABRICACIÓN DE 2 TAPAS TORICONICAS


1.- SE PUEDE UTILIZAR CUALQUIERA DE LOS SIGUIENTES PROCESOS DE SOLDADURA SW MA-04, GTAW MA-05, SAW SAU-03.2.- ESTE PLANO DEBERÁ TRABAJARSE EN CONJUNTO CON LA LISTA DE MATERIALES.3.- .- SOLDADURAS A RAZ LIMPIEZA MECÁNICA GENERAL, SUPERFICIES LIBRES DE GRASA

0 11/09/13 NOMBRE

FÁBRICAR 2 PIEZAS

CL



REGISTRO HOMBREDETALLES PARA FABRICACIÓN

mm. 0


2 PIEZAS




VER NOTAS

PLANO H

CL


1.- SE PUEDE UTILIZAR CUALQUIERA DE LOS SIGUIENTES PROCESOS DE SOLDADURA SW MA-04, GTAW MA-05, SAW SAU-03.2.- ESTE PLANO DEBERÁ TRABAJARSE EN CONJUNTO CON LA LISTA DE MATERIALES.3.- .- SOLDADURAS A RAZ LIMPIEZA MECÁNICA GENERAL, SUPERFICIES LIBRES DE GRASA

0 11/09/13

PLANTA

ELEVACIÓN

12

31

4

5

6

7

8

POSICIÓN 1PLACA DE 1/4" ESP. 4´X 10´FÁBRICAR 2 PIEZAS

FÁBRICAR 1 PIEZA EN PLACA DE NEOPRENO DE 1/8" DE ESP.

PLACA DE 1/4" ESP. 4´X 10´FÁBRICAR 1 PIEZA

DESARROLLO POS. 4

1 BARR. PASADO DE Ø 41

Ø 70

PLACA DE 1/4" ESP. 4´X 10´FÁBRICAR 2 PIEZAS

BARRA HUECA DE Ø EXT 40 Y Ø INT. 20FÁBRICAR 1 PIEZA

TUBO DE Ø1 1/2" CED. 40

PLACA DE 3/16" DE Ø 37

SEGUROANTIAPERTURA

9TOPE BARRA DE Ø 1/4" X 16

3/ 16"

1/ 8"

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Anexo 1

Anexo 2

Anexo 3

Anexo 4

Anexo 5

Anexo 6

Anexo 7

Anexo 8

Anexo 9

Anexo 10

Anexo 12

Anexo 13

Anexo 14

Anexo 15

Anexo 16

Anexo 17

Anexo 18

Anexo 19

Anexo 20

Anexo 21

Anexo 22

Anexo 23

Anexo 24

Anexo 25

Anexo 26

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