i

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

CARRERA EN DISEÑO INDUSTRIAL

DISEÑO DE SISTEMA MECANICO “VAIVEN” EN MAQUINA LAMINADORA DE PLACAS DE FIBROCEMENTO (MAQUINA

HATSHECK) EN UNA FABRICA DE PLACAS DE FIBROCEMENTO

TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN DISEÑO INDUSTRIAL

Autor:

Marco Santiago Chiluisa Candelejo

Tutor:

Ing. Diego Fernando Albuja Sánchez

QUITO-ECUADOR

2015

ii

DEDICATORIA

Dedico este trabajo de tesis a las personas más importantes en mi vida mis

padres Marco Chiluisa y Lilia Candelejo, por el gran esfuerzo que significó

brindarme su comprensión y apoyo para cumplir con mi meta y por enseñarme

con el ejemplo a vencer los problemas, los quiero mucho. A mi hermana

Gabriela por su ayuda y las palabras de aliento para seguir adelante en este

largo camino.

iii

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por darme la fuerza para cumplir mis objetivos y

especialmente a mis queridos padres por ser los principales gestores de este

logro, a mis profesores que impartieron todos sus conocimientos para llegar

ser un buen profesional, a la gloriosa Universidad Central del Ecuador por

abrirme sus puertas y permitirme obtener esta profesión, en general

agradezco a mi familia y amigos por apoyarme a lo largo de mi carrera.

iv

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL

Yo, Marco Santiago Chiluisa Candelejo, en calidad de autor del trabajo de

investigación o tesis realizada sobre “DISEÑO DE SISTEMA MECANICO

“VAIVEN” EN MAQUINA LAMINADORA DE PLACAS DE FIBROCEMENTO (MAQUINA HATSHECK) EN UNA FABRICA DE PLACAS DE

FIBROCEMENTO”, por la presente autorizo a la Universidad Central del

Ecuador, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de

los que contienen esta obra, con fines estrictamente académicos o de

investigación.

Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido

en los artículos 5, 6,8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad

Intelectual y su Reglamento.

Quito, 15 de julio de 2015

MARCO SANTIAGO CHILUISA CANDELEJO

FIRMA

C.C. 171818332-8

v

CERTIFICACIÓN

En calidad de Tutor del Proyecto de Investigación : DISEÑO DE SISTEMA

MECANICO “VAIVEN” EN MAQUINA LAMINADORA DE PLACAS DE

FIBROCEMENTO (MAQUINA HATSHECK) EN UNA FABRICA DE PLACAS

DE FIBROCEMENTO, presentado y desarrollado por el señor: Marco Santigo

Chiluisa Candelejo previo a la obtención del Título de Ingeniero en Diseño

Industrial, considero que el proyecto reúne los requisitos necesarios .

Además certifico que la investigación desarrollada, fue pasada por el sistema

anti plagio URKUND.

En la ciudad de Quito a los 15 días del mes de Julio del año 2015

vi

vii

viii

CONTENIDO DEDICATORIA ............................................................................................................................ii

AGRADECIMIENTO ................................................................................................................... iii

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL ........................................................................ iv

CERTIFICACIÓN .......................................................................................................................... v

CONTENIDO............................................................................................................................ viii

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................... xii

LISTA DE TABLAS .................................................................................................................... xiv

LISTA DE GRÁFICOS ................................................................................................................ xvi

LISTA DE ANEXOS .................................................................................................................. xvii

RESUMEN ............................................................................................................................. xviii

ABSTRACT ............................................................................................................................... xix

CERTIFICADO DE TRADUCCIÓN DE RESUMEN……...................................................................xx

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 1

Planteamiento del problema ................................................................................................... 1

Formulación de Problema ........................................................................................................ 3

Interrogantes de la Investigación............................................................................................. 3

Objetivos de la Investigación ................................................................................................... 3

Objetivo General .................................................................................................................. 3

Objetivos Específicos ........................................................................................................... 3

Justificación del trabajo de tesis .............................................................................................. 3

Hipótesis .................................................................................................................................. 4

CAPÍTULO I ............................................................................................................................... 5

1. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................. 5

1.1. Descripción de Etapas en el conformado de placas de fibrocemento .................... 5

1.2. Preparación .............................................................................................................. 7

1.2.1. Molino De Celulosa .......................................................................................... 7

1.2.2. Molino de Crisotilo ........................................................................................... 8

1.2.3. Disolutor ........................................................................................................... 9

1.2.4. Moli o de Pla as o ‘“M ............................................................................... 9

1.2.5. Silos de Cemento.............................................................................................. 9

1.3. Laminadora ............................................................................................................ 10

1.3.1. Ma ui a Hats he k .................................................................................... 10

1.3.2. ‘odillo fo ado de Lá i a o ‘ODO ......................................................... 13

ix

1.4. Ondulador .............................................................................................................. 14

1.5. Cámaras de Fraguado ............................................................................................ 15

1.6. Desmoldeadora ...................................................................................................... 15

CAPÍTULO II ............................................................................................................................ 17

2. DISEÑO DEL SISTEMA MECÁNICO "VAIVEN" ................................................................. 17

2.1. Des ip ió de la a ui a La i ado a Hats he k ............................................ 17

2.2. Ele e tos ue o po e a la a ui a Hats he k ........................................... 20

2.2.1. Fieltro ............................................................................................................. 20

2.2.2. Rodillo Exprimidor .......................................................................................... 20

2.2.3. Cajas de Secado (Cajas de Vacío) ................................................................... 21

2.2.4. Tamiz Pescador .............................................................................................. 22

2.2.5. Cuba o Barco .................................................................................................. 23

2.2.6. Batidor y Orientador ...................................................................................... 24

2.2.7. Regadera Tamiz .............................................................................................. 24

2.3. Di e sio es Medidas Ma ui a Hats he h ..................................................... 26

2.4. Requerimientos del Sistema .................................................................................. 28

2.4.1. Análisis de los Requerimientos del Sistema ................................................... 28

2.4.2. Establecimiento de los objetivos del Diseño ................................................. 28

2.4.3. Limitaciones del Diseño ................................................................................. 29

2.4.4. Análisis Funcional ........................................................................................... 29

2.4.4.1. Listado de Funciones .............................................................................. 29

2.4.4.2. Descomposición de la función principal en sub-funciones .................... 29

2.4.4.3. Caja transparente funcional mostrando las Interrelaciones EMS entre

las sub-funciones. ...................................................................................................... 30

2.4.5. Selección de Concepto ................................................................................... 30

2.4.5.1. Formulación de alternativas del sistema a diseñar................................ 30

2.4.5.2. Selección de la alternativa a desarrollar en base a un conjunto de

criterios de evaluación. .............................................................................................. 31

2.4.5.2.1. Método corregido de criterios ponderados. .................................. 31

2.4.5.2.1.1. Transmitir la Energía ........................................................ 32

2.4.5.2.1.2. “ujeta tu e ías ‘egade as ........................................... 34

2.4.5.2.1.3. Accionar Sistema .............................................................. 36

2.4.5.2.2. Resultados de Selección .................................................................. 38

2.5. Selección y Diseño del Mecanismo ........................................................................ 38

2.6. Síntesis Cinemática ................................................................................................ 40

x

2.6.1. Síntesis de Tipo .............................................................................................. 40

2.6.1.1. Eslabones ............................................................................................... 40

2.6.1.1.1. Chumacera de Pie ........................................................................... 40

2.6.1.1.2. Palanca ............................................................................................ 41

2.6.1.1.3. Brazos .............................................................................................. 41

2.6.1.2. Pares Cinemáticos .................................................................................. 42

2.6.1.2.1. Eje (Barra Perforada) ...................................................................... 42

2.6.1.2.2. Pernos de ajuste ............................................................................. 43

2.6.1.3. Diagramas de Cuerpo libre ..................................................................... 43

2.7. Síntesis Dimensional .............................................................................................. 44

2.7.1. Transmitir Energía: Diseño del Sistema Neumático ....................................... 44

2.7.1.1. Circuito Neumático del Sistema ............................................................. 45

2.7.1.2. Diagrama del Circuito Neumático del Sistema ...................................... 46

2.7.1.3. Análisis de Selección de Cilindro Neumático ......................................... 46

2.7.1.3.1. Selección del diámetro más adecuado para el Cilindro Neumático 47

2.7.2. “ujeta tu e ías ‘egade as : Diseño de A azade as-brazo ....................... 49

2.7.2.1. Diseño de A azade as pa a ‘egade as ............................................. 49

2.7.2.2. Diseño de B azos pa a ‘egade as ...................................................... 50

2.7.2.2.1. Criterio de fallo Elástico (Tensión de Von Mises) ........................... 51

2.7.2.2.2. Modela ió si ula ió del Diseño de B azos pa a ‘egade as 51

2.7.3. Accionar Sistema: Diseño de Palanca-Eje ...................................................... 54

2.7.3.1. Ley de Palanca ........................................................................................ 54

2.7.3.2. Modelación y simulación del Diseño de la Palanca-Eje ......................... 55

2.7.4. Soportes del Sistema: Diseño de Soportes .................................................... 58

2.7.4.1. Modelación y simulación de Soporte para la Primera Etapa ................. 58

2.7.4.2. Modelación y simulación de Soporte para la Segunda Etapa ................ 61

2.7.5. Selección de Rodamientos-Chumacera ......................................................... 62

2.7.5.1. Selección de tipo de Rodamiento .......................................................... 62

2.7.5.2. Selección del tamaño del Rodamiento .................................................. 63

2.7.5.2.1. Análisis de cargas a las que está sometida la primera etapa del

sistema. 63

2.7.5.2.2. Análisis de cargas a las que está sometida la segunda etapa del

sistema. 64

2.7.5.2.3. Calculo de las cargas estáticas ........................................................ 66

2.7.5.2.4. Calculo de carga estática necesaria (Co) ......................................... 67

xi

2.8. E sa le del “iste a Me á i o Vaive .............................................................. 69

2.8.1. E sa le de las A azade as pa a ‘egade as ........................................... 70

2.8.2. E sa le de B azos pa a ‘egade as .......................................................... 71

2.8.3. Ensamble Palanca-Eje .................................................................................... 72

2.8.4. Ensamble de Soportes del Sistema ................................................................ 73

2.8.5. E sa le P i e a Etapa del “iste a Me á i o Vaive .............................. 74

2.8.6. E sa le “egu da Etapa del “iste a Me á i o Vaive ............................. 75

2.9. Ma te i ie to del “iste a Me á i o Vaive .................................................... 76

2.9.1. A laje E sa le del “iste a Me á i o Vaive ...................................... 76

2.9.2. Indicaciones Básicas para el montaje de los cilindros neumáticos del sistema

e á i o Vaive ......................................................................................................... 77

CAPÍTULO III ........................................................................................................................... 79

3. ANÁLISIS FINANCIERO .................................................................................................... 79

3.1. Generalidades ........................................................................................................ 79

3.2. Costos Directos ...................................................................................................... 79

3.2.1. Costos de Materiales ...................................................................................... 79

3.2.2. Costos por Mano de Obra .............................................................................. 81

3.3. Costos Indirectos .................................................................................................... 82

3.4. Costos Totales (Inversión) ...................................................................................... 82

3.5. “alva e to del “iste a Me á i o Vaive ......................................................... 83

3.6. Dep e ia ió del “iste a Me á i o Vaive ....................................................... 83

3.7. Unidades Defectuosas de Placas de Fibrocemento ............................................... 84

3.7.1. Unidades defectuosas en los meses de Enero a Marzo ................................. 85

3.7.2. Unidades defectuosas en los meses de Julio a Septiembre ........................... 87

3.7.3. Análisis de las Unidades Defectuosas ............................................................ 89

3.8. Análisis Costo-Ingreso ............................................................................................ 90

CAPÍTULO IV ........................................................................................................................... 92

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................................... 92

4.1. Conclusiones .......................................................................................................... 92

4.2. Recomendaciones .................................................................................................. 93

Bibliografía ............................................................................................................................. 95

ANEXOS .................................................................................................................................. 96

xii

LISTA DE FIGURAS Figura 1-1 Molino de Celulosa ................................................................................................. 7

Figura 1-2 Molino de Crisotilo .................................................................................................. 8

Figura 1-3 Fibra de Crisotilo ..................................................................................................... 8

Figura 1-4 Silos de almacenamiento de Cemento ................................................................. 10

Figura 1- Vista Ma ui a Ma ui a Hats he k ................................................................... 11

Figura 1- Modelo e D de u ‘odillo o ‘odo .................................................................. 13

Figura 1-7 Rodillo Formador .................................................................................................. 13

Figura 1-8 Modelo Ondulador automatizado ........................................................................ 14

Figura 1-9 Modelo Ondulador manual................................................................................... 15

Figura 1-10 Cámara semi-cerrada de Fraguado ..................................................................... 15

Figura 1-11 Desmoldeadora ................................................................................................... 16

Figura 2- Ma ui a Hats he k odelo e D.................................................................... 17

Figura 2- Modelo de Ma ui a Hats he h ........................................................................ 18

Figura 2-3 Modelo de Rodillo Exprimidor .............................................................................. 21

Figura 2-4 Cajas de Secado (Cajas de vacío) .......................................................................... 21

Figura 2-5 Cajas de Secado (Cajas de vacío) en 3D ................................................................ 22

Figura 2-6 Tamiz Pescador en 3D ........................................................................................... 22

Figura 2-7 CUBAS en 3D ......................................................................................................... 23

Figura 2-8 Batidor 3-D ............................................................................................................ 24

Figura 2-9 Orientador 3-D ...................................................................................................... 24

Figura 2-10 Tubería Regadera ................................................................................................ 25

Figura 2-11 Par de tornillo o Helicoidal.................................................................................. 38

Figura 2-12 Pistón de motor .................................................................................................. 39

Figura 2-13 Cadena de Transmisión ....................................................................................... 39

Figura 2-14 Chumacera de Pie ............................................................................................... 40

Figura 2-15 Palanca (Eslabón simple con dos puntos de interés) .......................................... 41

Figura 2-16 Palanca (Eslabón simple) .................................................................................... 42

Figura 2-17 Eje (Eslabón simple) ............................................................................................ 42

Figura 2-18 Pernos ................................................................................................................. 43

Figura 2-19 Cilindro Neumático de doble efecto (partes que lo componen) ........................ 47

Figura 2-20 Modelo de Abrazadera para tubos ..................................................................... 49

Figura 2- A azade as pa a tu os ‘egade a odelo D ................................................ 50

Figura 2- Modelo de B azo pa a ‘egade as ................................................................... 52

Figura 2- Te sió e los B azos pa a ‘egade as ............................................................ 52

Figura 2-24 Ley de Palanca..................................................................................................... 55

Figura 2-25 Modelo de la Palanca .......................................................................................... 55

Figura 2-26 Tensión en la Palanca .......................................................................................... 56

Figura 2-27 Modelo de Soporte ............................................................................................. 58

Figura 2-28 Tensión en Soporte para la primera etapa ......................................................... 59

Figura 2-29 Tensión en Soporte para la segunda etapa ........................................................ 61

Figura 2-30 Rodamiento Rígido de bolas ............................................................................... 62

Figura 2-31 Ensamble de las Abrazaderas para Regaderas ................................................... 70

Figura 2-32 Ensamble de las Brazos para Regaderas ............................................................. 71

Figura 2-33 Ensamble de Palanca-Eje para Regaderas .......................................................... 72

xiii

Figura 2-34 Ensamble de Soporte .......................................................................................... 73

Figura 2-35 Ensamble Primera Etapa del Sistema ................................................................. 74

Figura 2-36 Ensamble Segunda Etapa del Sistema ................................................................ 75

xiv

LISTA DE TABLAS Tabla 1 Propiedades de Fieltro SAE F1 .................................................................................. 20

Tabla 2 Análisis de requerimientos del Sistema .................................................................... 28

Tabla 3 Evaluación del peso específico de cada Criterio ....................................................... 32

Ta la Co pa a ió T a s iti la E e gía e Dese peño .............................................. 32

Ta la Co pa a ió T a s iti la E e gía e “egu idad .................................................. 32

Ta la Co pa a ió T a s iti la E e gía e Co fia ilidad............................................. 33

Ta la Co pa a ió T a s iti la E e gía e Co su o de E e gía ................................. 33

Ta la Co pa a ió T a s iti la E e gía e Costos de Co st u ió ............................ 33

Ta la Co pa a ió T a s iti la E e gía e ‘e i la ilidad ............................................ 33

Tabla 10 Conclusiones de sele ió de solu io es e T a s iti la E e gía ..................... 34

Ta la Co pa a ió “ujeta tu e ías ‘egade as e Dese peño .................................. 34

Ta la Co pa a ió “ujeta tu e ías ‘egade as e “egu idad ...................................... 34

Ta la Co pa a ió “ujeta tu e ías ‘egade as e Co fia ilidad ................................ 35

Ta la Co pa a ió “ujeta tu e ías ‘egade as e Co su o de e e gía .................... 35

Tabla 15 Compara ió “ujeta tu e ías ‘egade as e Costos de Co st u ió ................ 35

Ta la Co pa a ió “ujeta tu e ías ‘egade as e ‘e i la ilidad ................................ 35

Ta la Co lusio es de sele ió de solu io es e “ujeta tu e ías ‘egade as ........... 36

Ta la Co pa a ió A io a “iste a e Dese peño .................................................. 36

Ta la Co pa a ió A io a “iste a e “egu idad ..................................................... 36

Ta la Co pa a ió A io a “iste a e Confiabilidad ................................................ 37

Ta la Co pa a ió A io a “iste a e Co su o de E e gía .................................. 37

Ta la Co pa a ió A io a “iste a e Costos de o st u ió .............................. 37

Ta la Co pa a ió A io a “iste a e ‘e i la ilidad ............................................. 37

Tabla 24 Conclusiones de sele ió de solu io es e A io a “iste a ........................... 38

Tabla 25 Listado de elementos que componen al Circuito del Sistema Neumático .............. 45

Tabla 26 Función de las electroválvula usadas para el circuito neumático ........................... 45

Tabla 27 Tabla de Calculo Fuerza Teórica del Cilindro neumático ........................................ 48

Tabla 28 Tabla Fuerza-Diámetro Cilindro Neumático ............................................................ 48

Tabla 29 Características del material para las abrazaderas ................................................... 50

Ta la ‘esultados de “i ula ió de a gas al odelo de azo pa a ‘egade a ............ 53

Tabla 31 Características del material para los Brazos ............................................................ 53

Ta la P opiedades Físi as del B azo pa a ‘egade as .................................................... 53

Tabla 33 Resultados de Simulación de cargas al modelo de Palanca .................................... 56

Tabla 34 Características del material para la Palanca ............................................................ 57

Tabla 35 Propiedades Físicas de la Palanca ........................................................................... 57

Tabla 36 Resultados de Simulación de cargas al modelo de Soporte de la primera etapa ... 59

Tabla 37 Características del material para el Soporte ........................................................... 60

Tabla 38 Propiedades Físicas del Soporte .............................................................................. 60

Tabla 39 Resultados de Simulación de cargas al modelo de Soporte de la segunda etapa .. 61

Tabla 40 Restricciones para la Carga estática equivalente .................................................... 67

Tabla 41 Valores orientativos para el factor de seguridad estático So ................................. 68

Tabla 42 Tabla de dimensiones y medidas de rodamientos Rígidos de bolas ....................... 69

Tabla 43 Elementos que conforman a la Abrazadera de las Regaderas al ensamblarse ....... 70

Tabla 44 Elementos que conforman al Brazo de las Regaderas al ensamblarse ................... 72

xv

Tabla 45 Elementos que conforman a la Palanca-Eje para Regaderas al ensamblarse ......... 73

Tabla 46 Elementos que conforman al Soporte al ensamblarse ........................................... 74

Tabla 47 Elementos que conforman a la Primera Etapa del Sistema .................................... 75

Tabla 48 Elementos que conforman a la Segunda Etapa del Sistema ................................... 76

Tabla 49 Costos de Materiales y accesorios ......................................................................... 80

Tabla 50 Costos por Mano de Obra ....................................................................................... 82

Tabla 51 Valor total por Costos Directos ............................................................................... 82

Tabla 52 Valor total por Costos Indirectos............................................................................. 82

Tabla 53 Valor del Costo Total ............................................................................................... 83

Tabla 54 Depreciación anual del Sistema Mecánico Vaiven .................................................. 84

Tabla 55 Defectos presentes en el mes de Enero .................................................................. 85

Tabla 56 Defectos presentes en el mes de Febrero ............................................................... 86

Tabla 57 Defectos presentes en el mes de Marzo ................................................................. 87

Tabla 58 Defectos presentes en el mes de Julio .................................................................... 88

Tabla 59 Defectos presentes en el mes de Agosto ................................................................ 88

Tabla 60 Defectos presentes en el mes de Septiembre......................................................... 89

Tabla 61 Características Placa Ondulada P7 .......................................................................... 90

xvi

LISTA DE GRÁFICOS Grafico 0-1 Proceso de Producción de placas de fibrocemento. ............................................. 1

Grafico 0-1 Diagrama Pareto de Defectos en Placas de Fibrocemento ................................... 2

Grafico 1-1 Etapas de conformado de placas de fibrocemento. ............................................. 5

Grafico 1-2 Esquema de la línea de conformado de placas de fibrocemento. ........................ 6

Grafico 1- Es ue a de la Ma ui a Hats ke k do de se i di a sus pa tes. ................... 12

Grafico 2- Ma ui a Hats ke k e D do de se i di a sus pa tes. ................................. 19

Grafico 2-2 Esquema de cuba o barco donde se muestra los elementos que forman parte de

ella .......................................................................................................................................... 23

Grafico 2-3 Esquema Regadera Tamiz- Pescador. ................................................................. 25

Grafico 2-4 Medidas e ge e al La i ado a Hats he h .................................................... 26

Grafico 2-5 Medidas Barco o Cuba ........................................................................................ 27

Grafico 2- Es ue a Fu io al del “iste a Vaivé . .......................................................... 29

Grafico 2-7 Esquema de Caja Transparente funcional ........................................................... 30

Grafico 2-8 Diagrama cuerpo libre (Primera etapa) ............................................................. 43

Grafico 2-9 Diagrama cuerpo libre (Segunda etapa) ............................................................. 44

Grafico 2-10 Diagrama del Circuito Neumático del Sistema ................................................. 46

Grafico 2-11 Diagrama de cuerpo libre tubo regadera .......................................................... 47

Grafico 2-12 Diagrama de cargas a las que está sometida la tubería de la primera etapa ... 63

Grafico 2-13 Diagrama de cortante de la tubería de la primera etapa ................................. 64

Grafico 2-14 Diagrama de cargas a las que está sometida la tubería de la segunda etapa .. 65

Grafico 2-15 Diagrama de cortante de la tubería de la segunda etapa ................................. 66

xvii

LISTA DE ANEXOS Anexo 1 Tabla Fuerza y Energía de Impacto en cilindros de doble efecto ............................ 96

A e o Di e sio es de tu os uad ados atalogo Nova e o ......................................... 96

A e o Ba a pe fo ada Me a plus atalogo IVAN BOHMAN ........................................... 97

Anexo 4 Especificaciones Generales de Pla has de a e o La i adas al alie te Catalogo DIPAC .................................................................................................................................... 98

A e o Tu e ías si ostu a ed Catalogo DIPAC ........................................................ 99

Anexo 6 Costos de Materiales Lista A .................................................................................. 100

Anexo 7 Costos de Materiales Lista B .................................................................................. 100

Anexo 8 Costo de Materiales Lista C .................................................................................... 101

Anexo 9 Costo de Materiales Lista D ................................................................................... 102

Anexo 10 Costo de Pistones de Doble efecto ...................................................................... 102

Anexo 11 Planos de Construcción del “iste a Me á i o VAIVEN …………………………………

Anexo 12 Diagrama del “iste a Neu áti o………………………………….…………………………………

xviii

RESUMEN

DISEÑO DE SISTEMA MECANICO “VAIVEN” EN MAQUINA LAMINADORA DE PLACAS DE FIBROCEMENTO (MAQUINA HATSHECK) EN UNA FABRICA DE

PLACAS DE FIBROCEMENTO

Trabajo de Investigación sobre Diseño Industrial, específicamente diseño de

un sistema aplicando teoría de mecanismos y elementos neumáticos. El

objetivo es diseñar un modelo que se acople a las necesidades especificadas

en los objetivos de diseño partiendo de un análisis de selección de conceptos

para luego establecer el modelo en 3D del sistema a diseñar, y establecer un

análisis financiero. La hipótesis plantea que el diseñar el sistema “VAIVEN”

permitirá reducir la cantidad de placas de fibrocemento defectuosas. El

fundamento teórico, se basa en conceptos de mecanismos y elementos

neumáticos. La conclusión general explica que el diseño del sistema permite

reducir el defecto que se presenta en el proceso de laminado de placas de

fibrocemento. Con las recomendaciones se brinda lineamientos para el buen

funcionamiento del sistema, y un registro a los defectos que se generan.

DESCRIPTORES:

DISEÑO INDUSTRIAL/ SISTEMA MECANICO “VAIVEN”/FABRICA DE

PLACAS DE FIBROCEMENTO/MAQUINA HATSHECK/LAMINADORA DE

PLACAS DE FIBROCEMENTO

xix

ABSTRACT

DESING OF MECHANICAL “VAIVEN” SYSTEM INTO LAMINATING MACHINE OF FIBRE CEMENT SHEET (HATSHECK MACHINE) AT FIBRE CEMENT SHEET’S

FACTORY

Research of Industrial Design is about a design of a system that applies theory

of mechanism and pneumatic elements. The objective is designing a model

that adapts to the requirements specified in the design objectives, based on

an analysis concept selection and then set the 3D model of the system and

establishes a financial analysis.

The hypothesis is that the design of the "Vaiven" system will reduce the total

amount of defective fibre cement sheets. The theoretical l fundament is based

on mechanism concepts and pneumatic elements.

The final conclusion explains that the design system allows reducing the defect

which occurs in the process of fibre cement sheets’ laminating.

The recommendation gives guidelines for the proper functioning of the system

and makes a record of defects that it generates.

KEY WORDS:

INDUSTRIAL DESIGN / MECHANICAL SYSTEM " VAIVEN "/FACTORY FIBER CEMENT SHEETS/ MACHINE HATSHECK/ FIBER CEMENT MILL

xx

xxi

1

INTRODUCCIÓN Para representar de forma más descriptiva el proceso de producción de placas

de fibrocemento se presentara el siguiente flujo grama:

Grafico 0-1 Proceso de Producción de placas de fibrocemento.

En el desarrollo de fabricación de placas de fibrocemento están presentes los

procesos ya mencionados, entre una de ellas el más crítico, el proceso de

generación de placas de fibrocemento (laminado) haciendo necesario la

implementación de un sistema mecánico que se encargue de reducir la

presencia de defectos en las placas de fibrocemento.

Planteamiento del problema

La inexistencia de la implementación de un mecanismo que se encargue de

reducir los defectos que se generan en el proceso de generación de placas

(laminado), de fibrocemento hacen que el número de material defectuoso, sea

mayor e implicando mayores costos en la producción de las mismas, debido

a que se logra obtener menos producto aceptable haciendo necesario que se

2

tenga que producir más para compensar dicha cantidad de material

defectuoso.

No se aprovecha el espacio para la implementación, de mejoras en el proceso

de laminado.

A partir de lo cual se ha logrado elaborar, un diagrama de Pareto logrando

identificar cuáles son los defectos presentes en las placas de fibrocemento.

Grafico 0-1 Diagrama Pareto de Defectos en Placas de Fibrocemento

DEFECTO UN. F.R. F.A.DESGARRADA 2490 36,71% 36,71%*PEGADA AL MOLDE 605 8,92% 45,64%BORDE DEFECTUOSO 579 8,54% 54,17%DESPUNTADA 544 8,02% 62,19%GRUMO 453 6,68% 68,87%DESCUADRADA MAL MOLDEADA 357 5,26% 74,14%CORTE DEFECTUOSOS 355 5,23% 79,37%FISURA LONGITUDINAL PARCIAL 278 4,10% 83,47%FISURA TRANSVERSAL 220 3,24% 86,71%ROTA EN DESMOLDEO 160 2,36% 89,07%GRIETA MICROFISURADA 144 2,12% 91,20%ADHERNCIA O INCRUSTADA 121 1,78% 92,98%FISURA LONGITUDINAL TOTAL 89 1,31% 94,29%PUNTA DOBLADA 78 1,15% 95,44%BAJO ESPESOR 75 1,11% 96,55%ACARTONADA(MUY LIVIANA) 66 0,97% 97,52%PEGADA( DOS PLACAS) 38 0,56% 98,08%PUNTA SALIDA 30 0,44% 98,53%ROTA EN MANIPULACION 23 0,34% 98,86%SEPARACION DE CAPAS 21 0,31% 99,17%MANCHADA 18 0,27% 99,44%FLECTADA PANDEO 17 0,25% 99,69%DESPUNTE AL DESMOOLDAR 8 0,12% 99,81%MAL ALMACENADO 5 0,07% 99,88%PERFORADA 5 0,07% 99,96%DESPUNTE AL SELECCIONAR 3 0,04% 100%

6782

3

Formulación de Problema ¿El diseño del sistema “VAIVEN”, en el proceso de fabricación de placas de

fibrocemento (laminado) reduce los defectos de rotura longitudinal parcial en

las placas de fibrocemento?

Interrogantes de la Investigación

Dentro de la investigación se desea contestar las siguientes interrogantes:

1. ¿Permitirá el diseño del sistema VAIVEN un óptimo funcionamiento en

el proceso de fabricación de placas de fibrocemento (laminado)?

2. ¿Qué materiales serán los adecuados para la fabricación del sistema

VAIVEN?

Objetivos de la Investigación

Objetivo General

Realizar el diseño del sistema “VAIVEN” para reducir los defectos presentes

en el proceso de formación de placas de fibrocemento (laminado).

Objetivos Específicos

1. Determinar la cantidad de los defectos que se generan antes de

implementar el sistema y después de su implementación al proceso.

2. Diseñar el sistema “VAIVEN”.

3. Estudiar la factibilidad económica del sistema “VAIVEN”.

Justificación del trabajo de tesis

Mediante el estudio de la presente investigación, se obtendrá un sistema que

ayude a reducir los defectos, presentes en las placas de fibrocemento que

ayudara a reducir el material defectuoso y permitirá mejorar la calidad del

producto.

En el proceso de generación de placas de fibrocemento (laminado) el diseño

del sistema ayudaría a la disminución de acumulación de pasta en los rodillos

4

formadores (Pescadores) permitiendo así una mejor adherencia de la pasta

en los fieltros formadores de placas de fibrocemento.

Hipótesis

El diseñar el sistema “VAIVEN” permitirá reducir la cantidad de placas de

fibrocementos, defectuosas que presentan las fallas de fisura longitudinal

parcial.

5

CAPÍTULO I

1. MARCO TEÓRICO

1.1. Descripción de Etapas en el conformado de placas de fibrocemento

De tal manera que para el respectivo entendimiento, se mostrara un diagrama

de flujo que indica las etapas que en términos generales son las que

componen a la línea de producción y que se las ira describiendo a cada una.

Materia Prima

Agua

Celulosa

Crisotilo

Cemento

Preparación

Formación de Pasta y Laminadora

Ondulacion

Cámaras de Fraguado

Desmoldeadoras

Laminas de fibrocemento terminadas para su posterior acabo y distintas presentaciones.

Grafico 1-1 Etapas de conformado de placas de fibrocemento.

6

Grafico 1-2 Esquema de la línea de conformado de placas de fibrocemento.

7

1.2. Preparación

La etapa de preparación se la considera la más importante debido a que en

ella se realiza la composición y mezcla de cada uno de las materias primas.

Esta etapa cuenta con distintos elementos lo cuales preparan a cada uno de

las materias primas como son:

Molino de celulosa

Molino de crisotilo

Disolutor

Molino de placas (“RSM”)

Silos de Cemento

1.2.1. Molino De Celulosa

La celulosa es uno de las materias primas, de las placas de fibrocemento y es

aquella que proporciona la propiedad de flexibilidad a las placas.

De tal modo que la celulosa a usar es cartón, la misma que se la coloca en un

molino que se encarga de desmenuzarla para lo cual se requiere agregar agua

en cantidad dosificada dependiendo del peso del cartón.

Figura 1-1 Molino de Celulosa

8

1.2.2. Molino de Crisotilo

La fibra a usar llega en bloques comprimidos para poderla procesar es

necesario desmenuzarla ,de tal manera que son introducidos en molinos de

bolas que junto con una pequeña cantidad de agua procede a desmenuzar la

fibra.

Figura 1-2 Molino de Crisotilo

El crisotilo o también denominada como asbesto blanco, aparece como fibras

rizadas blanquecinas.

Figura 1-3 Fibra de Crisotilo

9

El crisotilo es extraído en mayores cantidades en Canadá, África y la ex unión

Soviética.

1.2.3. Disolutor

Este subproceso se encarga básicamente de reutilizar los retazos sobrantes

de las láminas de fibrocemento que se fabrican haciendo que el nivel de

desperdicio sea el más mínimo y así permite la disminución de costos en la

fabricación de las láminas de fibrocemento.

El subproceso consiste en un molino disolutor en donde llegan todos los

retazos que junto con una determinada cantidad de agua , y el movimiento de

unas aspas en su interior cumplen la función de una batidora moliendo todo

el contenido en su interior formando así una pasta que es reutilizada en el

proceso .

1.2.4. Molino de Placas o “RSM”

El molino “RSM” es otro subproceso que se encarga de moler aquellas placas

que no han cumplido con las normas de calidad de producto terminado.

Este molino cuenta con un sistema de martillos, producto de la molienda

genera un polvo este a partir de un sistema de ventilación es transportado a

unos silos de almacenamiento que luego será introducido en la preparación

de la mezcla.

1.2.5. Silos de Cemento

El cemento matera prima necesaria para la fabricación de placas de

fibrocemento se encuentran almacenadas en silos que se transportan por

medio de tornillos sin fin también denominados “Gusanos”.

10

Figura 1-4 Silos de almacenamiento de Cemento

1.3. Laminadora

Como su nombre lo indica esta etapa es la encargada de transformar la pasta

en láminas de fibrocemento, y en el cual podemos calibrar y determinar el

espesor de la lámina para obtener un producto de buena calidad según las

especificaciones del producto final.

Toda la mezcla será dirigida hacia la maquina “Hatscheck” la cual se

encargara de formar las láminas de fibrocemento.

1.3.1. Maquina “Hatscheck”

Esta máquina es la encargada de generar la lámina a partir de la mezcla se

encuentra conformada, por varias divisiones en esta investigación se centrara

el estudio en este sistema haciendo el caso de 5 divisiones cada una de ellas

está compuesta de 2 batidores, 1 orientador ,1 surtidor ,1 pescador ,1 caja de

vacío.

11

Figura 1-5 Vista Maquina “Maquina Hatscheck”

En la figura 1.5 se muestra una vista de la maquina en donde se identifica lo

elementos que la componen como es el caso del fieltro en donde se adhiere

la pasta ,la ubicación de las cubas ,el canal de pasta que dirige la pasta a cada

divicion de la maquina y el rodo formador de las laminas.

En el grafico 1-3 se presenta un esquema indicando ,cada uno de los elemntos

que conforman a la maquina mas adelante se hara un estudio mas detallado

de la maquina.

12

Grafico 1-3 Esquema de la Maquina “Hatsckeck” donde se indican sus partes.1

1 Fuente: Propia

13

1.3.2. Rodillo formador de Lámina o “RODO”

El “Rodo” básicamente es un cilindro que posee una superficie externa

metalizada de tal manera que permite que la pasta adherida al fieltro se

traslade a la superficie del “Rodo” en cada giro que este dé, existen diferentes

diámetros de cilindro.

En la Figura 1.6 se muestra un modelo 3D de un Rodillo formador o “RODO”.

Figura 1-6 Modelo en 3D de un Rodillo o “Rodo”

En la Figura 1.7 se muestra un Rodillo formador o “RODO”.

Figura 1-7 Rodillo Formador

14

1.4. Ondulador

Esta etapa del proceso consiste en una vez obtenida la lámina de

fibrocemento es colocada en moldes los cuales se encargan de darle la forma

de ondas a las láminas , este proceso se lo puede hacer de forma manual o

automatizada a partir de estructuras compuestas de ventosas que generan un

vacío absorbiendo así las láminas y colocándolas en mesas que a través de

un sistema de vacío estas se tienden a contraer haciendo que las láminas

tomen la forma ondulada de esa mesa para luego ser apiladas en moldes que

permitan mantener su forma durante el proceso.

En la figura 1.8 se muestra el modelo de un ondulador automatizado en el que

se indica cada una de los elementos que la componen.

Figura 1-8 Modelo Ondulador automatizado

En la figura 1.9 se puede observar un modelo de moldeo manual en el que la

lamina de fibrocemento es prensada con dos postes de madera dando la

forma de ondas.

15

Figura 1-9 Modelo Ondulador manual

1.5. Cámaras de Fraguado

Las cámaras de fraguado son cuartos que se encargan de fraguar las láminas

frescas y onduladas de fibrocementos, estas cámaras poseen tuberías que

emanan vapor haciendo que el proceso de fraguado sea más acelerado.

Figura 1-10 Cámara semi-cerrada de Fraguado

1.6. Desmoldeadora

Esta es la última etapa del proceso y consiste en retirar los moldes de las

láminas de fibrocemento una vez que han pasado por las cámaras de

16

fraguado, obteniendo así el producto ya terminado este proceso se lo puede

hacer de forma manual o automatizada.

En la figura 1.11 se muestra una desmoldeadora automatizada.

Figura 1-11 Desmoldeadora

17

CAPÍTULO II

2. DISEÑO DEL SISTEMA MECÁNICO "VAIVEN"

2.1. Descripción de la maquina Laminadora “Hatscheck”

La máquina “Hatscheck” como se la explico en el primer capítulo permite la

transformación de la pasta, en láminas de fibrocemento para la presente

investigación se describirá a detalle cada uno de los elementos que la

componen, el modelo de laminadora estará constituida por 5 divisiones cada

una como se indicó se denomina “cuba” es decir el sistema tendrá 5 “cubas”.

A continuación en la figura 2-1 se presenta una vista, del modelo en 3D de la

maquina “Hatscheck”.

Figura 2-1 Maquina “Hatscheck” modelo en 3D2

Cabe mencionar que el éxito de la maquina ”Hatscheck” en la formación de

láminas de fibrocemento es debido, a que genera una especie de papel fino

en forma de películas que se sobreponen una con otra hasta que alcanzan el

espesor de la hoja deseada.

2 Fuente: Propia

18

La formación de la lámina por este medio distribuye y refuerza las fibras en

dos dimensiones, teniendo así mejores ventajas de las fibras de refuerzo que

aumentan la resistencia en la lámina.

Por lo tanto la fuerza de hojas hechas de esta manera es aproximadamente

50% mayor que las hojas formadas a espesor completo en una sola acción en

el proceso de prensa de fieltro.

En la figura 2-2 se puede apreciar un modelo de la maquina “Hatscheck”.

Figura 2-2 Modelo de Maquina “Hatschech”3

La maquin hatscheck se encuentra compuesta por los siguientes elementos:

Fieltro

Rodillo exprimidor

Caja de Secado(Cajas de Vacio)

Tamiz(Pescador)

Orientador

Regadera Tamiz(Pescador)

Batidor

Cuba o Barco

3 Fuente: Pagina web : http://portuguese.alibaba.com/product-gs/200-hatschek-fiber-cement-calcium-silicate-board-sheeting-machine-1391482076.html

19

Acontinuacion se muestra en la grafica 2-1 ,a la maquina luego se describira a cada uno de los elementos ya mencionados.

Grafico 2-1 Maquina “Hatsckeck” en 3D donde se indican sus partes.

20

2.2. Elementos que componen a la maquina “Hatscheck”

2.2.1. Fieltro

El fieltro es un compuesto formado por fibras de lana y combinaciones de

fibras sintéticas el tipo de Fieltro que se usa es el SAE F1 este tipo posee una

gran resistencia a altos impactos y a superficies duras ya que en este la

mezcla se va adhiriendo en ella.

A continuación se muestra una tabla indicando las propiedades de este fieltro.

DENSIDAD 34

S.A.E. F-1 A.S.T.M. # CF 206 16R1 CONTENIDO DE LANA % 95 TRICLOROETANO SOLUBLE MAX % 2.5 AGUA SOLUBLE MAX % 2.5 TRICLORO Y AGUA COMBINADAS MAX %

3.0

CONTENIDO DE CENIZA MAX% 1.5 RESISTENCIA A LA TENSION PSI MIN

500

RESISTENCIA A LA RUPTURA KG/5CM MIN

142

ANCHO STANDARD 60/66" COLOR BLANCO

Tabla 1 Propiedades de Fieltro SAE F1

2.2.2. Rodillo Exprimidor

Estos rodillos están compuestos a base de “Neopreno’’ al tener este

recubrimiento, poseen buena resistencia la luz solar, al calor, al

envejecimiento, a la tensión, al corte mas no a la compresión pues su

resistencia es baja. Los rangos de dureza útiles de estos recubrimientos son

de 20 a 90º Shore. Ver figura 2-3

PRESENTACION 1/8 3/16 1/4 5/16 3/8 1/2 5/8 3/4 1"

GROSOR NOM. PULGADAS .125 .188 .250 .313 .375 .500 .625 .750 1000

NOMINAL MM 3.1 4.8 6.4 8.0 9.5 12.7 15.9 19.1 25.4 EN ROLLO 2.8 4.4 5.9 7.5 9.1 12.2 15.3 18.4 24.6

PESO NOM.GRMS./M2 1080 1630 2170 2710 3250 4340 5420 6500 8672 GRMS. MINIMO 1030 1540 2060 2570 3090 4120 5150 6180 8240 GRMS. MAXIMO 1140 1710 2280 2850 3410 4550 5690 6780 9110

21

Figura 2-3 Modelo de Rodillo Exprimidor

Los rodillos exprimidores deben estar en buenas condiciones ya, que si no lo

están no permiten eliminar adecuadamente el exceso de agua en la mezcla y

no se genere uniformemente la película de pasta de fibrocemento sobre el

fieltro.

2.2.3. Cajas de Secado (Cajas de Vacío)

Las cajas de Secado o también conocidas como cajas de vacío son aquellas

que se encargan de generan un vacío de absorción de la pasta adherido en

el fieltro haciendo que la humedad, en el fieltro disminuya y quede la mayor

parte de fibra y pasta en el fieltro las bombas que se encargan de generar este

vacío, son capaces de generar un vacío de hasta 160 mbar.

En la figura 2-4 se tiene cajas de secado (cajas de vacío.)

Figura 2-4 Cajas de Secado (Cajas de vacío)

En la figura 2-5 se muestra modelo 3D de Cajas de Vacío.

22

Figura 2-5 Cajas de Secado (Cajas de vacío) en 3D4

2.2.4. Tamiz Pescador

El tamiz pescador es un rodillo en su exterior se encuentra cubierto por una

malla muy fina que se encarga de pescar las fibras de la mezcla y, junto con

el rodillo exprimidor adhieren una lámina muy fina al fieltro.

Estos rodillos debido a que están es constante movimiento y contacto con la

humedad son resistentes a la corrosión.

En la figura 2-6 se muestra el modelo 3d de Tamiz Pescador.

Figura 2-6 Tamiz Pescador en 3D5

4 Fuente: Propia 5 Fuente: Propia

23

2.2.5. Cuba o Barco

En este caso se considerara que la laminadora esta compuesta de 5 cubas o

barco, cada una esta compuesta por los elementos anteriormente

mencionados esta estructuras son como tinas en donde se deposita la mezcla

que junto con el accionar de los demas elementos forman las laminas de

fibrocemento .

En la figura 2-7 se muestra el modelo en 3d de la cuba que se tiene en la

maquina laminadora.

Figura 2-7 CUBAS en 3D

A continuacion se presenta un esquema

Grafico 2-2 Esquema de cuba o barco donde se muestra los elementos que forman parte de ella

24

2.2.6. Batidor y Orientador

Estos dos permiten que la pasta en el interior de la cuba no se fragüé ya que

al estar la mezcla en reposo esta tiende, a endurarse la función principal del

batidor es batir la mezcla y la de lo orientador es orientar, dirigir la mezcla al

tamiz pescador.

Figura 2-8 Batidor 3-D

Figura 2-9 Orientador 3-D

2.2.7. Regadera Tamiz

Este elemento es el tema de investigación a desarrollar estas regaderas son

tuberías de acero con perforaciones, que se encargan de mantener el tamiz

Pescador libre de acumulación de pasta en la superficie a partir de chorros de

agua constante que salen a lo largo de las tuberías a la superficie.

25

Grafico 2-3 Esquema Regadera Tamiz- Pescador.

Sin embargo al estar estático estas regaderas no logran limpiar en su totalidad

la superficie del pescador dejando espacios libres de 59(mm), generando

residuos de grumos de pasta haciendo que no se logre una adherencia

uniforme de la pasta al fieltro.

De tal modo se propone como solución el diseñar un sistema mecánico que

permita que estas regaderas obtengan un movimiento axial constante de

manera de “VAIVEN” es decir generar un movimiento sucesivo de un lado a

otro cubriendo así el espacio libre que se tiene de 59(mm).

Figura 2-10 Tubería Regadera

26

2.3. Dimensiones y Medidas Maquina “Hatschech”

Grafico 2-4 Medidas en general Laminadora “Hatschech”

27

Grafico 2-5 Medidas Barco o Cuba

28

2.4. Requerimientos del Sistema

2.4.1. Análisis de los Requerimientos del Sistema

Se tiene establecido una hoja de especificaciones en donde se detalla cada uno de los distintos requerimientos a tomar en el desarrollo del sistema:

I=ingeniería, Di=diseño, F=financiación, D=deseo, R=requerimiento,

MR=modificación del requerimiento.

Concepto Propone R/D Descripción

Función

Di

R

Permite desplazar axialmente a

las regaderas una distancia de 6

cm.

I R Permite una carga de

desplazamiento de 9-13 kg.

I, Di D Elementos que sujeten y

agarren a las regaderas.

Dimensiones I, Di MR Cubrir todo el área de las cubas

(1410x7050 mm)

Vida útil Di, I MR Un estimado de 5 años.

Tabla 2 Análisis de requerimientos del Sistema

2.4.2. Establecimiento de los objetivos del Diseño

La presente invención, se refiere a un sistema mecánico “Vaivén”. Ha sido

ideado para disminuir la presencia de defectos en las placas de fibrocemento.

Este sistema está pensado para que las tuberías “Regaderas” se

encuentren en constante movimiento axial.

Con esta invención se consigue que la operación de limpieza de los

Pescadores sea eficaz durante el proceso de laminado mejorando la

calidad del producto.

29

Aparte de todo esto es muy importante el ahorro en costos que se

obtendrá ya que disminuiría la presencia de defectos en las placas.

2.4.3. Limitaciones del Diseño

El sistema se limita a:

Sujetar únicamente a las tuberías “Regadera” no se podrá sujetar ni

colocar a otro objeto que no sea este debido a que el sistema está

diseñado para la forma y peso de las tuberías “Regadera.”

El sistema se limita solo a una determinada movimiento axial, manipular

o accionar en un punto donde no es el correcto provocaría un daño al

sistema.

2.4.4. Análisis Funcional

2.4.4.1. Listado de Funciones

Desplazar a tuberías “Regaderas” axialmente.

Sujetar a tuberías “Regaderas”.

2.4.4.2. Descomposición de la función principal en sub-funciones

Desplazar a tuberías “Regaderas” axialmente

Sujetar a tuberías “Regaderas” Mantener en contacto a las tuberías “Regaderas” con el sistema “Vaivén”

Mantener en constante movimiento a las “Regaderas "Vaivén”

Grafico 2-6Esquema Funcional del Sistema “Vaivén”.6

6 Fuente: Propia

30

2.4.4.3. Caja transparente funcional mostrando las Interrelaciones EMS entre las sub-funciones.

Energía

Tuberías “Regaderas”

Accionamiento del Sistema

Transmitir Energía

Accionar el Sistema

Sujetar tuberías “Regaderas”

Tuberías “Regaderas” desplazadas axialmente

Grafico 2-7 Esquema de Caja Transparente funcional

2.4.5. Selección de Concepto

2.4.5.1. Formulación de alternativas del sistema a diseñar Nuestro utilitario se limita a:

Transmitir la energía

a) Neumático

b) Maquina Simple

c) Eléctrico

Sujetar tuberías “Regaderas”

a) Abrazaderas-brazos

b) Amarras

c) Brazos

Accionar sistemas

a) Eje-Brazo Resorte

b) Palanca-Eje

c) Bisagra (eje común)

31

2.4.5.2. Selección de la alternativa a desarrollar en base a un conjunto de criterios de evaluación.

Para cada concepto de diseño se deben abordar temas como (a) desempeño,

(b) seguridad, (c) confiabilidad (d) consumo de energía (e) costos de

construcción, (f) reciclabilidad, entre otros.

2.4.5.2.1. Método corregido de criterios ponderados.

1 Si el criterio (o solución) de las filas es superior (o mejor; >)

que el de las columnas.

0,5 Si el criterio (o solución) de las filas es equivalente (=) al de

las columnas.

0 Si el criterio (o solución) de las filas es inferior (o peor; <) que

el de las columnas.

Criterios de evaluación

a. Desempeño.

b. Seguridad.

c. Confiabilidad.

d. Consumo de energía.

e. Costos de construcción.

f. Reciclabilidad.

Evaluación

Para cada una de las alternativas se manejará el mismo criterio.

Evaluación del peso específico de cada criterio.

Desempeño = Seguridad > Confiabilidad = Costos de construcción = Consumo de energía = Reciclabilidad

Cri

teri

o

Des

emp

eño

Segu

rid

ad

Co

nfi

abili

dad

Co

nsu

mo

de

ener

gía

Co

sto

s d

e co

nst

rucc

ión

Rec

icla

bili

da

d ∑+

Po

nd

erad

o

32

Desempeño 0,5 1 1 1 1 5,5 0,261

90

Seguridad 0,5 1 1 1 1 5,5 0,261

90

Confiabilidad 0 0 0,5 0,5 0,5 2,5 0,119

05

Consumo de energía

0 0 0,5 0,5 0,5 2,5 0,119

05

Costos de construcción

0 0 0,5 0,5 0,5 2,5 0,119

05

Reciclabilidad 0 0 0,5 0,5 0,5 2,5 0,119

05

Suma 21 1

Tabla 3 Evaluación del peso específico de cada Criterio

2.4.5.2.1.1. Transmitir la Energía

Posibles soluciones

Solución A: Neumático.

Solución B: Maquina Simple.

Solución C: Eléctrico.

Solución C > Solución B > Solución A

Desempeño Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 0 0 1 0,16667

Solución B 1 0 2 0,33333

Solución C 1 1 3 0,50000

Suma 6 1 Tabla 4 Comparación “Transmitir la Energía “en Desempeño

Solución A > Solución B > Solución C

Seguridad Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 1 1 3 0,50000

Solución B 0 1 2 0,33333

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 5 Comparación “Transmitir la Energía” en Seguridad

33

Solución A> Solución B > Solución C

Confiabilidad Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 1 1 3 0,50000

Solución B 0 1 2 0,33333

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 6 Comparación “Transmitir la Energía” en Confiabilidad

Solución A > Solución B > Solución C

Consumo de

energía Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 1 1 3 0,50000

Solución B 0 1 2 0,33333

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 7 Comparación “Transmitir la Energía” en Consumo de Energía

Solución A > Solución B > Solución C

Costos de

construcción Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 1 1 3 0,50000

Solución B 0 1 2 0,33333

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 8 Comparación “Transmitir la Energía” en Costos de Construcción

Solución A > Solución B > Solución C

Reciclabilidad Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 1 1 3 0,50000

Solución B 0 1 2 0,33333

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 9 Comparación “Transmitir la Energía” en Reciclabilidad

34

Tabla de conclusiones C

on

clu

sió

n

Des

emp

eño

Segu

rid

ad

Co

nfi

abili

dad

Co

nsu

mo

de

ener

gía

Co

sto

s d

e co

nst

rucc

ión

Rec

icla

bili

dad

∑

Pri

ori

dad

Solución A 0,04365 0,13095 0,05952 0,05952 0,05952 0,05952 0,41270 1

Solución B 0,08730 0,08730 0,03968 0,03968 0,03968 0,03968 0,33333 2

Solución C 0,13095 0,04365 0,01984 0,01984 0,01984 0,01984 0,25397 3

Tabla 10 Conclusiones de selección de soluciones en “Transmitir la Energía”

2.4.5.2.1.2. Sujetar tuberías “Regaderas”

Posibles soluciones

Solución A: Abrazaderas-Brazos

Solución B: Amarras

Solución C: Brazos

Solución C > Solución B > Solución A

Desempeño Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 0 0 1 0,16667

Solución B 1 0 2 0,33333

Solución C 1 1 3 0,50000

Suma 6 1 Tabla 11 Comparación “Sujetar tuberías Regaderas” en Desempeño

Solución A > Solución B > Solución C

Seguridad Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 1 1 3 0,50000

Solución B 0 1 2 0,33333

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 12 Comparación “Sujetar tuberías Regaderas” en Seguridad

Solución A> Solución B > Solución C

35

Confiabilidad Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 1 1 3 0,50000

Solución B 0 1 2 0,33333

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 13 Comparación “Sujetar tuberías Regaderas” en Confiabilidad

Solución A > Solución B > Solución C

Consumo de

energía Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 1 1 3 0,50000

Solución B 0 1 2 0,33333

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 14 Comparación “Sujetar tuberías Regaderas” en Consumo de energía

Solución A > Solución B > Solución C

Costos de

construcción Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 1 1 3 0,50000

Solución B 0 1 2 0,33333

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 15 Comparación “Sujetar tuberías Regaderas” en Costos de Construcción

Solución A > Solución B > Solución C

Reciclabilidad Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 1 1 3 0,50000

Solución B 0 1 2 0,33333

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 16 Comparación “Sujetar tuberías Regaderas” en Reciclabilidad

Tabla de conclusiones

36

Co

ncl

usi

ón

Des

emp

eño

Segu

rid

ad

Co

nfi

abili

dad

Co

nsu

mo

de

ener

gía

Co

sto

s d

e co

nst

rucc

ión

Rec

icla

bili

dad

∑

Pri

ori

dad

Solución A 0,04365 0,13095 0,05952 0,05952 0,05952 0,05952 0,41270 1

Solución B 0,08730 0,08730 0,03968 0,03968 0,03968 0,03968 0,33333 2

Solución C 0,13095 0,04365 0,01984 0,01984 0,01984 0,01984 0,25397 3

Tabla 17 Conclusiones de selección de soluciones en “Sujetar tuberías Regaderas”

2.4.5.2.1.3. Accionar Sistema

Posibles soluciones

Solución A: Bisagra

Solución B: Palanca-Eje

Solución C: Eje -brazo-resorte

Solución B > Solución A > Solución C

Desempeño Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 0 1 2 0,33333

Solución B 1 1 3 0,50000

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 18 Comparación “Accionar Sistema” en Desempeño

Solución B > Solución A = Solución C

Seguridad Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 0 0,5 1,5 0,25000

Solución B 1 1 3 0,50000

Solución C 0,5 0 1,5 0,25000

Suma 6 1 Tabla 19 Comparación “Accionar Sistema” en Seguridad

37

Solución B> Solución A = Solución C

Confiabilidad Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 0 0,5 1,5 0,25000

Solución B 1 1 3 0,50000

Solución C 0,5 0 1,5 0,25000

Suma 6 1 Tabla 20 Comparación “Accionar Sistema” en Confiabilidad

Solución A > Solución B > Solución C

Consumo de energía

Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 1 1 3 0,50000

Solución B 0 1 2 0,33333

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 21 Comparación “Accionar Sistema” en Consumo de Energía

Solución B > Solución A > Solución C

Costos de construcción

Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 0 1 2 0,33333

Solución B 1 1 3 0,50000

Solución C 0 0 1 0,16667

Suma 6 1 Tabla 22 Comparación “Accionar Sistema” en Costos de construcción

Solución B > Solución C > Solución A

Reciclabilidad Solución A Solución B Solución C ∑+ Ponderado

Solución A 0 0 1 0,16667

Solución B 1 1 3 0,50000

Solución C 1 0 2 0,33333

Suma 6 1 Tabla 23 Comparación “Accionar Sistema” en Reciclabilidad

38

Tabla de conclusiones

Co

ncl

usi

ón

Des

emp

eño

Segu

rid

ad

Co

nfi

abili

dad

Co

nsu

mo

de

ener

gía

Co

sto

s d

e co

nst

rucc

ión

Rec

icla

bili

dad

∑

Pri

ori

dad

Solución A 0,08730

0,06548 0,02976 0,05952 0,03968 0,01984 0,30159 2

Solución B 0,13095

0,13095 0,05952 0,03968 0,05952 0,05952 0,48016 1

Solución C 0,04365

0,06548 0,02976 0,01984 0,01984 0,03968 0,21825

3

Tabla 24 Conclusiones de selección de soluciones en “Accionar Sistema”

2.4.5.2.2. Resultados de Selección

a. Transmitir energía: Sistema Neumático.

b. Sujetar tuberías “Regaderas”:Abrazaderas-brazo.

c. Accionar Sistema: Palanca-Eje.

2.5. Selección y Diseño del Mecanismo

En esta sección se hará uso de la teoría de mecanismos para determinar los

mecanismos que formaran parte del sistema así como su geometría y forma.

Se identifica como mecanismo a un conjunto de elementos rígidos, móviles

unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones,

llamadas pares cinemáticos (pernos, uniones de contacto, pasadores, etc.),

cuyo propósito es la transmisión de movimientos y fuerzas. (Elisa, 2009)

Figura 2-11 Par de tornillo o Helicoidal7

7 Fuente: Introducción a la Cinemática de las Maquinas.

39

Podemos así definir a Mecanismo como un dispositivo para trasformar un

movimiento en otro. Se debe reconocer que las partes que constituyen un

mecanismo deben ser resistentes a la deformación es decir, cuerpos rígidos

a los que se los denominara eslabones. (Jose, 2012)

La condición de rigidez de los eslabones no es necesariamente total, sino

únicamente implica que sea rígido respecto a las fuerzas a las que se somete

el eslabón. Esta consideración da lugar a una clasificación de los eslabones

de acuerdo a su rigidez teniendo así:

Eslabones Rígido en ambos sentidos: cuando el eslabón tiene rigidez a

tensión y compresión. Ejemplos: La biela de un compresor, un engrane, el

pistón de una máquina de combustión interna, etc.

En la figura 2-12 se muestra un pistón de una máquina de combustión interna.

Figura 2-12 Pistón de motor

Eslabón Rígido en un único sentido

Rígido cuando se sujeta a compresión. Ejemplo: Fluidos hidráulicos.

Rígido cuando se sujeta a tensión. Ejemplo: Correas, bandas y

cadenas. Ver figura 2-13

Figura 2-13 Cadena de Transmisión8

8Fuente: http://www.tecnologia-informatica.es/ruedas-dentadas-y-poleas/

40

En el Diseño del sistema Mecánico se realizara un estudio de:

Síntesis Cinemático

2.6. Síntesis Cinemática

En este apartado se hace un estudio que consta de dos partes:

Síntesis de Tipo

Síntesis Dimensional

2.6.1. Síntesis de Tipo

Este se encarga de elegir los eslabones que formaran el mecanismo pudiendo

ser cadenas, bandas, levas, engranes y barras, palancas, también se

determina en esta etapa, el tipo y número de pares cinemáticos o juntas a

utilizar, pudiendo ser estos de revolución, prismático, cilíndrico, de tornillo o

esférico.

Por lo tanto el primer paso es determinar los eslabones y pares cinemáticos

que conformarían al mecanismo:

2.6.1.1. Eslabones

2.6.1.1.1. Chumacera de Pie

Este eslabón lo usaremos como eslabón fijo y sobre el cual nos permitirá ser

el punto de apoyo de la palanca que usaremos a la vez nos permite el oscilar

a las palancas generando así movimiento rotacional. Ver figura 2-14

Figura 2-14 Chumacera de Pie9

9 Fuente: Catalogo chumaceras de pie NTN

41

2.6.1.1.2. Palanca

Este es uno de los eslabones más importantes y sencillos. Consiste en una

barra rígida que puede oscilar sobre un punto de apoyo. Ver figura 2-15

Figura 2-15 Palanca (Eslabón simple con dos puntos de interés)

Las palancas tienen seis usos:

1. Transmitir movimientos.

2. Transformar un movimiento en otro de sentido contrario.

3. Transformar fuerzas grandes en fuerzas pequeñas.

4. Transformar fuerzas pequeñas en fuerzas grandes.

5. Transformar un movimiento pequeño en otro mayor.

6. Transformar un gran movimiento en uno pequeño.

En toda palanca se debe determinar 3 elementos fundamentales que son:

La potencia, que se aplica.

El punto de apoyo, donde se sostiene la barra.

La resistencia, que queremos vencer.

Más adelante se hará el respectivo cálculo para determinar las dimensiones y

especificaciones que debe cumplir el pistón que será el encargado de proveer

la potencia necesaria al sistema.

2.6.1.1.3. Brazos

Este eslabón nos permitirá sujetar y a la vez jalar las tuberías de las regaderas

serán colocadas de tal manera que estén alineadas con cada una de las

tuberías de las regaderas. Ver figura 2-16

42

Figura 2-16 Palanca (Eslabón simple)10

2.6.1.2. Pares Cinemáticos

Se denomina par cinemático a una unión entre dos miembros de un

mecanismo.

Una pareja de elementos, pertenecientes a diferentes eslabones, mantenidos

permanentemente en contacto y de manera que existe movimiento relativo

entre ellos, recibe el nombre de par cinemático. (Jose, 2012)

2.6.1.2.1. Eje (Barra Perforada)

Este par cinemático permitirá transferir la potencia que recibe la palanca a

cada uno de los distintos brazos que se encargaran de jalar a las tuberías de

regadera de manera axial generando un movimiento de rotación más delante,

se determinara sus dimensiones y especificaciones de eje a usar.

Figura 2-17 Eje (Eslabón simple)11

10 Fuente: Propia 11 Fuente: Propia

43

2.6.1.2.2. Pernos de ajuste

Su función principal es crear una fuerza de sujeción en toda la unión de forma

que esta pueda soportar, las condiciones de funcionamiento sin aflojarse.

Se usara pernos para poder sujetar y ensamblar cada uno de los eslabones

que se emplearan para el sistema.

Figura 2-18 Pernos

2.6.1.3. Diagramas de Cuerpo libre

Para lo siguiente se ha procedido a dividir en dos etapas la primera que será

el sistema para 2 regaderas y la segunda etapa que consistirá en el sistema

para 3 regaderas.

Grafico 2-8 Diagrama cuerpo libre (Primera etapa)

44

Grafico 2-9 Diagrama cuerpo libre (Segunda etapa)

2.7. Síntesis Dimensional

Esta sección se encarga de diseñar en su totalidad a cada uno de los

elementos que conformarían al sistema como son su forma dimensiones y

material a usar.

Para lo cual se procederá a diseñar los elementos en el siguiente orden ya

establecido en la selección del sistema previamente ya realizado:

1. Transmitir energía: Sistema Neumático.

2. Sujetar tuberías “Regaderas”:Abrazaderas-brazo.

3. Accionar Sistema: Palanca-Eje.

2.7.1. Transmitir Energía: Diseño del Sistema Neumático

Antes de seleccionar el Cilindro Neumático se necesita determinar cada uno

de los elementos que, conformarán parte del circuito Neumático que se usara

para el sistema.

45

2.7.1.1. Circuito Neumático del Sistema A continuación se presenta un esquema del circuito e indicando cada uno de

los elementos que la componen. En el Anexo 12 se presenta el Diagrama del

circuito Neumático.

Se muestra una tabla que contiene la denominación, cantidad de cada

componente que se usó para el circuito neumático:

Tabla 25 Listado de elementos que componen al Circuito del Sistema Neumático

En la siguiente tabla se describe las funciones que tendrán las válvulas que

se usaron en el diseño del circuito neumático:

Tabla 26 Función de las electroválvula usadas para el circuito neumático

Cantidad

4 Válvula antirretorno estranguladora

2 Válvula de 3/2 vías

2 Válvula de 5/2 vías

1 Unidad de Mantenimiento

2 Cilindro de doble efecto

Denominación del componente Simbolo

1 Fuente de aire comprimido

Cantidad FunciónTipo de Electroválvula Representación

Alimentación de aire

general a todo el

sistema

Alimentación a los

cilindros neumáticos de

doble efecto

2 Válvula de 3/2 vías

2 Válvula de 5/2 vías

46

2.7.1.2. Diagrama del Circuito Neumático del Sistema

Grafico 2-10 Diagrama del Circuito Neumático del Sistema12

Para la elaboración del diagrama del circuito neumático se hizo uso de una

herramienta computacional llamada “FESTO FLUIDSIM” elaborada por la

corporación FESTO esta herramienta permite la modelación y simulación de

sistemas neumáticos a partir de eso se procedió al modelamiento y simulación

del circuito neumático que se usara para el sistema neumático del proyecto

de investigación.

2.7.1.3. Análisis de Selección de Cilindro Neumático Para el sistema se ha hecho la selección de cilindros neumáticos de doble

efecto este tipo de cilindros son los más empleados, en estos el aire

comprimido actúa en cualquiera de las dos cámaras, por lo tanto el embolo y

el vástago del cilindro se pueden desplazar en cualquiera de las dos

direcciones por efecto del fluido. (Delnero.A, 2006)

Se presenta un modelo describiendo cada una de las partes que componen a

un cilindro neumático. Ver Figura 2-19

12 Fuente :Propia

47

Figura 2-19 Cilindro Neumático de doble efecto (partes que lo componen)

Para que se pueda realizar un trabajo, el vástago debe desplazarse en alguna

dirección para esto es preciso que una de las cámaras se encuentre

alimentada y la otra abierta a la atmósfera o sea en escape.

Dentro de las partes mencionadas en la Figura 2-19 las restricciones para el

cálculo de selección del cilindro a tomar son:

El diámetro del Embolo

La carrera del Vástago es decir la longitud de salida del pistón

La presión con la que responderá el cilindro

Esta restricciones son determinadas a partir de la fuerza necesaria que debe

efectuar el cilindro neumático.

2.7.1.3.1. Selección del diámetro más adecuado para el Cilindro Neumático

Para el cálculo de la fuerza del cilindro se necesita determinar cuál va hacer

la función que va a realizar, por lo que se ha realizado un diagrama de cuerpo

libre del elemento sobre el cual deberá ejercer una fuerza de empuje.

(Delnero.A, 2006)

Grafico 2-11 Diagrama de cuerpo libre tubo regadera

48

Básicamente se debe determinar el diámetro con el que el cilindro actuador

pueda, generar una fuerza de empuje a las tuberías regaderas en sentido

axial, por tanto se ha procedido a realizar el cálculo asumiendo el peso de tres

tuberías que son de la segunda etapa es decir al determinar en esa etapa se

pude asumir que en la primera etapa funcionara, los cálculos se los resume

en la siguiente tabla:

F Fuerza necesaria para

realizar el trabajo. F = m⋅ g F =(9*9,8*1.5)*3 =396,9N

λ Factor de carga

0,7 para aceleraciones normales

0,4 y 0,5 para

aceleraciones grandes

0,7

µ Rendimiento interno del

cilindro por rozamiento de las juntas.

Entre 0,8 y 0,9 (ver catálogo comercial)

0,9

p Presión manométrica en el

cilindro. 6 bar= 87 Psi

FT Fuerza teórica en el cilindro �� = �λ∗µ = A⋅ p �� = ., ∗ , = �

Tabla 27 Tabla de Calculo Fuerza Teórica del Cilindro neumático

El caso más desfavorable es el de la subida de la carga, es decir a la entrada

del vástago del cilindro. Por lo tanto en base a la fuerza �� se puede determinar

el diámetro en base a la siguiente tabla del catálogo de Neumática de Festo:

Tabla 28 Tabla Fuerza-Diámetro Cilindro Neumático13

13 Fuente: Catálogo Festo

49

En el caso del émbolo de 50 mm la fuerza teórica a 6 bares de presión en la

subida es de 1178 N que es bastante superior a los 630 N necesarios. Como

se ve el actuador queda sobredimensionado asegurándonos la capacidad de

poder generar el empuje a las tuberías-Regaderas. Ver Anexo 1

2.7.2. Sujetar tuberías “Regaderas”: Diseño de Abrazaderas-brazo

2.7.2.1. Diseño de Abrazaderas para “Regaderas’’ En este caso para el diseño del elemento que permita generar una sujeción

en las tuberías “Regaderas” se ha considerado, el concepto sencillo de una

abrazadera.

Una abrazadera es una pieza de metal u otro material que sirve para asegurar

tuberías o conductos de cualquier tipo, ya sean en disposición vertical,

horizontal o suspendidas, en una pared, guía, techo o cualquier otra base.

Figura 2-20 Modelo de Abrazadera para tubos

Para el diseño se consideró un barra perforada con un corte a lo largo de

mismo el cual permita se genere un espacio de ajuste entre este corte se

procedió a soldar dos retazos de acero de ½ pulgada de espesor, con

perforaciones las cuelas permitan el ajuste de la abrazadera con el tubo

“Regadera”. Ver Anexo 3

En la tabla 2-28 se muestra las características del material que en este caso

es de acero:

50

Nombre Acero

General

Densidad de masa 7,85 g/cm^3

Límite de elasticidad 207 MPa

Resistencia máxima a tracción 345 MPa

Tensión

Módulo de Young 210 GPa

Coeficiente de Poisson 0,3 su

Módulo cortante 80,7692 GPa Tabla 29 Características del material para las abrazaderas14

De igual manera debido a que va a estar en continuo movimiento axial las

regaderas y la abrazadera, se procedió a colocar unos pines de 1/2” a los

costados de la abrazadera para poder transmitir y transformar el movimiento

lineal a rotacional a los brazos que los sujetaran.

A continuación se muestra vistas 3D de las abrazaderas que se diseñaron

para el sistema:

Figura 2-21 Abrazaderas para tubos “Regadera” modelo 3D15

En la sección de anexos planos se presentara más a detalle las dimensiones

y medidas de esta abrazadera.

2.7.2.2. Diseño de Brazos para “Regaderas’’ En el diseño de los brazos se debe considerar el hecho de que a estos se les

comunicara la fuerza de 630 N del pistón neumático, el cual es la fuerza

necesaria para poder desplazar a las tuberías “Regaderas” de tal manera se

propone el diseño y a partir de este se generara, una simulación de cargas

14 Fuente :Autodesk Inventor 2015 15 Fuente: Propia

51

por elementos Finitos con el programa Inventor 2015 para determinar la

factibilidad del mismo.

Para determinar las tensiones a las que estará sometido el elemento se hará

uso del concepto de “Tensión de Von Mises”

2.7.2.2.1. Criterio de fallo Elástico (Tensión de Von Mises) La tensión de Von Mises es una magnitud física proporcional a la energía de

distorsión. En ingeniería estructural se usa en el contexto de las teorías de

fallo como indicador de un buen diseño para materiales dúctiles.

La tensión de Von Mises puede calcularse fácilmente a partir de las tensiones

principales del tensor tensión en un punto de un sólido deformable, mediante

la expresión:

1.2

Donde: � , � , � ; Tensiones principales

Y para el cálculo del factor de seguridad se ocupara la siguiente ecuación: = ����� 1.3

Donde � es la resistencia máxima a la tracción del material.

2.7.2.2.2. Modelación y simulación del Diseño de Brazos para “Regaderas”

Para la Modelación y simulación del Diseño de Brazos para “Regaderas” se

hará uso de una herramienta computacional, de ingeniería que es el Autodesk

Inventor 2015.

El Modelo que se propone consta de las siguientes partes:

52

Figura 2-22 Modelo de Brazo para “Regaderas”

Para las consideraciones de este modelo de brazo se toma muy en cuenta el

hecho de que como prioridad del sistema este debe ser desarmable lo mayor

posible para que permita el mantenimiento del mismo así como el reemplazo

de piezas, en función de esto se generaron 5 elementos los cuales al

ensamblarse forman el Brazo para “Regaderas”. Cabe indicar que en anexos

se proporcionara los planos a detalle de cada uno de los elementos que

conforman al brazo para “Regaderas”.Ver Anexo 4

Usando el programa para simular las cargas a las que se somete al brazo se

obtiene los siguientes resultados:

Figura 2-23 Tensión en los Brazos para “Regaderas”16

16 Fuente:Autodesk Inventor 2015

53

En la siguiente tabla el programa nos arroja resultados de la simulación de

cargas que se realizó al modelo de brazo para “Regadera”:

Nombre Mínimo Máximo

Volumen 1016140 mm^3

Masa 7,97714 kg

Tensión de Von Mises 0 MPa 137,943 MPa

Primera tensión principal -8,9526 MPa 85,6287 MPa

Tercera tensión principal -87,7486 MPa 11,9884 MPa

Desplazamiento 0 mm 0,501785 mm

Tabla 30 Resultados de Simulación de cargas al modelo de brazo para “Regadera”

En la siguiente tabla se puede observar las características del material que se

usó para el diseño y simulación del brazo:

Nombre Acero

General

Densidad de masa 7,85 g/cm^3

Límite de elasticidad 207 MPa

Resistencia máxima a tracción 345 MPa

Tensión

Módulo de Young 210 GPa

Coeficiente de Poisson 0,3 su

Módulo cortante 80,7692 GPa Tabla 31 Características del material para los Brazos17

A continuación se muestra una tabla indicando las propiedades físicas del

Brazo para “Regaderas”:

Masa 5,66788 kg

Área 214583 mm^2

Volumen 1016140 mm^3

Centro de gravedad

x=-240,602 mm

y=-307,113 mm

z=-156,19 mm

Tabla 32 Propiedades Físicas del Brazo para “Regaderas”

Aplicando el Criterio de fallo elástico (Tensión de Von Mises) que hace

referencia a la ecuación 1.2 se puede determinar el factor de seguridad para

este material:

17 Fuente:Autodesk Inventor 2015

54

= ����

En la simulación nos da como resultado que el valor máximo de tensión es de

137.943 MPa y ocupando la ecuación 1.3 nos da como factor de seguridad lo

siguiente:

= ���� = . = .

Al tener un factor de seguridad n>0 de 2.5 logramos demostrar que el modelo

propuesto es capaz de soportar, las cargas a las que será sometido el brazo

para “Regaderas”.

2.7.3. Accionar Sistema: Diseño de Palanca-Eje

Para el diseño de la Palanca-Eje se debe considerar que a la palanca se le

comunicara la fuerza de 630 N del pistón neumático, el cual es la fuerza

necesaria para poder desplazar a las tuberías “Regaderas”, debido a que este

elemento se encargara de recibir y comunicar dicha fuerza a los brazos se

propone como opción para la transmisión de fuerza a los brazos el uso de un

eje de este modo se propone el diseño y de esta manera se generara, una

simulación de cargas con el programa Inventor 2015 para determinar la

factibilidad del mismo.

Para el diseño y concepción del modelo se hará, uso de un concepto muy

sencillo y útil que es el concepto de palanca.

De igual manera para determinar las tensiones a las que estará sometido el

elemento se hará uso del concepto de “Tensión de Von Mises”.

2.7.3.1. Ley de Palanca La ley de la Palanca es útil cuando se quiere vencer una resistencia, el punto

sobre el que se apoya la palanca es tan importante como la potencia que se

aplica. Se puede mover el mismo peso con una potencia menor, siempre que

dicha potencia se aplique más lejos del punto de apoyo. (Jose, 2012)

55

Figura 2-24 Ley de Palanca ���� = ����

F: Fuerza aplicada.

BF: Brazo de fuerza (distancia de la fuerza al apoyo).

R: Resistencia a vencer.

BR: Brazo de resistencia (distancia de la resistencia al apoyo).

2.7.3.2. Modelación y simulación del Diseño de la Palanca-Eje Para la Modelación y simulación del Diseño de la Palanca-Eje se hará uso de

una herramienta computacional, de ingeniería que es el Autodesk Inventor

2015.

El Modelo que se propone consta de las siguientes partes:

Figura 2-25 Modelo de la Palanca18

Para las consideraciones de este modelo de palanca se toma muy en cuenta

el concepto de brazo de palanca de igual manera se tomó como que este deba

18 Fuente :Propia

56

ser desarmable lo mayor posible para que permita el mantenimiento del

mismo así como el reemplazo de piezas, en función de esto se generaron 3

elementos los cuales al ensamblarse forman la palanca.

En el diseño de la palanca se trató de eliminar todo tipo de esquina con ángulo

recto debido a que estos son acumuladores de esfuerzo, que perjudicarían al

diseño para lo cual se procedió a generar, radios de alivio en aquellas

esquinas para lograr que estos esfuerzos se dispersen a todo el objeto y así

no afecten a la palanca. Cabe mencionar que en anexos se proporcionara los

planos a detalle de cada uno de los elementos que conforman a la Palanca.

Usando el programa para simular las cargas a las que se someterá la palanca

se obtiene los siguientes resultados:

Figura 2-26 Tensión en la Palanca

En la siguiente tabla el programa nos arroja resultados de la simulación de

cargas que se realizó al modelo de Palanca:

Nombre Mínimo Máximo

Volumen 739480 mm^3

Masa 5,80532 kg

Tensión de Von Mises 0 MPa 120,729 MPa

Primera tensión principal -19,9916 MPa 133,559 MPa

Tercera tensión principal -82,5507 MPa 10,816 MPa

Desplazamiento 0 mm 1,45202 mm Tabla 33 Resultados de Simulación de cargas al modelo de Palanca

57

En la siguiente tabla se puede observar las características del material que

se usó para el diseño y simulación de la Palanca:

Nombre Acero

General

Densidad de masa 7,85 g/cm^3

Límite de elasticidad 207 MPa

Resistencia máxima a tracción 345 MPa

Tensión

Módulo de Young 210 GPa

Coeficiente de Poisson 0,3 su

Módulo cortante 80,7692 GPa Tabla 34 Características del material para la Palanca

A continuación se muestra una tabla indicando las propiedades físicas de la

Palanca:

Masa 5,80532 kg

Área 156881 mm^2

Volumen 739480 mm^3

Centro de gravedad

x=187,551 mm

y=-119,647 mm

z=93,511 mm

Tabla 35 Propiedades Físicas de la Palanca

Aplicando el Criterio de fallo elástico (Tensión de Von Mises) que hace

referencia a la ecuación 1.2 se puede determinar el factor de seguridad para

este material:

= ����

En la simulación nos da como resultado que el valor máximo de tensión es de

64,6271 MPa y ocupando la ecuación 1.3 nos da como factor de seguridad lo

siguiente:

= ���� = , = .

58

Al obtener un factor de seguridad n>0 de 2.858 logramos demostrar que el

modelo propuesto es capaz de soportar, las cargas a las que será sometida

nuestra Palanca.

2.7.4. Soportes del Sistema: Diseño de Soportes

Para el diseño de los soportes del sistema se tomara como restricción que

estos deban ser capaz de soportar a todo el peso del sistema, considerando

que al sistema se lo dividió en dos etapas en la primera etapa deberá soportar

un peso total de 42.204 kg y en la segunda etapa un peso total de 42.919 kg

a partir de esto se generara, una simulación de cargas con el programa

Inventor 2015 para determinar la factibilidad del mismo.

2.7.4.1. Modelación y simulación de Soporte para la Primera Etapa

El Modelo que se propone consta de las siguientes partes:

Figura 2-27 Modelo de Soporte19

Para las consideraciones de este modelo de soporte se toma en cuenta que

en ellos se apoyaran las chumaceras de tal manera se ha procedido a realizar

2 perforaciones sobre la cara en la que se colocaran las chumaceras a la vez

se ha procedido a realizar un recorte, al costado que permitan el ajusto de los

pernos que sujetaran a la chumacera al soporte. Anexo 2

De igual manera se tiene como prioridad del sistema que este debe ser

desarmable lo mayor posible para que permita el mantenimiento del mismo

19 Fuente: Propia

59

así como el reemplazo de piezas, en función de esto se generaron 3

elementos los cuales al ensamblarse forman al soporte, solamente la pieza

denominada “placa aumento” ira soldada sobre la cara de la máquina y sobre

esta se colocaran los demás elementos.

Debido a que se dividió en dos etapas al sistema en esta primera etapa se

hará uso de dos soportes para esta primera etapa del sistema. Cabe indicar

que en anexos se proporcionara los planos a detalle de cada uno de los

elementos que conforman al Soporte.

Usando el programa para simular las cargas a las que se somete los soportes

del total de 42.204kg=422.040 N se dividirá en dos soportes es decir cada uno

soportara un peso de 21.102kg=211.020 N haciendo necesario simular para

un soporte en esta etapa se obtiene los siguientes resultados:

Figura 2-28 Tensión en Soporte para la primera etapa

En la siguiente tabla el programa nos arroja resultados de la simulación de

cargas que se realizó al modelo de Soporte:

Nombre Mínimo Máximo

Volumen 1745950 mm^3

Masa 13,7065 kg

Tensión de Von Mises 0,000121184 MPa 3,495 MPa

Primera tensión principal -0,502125 MPa 2,69751 MPa

Tercera tensión principal -3,36428 MPa 0,253696 MPa

Desplazamiento 0 mm 0,00468866 mm Tabla 36 Resultados de Simulación de cargas al modelo de Soporte de la primera etapa

60

En la siguiente tabla se puede observar las características del material que

se usó para el diseño y simulación del Soporte:

Nombre Acero

General

Densidad de masa 7,85 g/cm^3

Límite de elasticidad 207 MPa

Resistencia máxima a tracción 345 MPa

Tensión

Módulo de Young 210 GPa

Coeficiente de Poisson 0,3 su

Módulo cortante 80,7692 GPa Tabla 37 Características del material para el Soporte

A continuación se muestra una tabla indicando las propiedades físicas del

Soporte:

Masa 13,3557 kg

Área 384032 mm^2

Volumen 1745950 mm^3

Centro de gravedad

x=126,944 mm

y=2,45615 mm

z=-1,24279 mm Tabla 38 Propiedades Físicas del Soporte

Aplicando el Criterio de fallo elástico (Tensión de Von Mises) que hace

referencia a la ecuación 1.2 se puede determinar el factor de seguridad para

este material:

= ����

En la simulación nos da como resultado que el valor máximo de tensión es de

3,09692 MPa y ocupando la ecuación 1.3 nos da como factor de seguridad lo

siguiente:

= ���� = , = .

61

Al obtener un factor de seguridad n>0 de 98.712 logramos demostrar que el

modelo propuesto es capaz de soportar, las cargas a las que será sometida

nuestro soporte en esta primera etapa del sistema.

2.7.4.2. Modelación y simulación de Soporte para la Segunda Etapa De igual manera que en la primera etapa se propone el mismo modelo con la

diferencia de que en esta segunda etapa se tendrá que sostener un peso total

de 42.919 kg=429.190 N, es decir para esta etapa se considerara hacer uso

de 3 soportes lo que implica que todo el peso se distribuirá en cada uno de

los soportes haciendo que cada uno soporte un peso de 14.3 kg=143 N.

Haciendo necesario simular para un soporte en esta etapa se obtiene los

siguientes resultados:

Figura 2-29 Tensión en Soporte para la segunda etapa

En la siguiente tabla el programa nos arroja resultados de la simulación de

cargas que se realizó al modelo de Soporte:

Nombre Mínimo Máximo

Volumen 1745950 mm^3

Masa 13,7065 kg

Tensión de Von Mises 0,0000449334 MPa 2,49693 MPa

Primera tensión principal -0,410779 MPa 2,12177 MPa

Tercera tensión principal -2,69283 MPa 0,197969 MPa

Desplazamiento 0 mm 0,00365983

mm Tabla 39 Resultados de Simulación de cargas al modelo de Soporte de la segunda etapa

62

Aplicando el Criterio de fallo elástico (Tensión de Von Mises) que hace

referencia a la ecuación 1.2 se puede determinar el factor de seguridad para

este material:

= ����

En la simulación nos da como resultado que el valor máximo de tensión es de

2,49693 MPa y ocupando la ecuación 1.3 nos da como factor de seguridad lo

siguiente:

= ���� = , = .

Al obtener un factor de seguridad n>0 de 138.170 logramos demostrar que el

modelo propuesto es capaz de soportar, las cargas a las que será sometida

nuestro soporte en esta segunda etapa del sistema.

2.7.5. Selección de Rodamientos-Chumacera

Para la selección de rodamientos tenemos que tomar muy en cuenta el tipo

de rodamiento que necesitamos para nuestro sistema.

2.7.5.1. Selección de tipo de Rodamiento Para la selección del tipo de rodamiento debemos determinar cuáles van

hacer las cargas a las que tendrá que someterse el rodamiento en nuestro

caso es netamente, carga radial de tal manera según el catálogo de

rodamiento de SKF podemos seleccionar los rodamiento rígidos de bola.

Figura 2-30 Rodamiento Rígido de bolas20

20 Fuente: Catálogo SKF

63

Los rodamientos rígidos de bola de ranura profunda y una sola hilera son el

tipo de rodamientos más utilizado. Su uso está ampliamente difundido además

de las cargas radiales, también pueden soportar cargas axiales en cualquier

dirección. Debido a su bajo par, son altamente adecuados en aplicaciones en

que se necesitan altas velocidades y bajas pérdidas de potencia.

Además de los rodamientos de tipo abierto, este tipo de rodamientos suelen

contar con blindaje de acero o con sellados de goma instalados en una o

ambas caras y están pre lubricados con grasa.

2.7.5.2. Selección del tamaño del Rodamiento Debido a que el sistema se lo dividió en dos etapas se analizara las cargas a

las que está sometida la tubería de la primera etapa así como la segunda

etapa y a partir de los resultados obtenidos se escogerá aquella cuyo factor

de carga estática sea la mayor y garantice el funcionamiento del sistema

mecánico.

2.7.5.2.1. Análisis de cargas a las que está sometida la primera etapa del sistema.

Se procederá a realizar un diagrama de cuerpo libre de las cargas a las que

se somete la tubería este diagrama se lo hará en un programa de estudio de

materiales denominado “MDSolids”’.

Grafico 2-12 Diagrama de cargas a las que está sometida la tubería de la primera etapa

Donde:

La longitud total de la tubería es de 1750 mm.

La posición del primer soporte con respecto al filo 0 es de 207.1mm, la del

segundo soporte con respecto al filo 0 es 1611.7 mm.

64

Cargas Puntuales:

P1 =78,75[N] Peso del Brazo 1, situada a 115,9mm del punto 0.

P2=56,52[N] Peso de la Palanca 1, situada a 829,1mm del punto 0.

P3=78,75[N] Peso del Brazo 2, situada a 1530,9mm del punto 0.

Cargas Uniformes:

W1=64,3 N/m Carga uniforme sobre la tubería.

De tal modo se nos genera otro diagrama de cortante el cual nos da a conocer

las magnitudes de las cargas resultantes que afectan a los soportes donde

irán colocados las chumaceras.

Grafico 2-13 Diagrama de cortante de la tubería de la primera etapa

Considerando los resultados obtenidos en el diagrama de cortante podemos

tener el valor de las cargas resultantes que son:

Lado Izquierdo

Fr=86,20+92,07+7,45+86,84=272,56 N

Lado Derecho

Fr=133,55+138,74+54,80+8,89=335.93N

De esta primera etapa se escogerá como la carga radial Fr de 335,93 N.

2.7.5.2.2. Análisis de cargas a las que está sometida la segunda etapa del sistema.

65

De la misma manera se procederá a realizar un diagrama de cuerpo libre de

las cargas a las que se somete a la tubería este diagrama se lo hará en un

programa de estudio de materiales denominado “MDSolids”’.

Grafico 2-14 Diagrama de cargas a las que está sometida la tubería de la segunda etapa

Donde:

La longitud total de la tubería es de 3180 mm.

La posición del primer soporte con respecto al filo 0 es de 228.2mm, la del

ultimo soporte con respecto al filo 0 es 3076,5 mm.

Cargas Puntuales:

P1 =78,75[N] Peso del Brazo 1, situada a 113.6 mm del punto 0.

P2 =78,75[N] Peso del Brazo 2, situada a 1503,6 mm del punto 0.

P3=56,52[N] Peso de la Palanca 1, situada a 1766,7 mm del punto 0.

P4=78,75[N] Peso del Brazo 3, situada a 2946,6 mm del punto 0.

Carga Uniforme:

W1=54,07 N/m Carga uniforme sobre la tubería.

Del mismo modo se genera un diagrama de cortante el cual nos da a conocer

las magnitudes de las cargas resultantes que afectan a los soportes donde

irán colocados las chumaceras.

66

Grafico 2-15 Diagrama de cortante de la tubería de la segunda etapa

Considerando los resultados obtenidos en el diagrama de cortante podemos

tener el valor de las cargas resultantes que son:

Lado Izquierdo

Fr=84,89+91,09+6,14+153,66=335,78 N

En el Centro

Fr=84,70+5,9+64,84+8,32=163,74 N

Lado Derecho

Fr=207,39+214,42+128,64+5,60=556.05N

De esta segunda etapa se escogerá como la carga radial Fr de 556,05[N].

2.7.5.2.3. Calculo de las cargas estáticas De los análisis anteriores se determinó que la mayor carga radial Fr a la que

es sometido el sistema es de 556,05[N].

Carga estática equivalente: � = �� + �� [1.4]

Donde: � = Carga estática equivalente [N] �� = Carga radial real [N] = Factor radial = Factor axial

67

��= Carga axial real [N]

De tal modo se tomara como restricción lo siguiente;

Caso Restricción a considerar

Primero � =�� ���� ≤ ,

Segundo � = , �� + , ��

���� > ,

Tabla 40 Restricciones para la Carga estática equivalente

En nuestro caso el sistema se somete netamente a cargas radiales

obteniendo: ���� = , = ≤ ,

Lo cual nos indica que tenemos el primer caso obteniendo como resultado

que: � = , [N] 2.7.5.2.4. Calculo de carga estática necesaria (Co)

La capacidad de carga estática Co se usa en los cálculos cuando los

rodamientos:

Giran a velocidades muy bajas (n < 10 rpm)

Realizan movimientos oscilantes muy lentos

Permanecen estacionarios bajo carga durante largos períodos de

tiempo.

La capacidad de carga estática se calcula a partir de la siguiente ecuación: = � 1.5

Donde:

=Capacidad de carga estática [N]

68

� = Carga estática equivalente [N]

= Factor de seguridad estático

En este caso se tomara valores orientativos del factor de seguridad que se

encuentra indicado en la siguiente tabla:

Tabla 41 Valores orientativos para el factor de seguridad estático So21

De tal manera se tomara un intervalo para el factor de seguridad que

usaremos; ≤ < ,

Tomando en cuenta que el tipo de rodamiento a usar es un rodamiento rígido

de bolas de esta manera estableceremos un:

=1,3

Por lo tanto se obtiene: = , ∗ � = , ∗ , = , [N]=0,723[kN]

Con el valor obtenido del Factor de Carga estática se podrá escoger el

rodamiento adecuado para el sistema considerando lo siguiente:

Tipo de Rodamiento: Rígido de Bolas

21 Fuente :Catalogo SKF

69

Diámetro interno: 50 mm=2 pulgadas

Factor de Carga Estática =722,865 [N]=0,723 [kN]

Tabla 42 Tabla de dimensiones y medidas de rodamientos Rígidos de bolas22

En este caso podemos observar en la columna marcada en color rojo que son

los factores de carga estática ninguno de ellos es menor a 0,723 [kN], lo que

nos indica que para nuestro sistema básicamente no es necesario hacer uso

de un rodamiento, sin embargo debido a la ventaja en mantenimiento de los

mismos y a la existencia de repuestos se hará uso de cualquiera de ellos para

lo cual, se seleccionara el que se encuentra marcado en la fila naranja cuyas

características son:

Diámetro interno: 50mm=2 pulgadas

Factor de Carga Estática=23,2 [kN]

Denominación abreviada= 6210

Con estas características indicadas del rodamiento tenemos que escoger una

chumacera que contemple, con lo ya mencionado teniendo así 5 chumacera

de pie para todo el sistema mecánico.

2.8. Ensamble del Sistema Mecánico ‘Vaiven’ En este apartado se ira listando los elementos que conforman a cada uno de

las partes que componen al sistema mecánico ‘Vaiven’.

22 Fuente: Catalogo SKF

70

En el Anexo 11 se presentara todos los planos correspondientes a cada uno

de los elementos que componen al sistema mecánico ‘Vaiven’

2.8.1. Ensamble de las Abrazaderas para “Regaderas’’

Figura 2-31 Ensamble de las Abrazaderas para Regaderas23

A continuación se presenta una tabla en la que nos indica cada uno de los

elementos que conforman a la abrazadera al ensamblarse:

ELEMENTO CANTIDAD PIEZA DESCRIPCIÓN

6 5 ISO 4033 - M12 Tuercas hexagonales, tipo 2 -

Productos de clases A y B

5 5 Washer GB 93-87 12 Arandelas de presión

4 5 Bolt GB/T 1228 Pe o de / " con cabeza

hexagonal

3 1

ISO 7090 - 12 - 140 HV Arandelas planas, achaflanadas -

Serie normal - Productos de clase

A

1 5 Abrazadera-Regadera Barra perforada MECAPLUS 470 :

D=75mm, d=50mm L=38,1mm

2 10 Pin Eje de acero de D=1/2"

Tabla 43 Elementos que conforman a la Abrazadera de las Regaderas al ensamblarse

23 Fuente: Propia

71

De tal manera para todo el sistema se hace necesario tener 5 abrazaderas

debido a que se tiene 5 Regaderas.

2.8.2. Ensamble de Brazos para “Regaderas’’

Figura 2-32 Ensamble de las Brazos para Regaderas24

A continuación se presenta una tabla en la que se enlista cada uno de los

elementos que conforman al Brazo para Regaderas al ensamblarse:

ELEMENTO CANTIDAD PIEZA DESCRIPCIÓN

1 5 Brazo(A) Plancha laminada en caliente espesor

1/2''

2 5 Soporte-tubo Plancha laminada en caliente espesor

1/2''

3 10 ISO 7090 - 16 - 140

HV

Arandelas planas, achaflanadas - Serie

normal - Productos de clase A

4 10 Bolt GB/T 1228 Pe o de / " / con cabeza

hexagonal

5 10 Washer GB 93-87

16

Arandelas de presión

6 10 ISO 4033 - M16 Tuercas hexagonales, tipo 2 - Productos

de clases A y B

24 Fuente: Propia

72

7 5 Nervadura-Brazo Plancha laminada en caliente espesor

1/2''

8 5 Abrazadera-Brazo Barra perforada MECAPLUS 470 :

D=75mm, d=50mm L=100mm

9 5 Brazo(B) Plancha laminada en caliente espesor

1/2''

Tabla 44 Elementos que conforman al Brazo de las Regaderas al ensamblarse

De tal manera para todo el sistema se hace necesario tener 5 Brazos debido

a que se tiene 5 Regaderas.

2.8.3. Ensamble Palanca-Eje

Figura 2-33 Ensamble de Palanca-Eje para Regaderas25

A continuación se presenta una tabla en la que se enlista cada uno de los

elementos que conforman a la Palanca-Eje para Regaderas al ensamblarse:

ELEMENTO CANTIDAD PIEZA DESCRIPCIÓN

1 2 Abrazadera-

palanca

Barra perforada MECAPLUS 470 :

D=75mm, d=50mm L=150mm

2 2 Unión-palanca Plancha laminada en caliente espesor

1/2''

25 Fuente: Propia

73

3 2 Palanca Plancha laminada en caliente espesor

1/2''

4 4 ISO 7090 - 16 -

140 HV

Arandelas planas, achaflanadas - Serie

normal - Productos de clase A

5 4 Bolt GB/T 1228 Pe o de / " / con cabeza

hexagonal

6 4 Washer GB 93-87

16

Arandelas de presión

7 4 ISO 4033 - M16 Tuercas hexagonales, tipo 2 - Productos

de clases A y B

Tabla 45 Elementos que conforman a la Palanca-Eje para Regaderas al ensamblarse

De tal manera para todo el sistema se hace necesario tener 2 Palancas

debido a que al sistema se lo dividió en 2 etapas.

2.8.4. Ensamble de Soportes del Sistema

Figura 2-34 Ensamble de Soporte

A continuación se presenta una tabla en la que se enlista cada uno de los

elementos que conforman al Soporte al ensamblarse:

ELEMENTO CANTIDAD PIEZA DESCRIPCIÓN

1 5 Placa aumento Plancha laminada en caliente

espesor 1''

74

2 5 Soporte-placa Plancha laminada en caliente

espesor 1/2''

3 5

Soporte Tubería estructural:

Tubo cuadrado negro de 3''x3''

e=3mm L=340,062 mm

4 4 ISO 7090 - 16 - 140 HV Arandelas planas, achaflanadas -

Serie normal - Productos de clase A

5 4 Bolt GB/T 1228 Pe o de / " con cabeza

hexagonal

Tabla 46 Elementos que conforman al Soporte al ensamblarse

De tal manera para todo el sistema se hace necesario tener 5 soportes, 2

para la primera etapa y 3 para la segunda etapa del sistema mecánico.

2.8.5. Ensamble Primera Etapa del Sistema Mecánico ‘Vaiven’

Esta primera etapa del sistema como ya se tiene entendido estará conformado

por dos brazos, dos abrazaderas una palanca, una Tubería sin costura que

será el eje de transmisión a los brazos y dos soportes en los que sobre ellos

se colocaran las chumaceras de pie.

Figura 2-35 Ensamble Primera Etapa del Sistema

A continuación se presenta una tabla en la que se enlista cada uno de los

elementos que conforman a la primera etapa del sistema:

75

ELEMENTO CANTIDAD PIEZA DESCRIPCIÓN

1 2 Brazo Brazos de las Regaderas

2 2 Abrazadera Abrazaderas que sujetan a las Regaderas

3 1

Tubería

primera

etapa

Eje de transmisión a lo Brazos de las

Regaderas

Tu e ía si ostu a CED No i al ½ e=3.68mm, L =1.75m

4 1 Palanca-eje Palanca para la transmisión de energía al

sistema

5 2 Soporte Soportes del Sistema

6 2 Chumacera

de Pie

D=50mm , Número de parte: SYJ50TF de SKF

Tabla 47 Elementos que conforman a la Primera Etapa del Sistema

2.8.6. Ensamble Segunda Etapa del Sistema Mecánico ‘Vaiven’

Esta segunda etapa del sistema como ya se tiene entendido estará compuesto

por tres brazos, tres abrazaderas una palanca, una Tubería sin costura que

será el eje de transmisión a los brazos y tres soportes en los que sobre ellos

se colocaran las chumaceras de pie.

En esta segunda etapa al juntar con la primera se tiene al sistema mecánico

completo como lo vimos anteriormente el accionamiento de los pistones

neumáticos es igual para ambas etapas.

Figura 2-36 Ensamble Segunda Etapa del Sistema

76

A continuación se presenta una tabla en la que se enlista cada uno de los

elementos que conforman a la primera etapa del sistema:

ELEMENTO CANTIDAD PIEZA DESCRIPCIÓN

1 3 Brazo Brazos de las Regaderas

2 1 Soporte Soportes del Sistema

3 1

Tubería

segunda etapa

Eje de transmisión a lo Brazos de las

Regaderas

Tu e ía si ostu a CED No i al ½ e=3.68mm, L =3.18m

4 3 Chumacera de

Piso

D=50mm , Número de parte: SYJ50TF de

SKF

5 1 Palanca-eje Palanca para la transmisión de energía al

sistema

6 3 Abrazadera Abrazaderas que sujetan a las Regaderas

Tabla 48 Elementos que conforman a la Segunda Etapa del Sistema

2.9. Mantenimiento del Sistema Mecánico ‘Vaiven’ El mantenimiento del sistema mecánico no es tan riguroso. Sin embargo

necesitara un mantenimiento de tipo preventivo, en las partes neumáticas, y

mecánicas, para garantizar su buen funcionamiento.

Antes de empezar con la producción diaria, se debe lubricar con grasa todos

los mecanismos móviles tales como chumaceras, pines de las abrazaderas,

rodamientos de las chumaceras.

2.9.1. Anclaje y Ensamble del Sistema Mecánico ‘Vaiven’

Antes del montaje del sistema se debe realizar una limpieza de la pared de la

Cuba en la que ira instalada el sistema, debido a que los soportes como los

brazos deben estar nivelados correctamente para su buen funcionamiento.

El ensamble de la máquina se lo realiza con pernos de acero grado 8

colocados en los puntos de sujeción de las piezas del sistema.

77

Se debe observar y verificar que todas las partes mecánicas y neumáticas del

sistema estén colocadas adecuadamente, según lo estipulado en los planos

de montaje del sistema.

Hay que verificar que se encuentre correctamente colocados los tubos

Regaderas en las abrazaderas y estas en los brazos.

2.9.2. Indicaciones Básicas para el montaje de los cilindros neumáticos

del sistema mecánico “Vaiven”

Los cilindros neumáticos están diseñados para transmitir esfuerzos axiales,

para lo cual los esfuerzos radiales o laterales sobre los vástagos conducirá a

un desgaste prematuro de las guarniciones y de sus guías, el buje guía del

vástago y del propio tubo del cilindro. Por lo tanto, se deberá colocar el cilindro

neumático de acuerdo a las instrucciones y posicionamiento indicado en los

planos de montaje del sistema mecánico “Vaiven”.

Debe evitarse que el montaje del cilindro quede rígido con respecto a la

Palanca del sistema.

79

CAPÍTULO III

3. ANÁLISIS FINANCIERO

3.1. Generalidades

Con el siguiente análisis financiero se propone conocer de manera general los

costos que implica la construcción del sistema mecánico “Vaiven” con el fin de

obtener un valor de sus costos directos, indirectos y totales. Estos costos son

obtenidos mediante la sumatoria de todos los materiales utilizados, así como

los parámetros utilizados en la construcción tales como:

Pagos de mano de obra,

Materiales

Equipos utilizados.

3.2. Costos Directos

El análisis de costos directos se lo hará tomando en cuenta los gastos por

materiales, mano de obra, equipos, los mismos que se detallan a

continuación:

3.2.1. Costos de Materiales

Se presenta una tabla que contiene, el precio de cada uno de los materiales

y elementos que son necesarios para la construcción del sistema mecánico

“Vaiven”Ver Anexos 6, 7, 8, 9,10.

Elemento Descripción Material Cantidad Precio

1

Piezas a cortar

brazos,palancas,so

portes abrazaderas

Plancha laminada en

caliente espesor 1/2''

1/2

plancha

$148,23

2 Abrazaderas a

regaderas y eje

Barra perforada MECAPLUS

470 : D=75mm, d=50mm

990.05

mm

$110,00

3

Pernos de

ensamble de las

abrazaderas

Pernos completos de

/ " o a eza hexagonal MH (grado 8)

5 $4,50

4 24 $4,52

80

Pernos de

ensamble de los

brazos, palancas y

chumaceras

Pernos completos de

/ " / o a eza hexagonal MH (grado 8

5

Pernos de anclaje

de brazos a tubos

Pernos completos de

/ " o a eza hexagonal MH (grado 8)

5 $3,50

6

Pernos de los

soportes a pared

Pe o de / " o cabeza hexagonal +

arandela plana MH (grado

8)

20 $27,60

7 Piezas a cortar para

soportes

Plancha laminada en

caliente espesor 1''

1/4 de

plancha

$184,42

8

Soportes de las

chumaceras

Tubería estructural:

Tubo cuadrado negro de

3"x3" , e=3mm

1730 mm $11,48

9

Chumaceras de

Piso

Diámetro de 50 mm

rodamiento rígido de bolas

denominación 6210. SYJ 5O

TF de SKF

5 $160,00

10

Pistones

Neumáticos

Cilindro neumáticos de

doble efecto normalizados

DSBC ISO 15552 de Festo

de diámetro de embolo

50mm y carrera 100mm

adicional el kit de brida

basculante SNCB.

2 $567,73

11

Eje de transmisión

a los Brazos de las

Regaderas 1 etapa

Tubería sin costura CED 40

No i al ½ e= . , L =1.75m

1 $28,29

12

Eje de transmisión

a los Brazos de las

Regaderas 2 etapa

Tubería sin costura CED 40

No i al ½ e= . , L =3.18m

1

Total $1.250,27

Tabla 49 Costos de Materiales y accesorios

Cabe mencionar que el elemento 1 y 7 el mercado ofrece esos materiales en

dimensiones, de unidad por plancha cuyas medidas son de 1.22mx2.44m de

81

tal manera se tomara la fracción de su precio en función de la cantidad

necesaria para la construcción del sistema mecánico teniendo los siguientes

precios:

1 plancha laminada en caliente espesor ½”= 296,46 $

1 Plancha laminada en caliente espesor 1”= 737,69 $

Que en función de la cantidad necesaria tenemos lo siguiente:

1/2 plancha laminada en caliente espesor ½”= (296,46 $)/2=148,23 $

1/4 Plancha laminada en caliente espesor 1”= (737,69 $)/4=184,42 $

De igual manera el elemento 8 el mercado ofrece tuberías cuyas dimensiones

por unidad son de 6 m cuyo costo es de:

1 Tubo estructural cuadrado negro de 3"x3”,L=6m, e=3mm =39.39 $

Que en función de la cantidad necesaria tenemos lo siguiente:

, = . $�

� = , $x , m = , $

1 Tubo sin costura CED 40 Nominal 1 ½ “,L=6m, e=3.68mm, =34.44 $

, = . $�

� = , $x , m = , $

El costo total en materiales y accesorios para el sistema mecánico “Vaiven”

es de 1.250,27 dólares americanos.

3.2.2. Costos por Mano de Obra

Se presenta una tabla que muestra el costo de la mano de obra necesario

para la construcción del sistema mecánico “Vaiven”.

82

CANTIDAD DESCRIPCIÓN V.UNITARIO V.TOTAL

1 Maquinado y ensamblaje de partes y piezas de sistema mecánico "Vaivén"

$ 520,00 $ 520,00

SUB TOTAL $ 520,00 DESCUENTO $ - IVA 12% $ 62,40 TOTAL $ 582,40

Tabla 50 Costos por Mano de Obra

El valor total por costos directos es:

Costo por Valor

Materiales del sistema $ 1.250,27

Mano de Obra $ 582,40

Total costos directos $ 1.832,67

Tabla 51 Valor total por Costos Directos

3.3. Costos Indirectos

Los costos indirectos son básicamente aquellos que provienen de los gastos

técnicos y administrativos que se ven necesarios al momento de realizar algún

proceso productivo o proyecto.

De tal modo se presentara a continuación los Costos Indirectos que se

tomaron en cuenta para el Proyecto:

Detalle Cantidad(%CD) Valor

Ingenieriles(Diseño ) 12% $ 219,92

Imprevistos ---- $ 100,00

Total costos indirectos $ 319,92

Tabla 52 Valor total por Costos Indirectos

3.4. Costos Totales (Inversión)

Los costos totales son el resultado de la suma de los costos directos más los

costos indirectos, sumados estos dos valores se tiene el valor del costo total:

83

Costos Valor

Directos $ 1.832,67

Indirectos $ 319,92

Total $ 2.152,59 Tabla 53 Valor del Costo Total

Obteniéndose así un Costo Total de: 2.152,59 $. (Dos mil ciento cincuenta y

dos dólares americanos con cincuenta y nueve centavos).

3.5. Salvamento del Sistema Mecánico “Vaiven”

El Valor de salvamento es el valor estimado de intercambio o de mercado al

final de la vida útil del activo en este caso del sistema mecánico “Vaiven”.

Para el cálculo se estima un valor de salvamento del 10 % del costo de

inversión en función de la vida útil de 5 años que se estableció en los objetivos

de diseño del sistema por lo tanto se tiene:

Costo Total (Inversión) P= 2.152,59 $

Salvamento de la máquina S:

S=P * 10%

S=2.152,59 * 0,10

S=215,26 $

3.6. Depreciación del Sistema Mecánico “Vaiven”

La depreciación se la define como la pérdida de valor contable que sufren los

activos fijos por el uso al que se les somete y su función productora de renta.

En la medida en que avance el tiempo de servicio, decrece el valor contable

de dichos activos. En el caso del sistema se estableció como objetivos del

diseño una vida útil de 5 años.

El método de depreciación en línea recta es el método más utilizado y con

este se supone que los activos se usan más o menos con la misma intensidad

año por año, a lo largo de su vida útil por lo tanto, la depreciación periódica

debe ser del mismo monto.

Aplicando este método al sistema mecánico “Vaiven’’ se tiene una

depreciación anual de:

84

Inversión: P= 2.152,59 $

Salvamento: S= 215,26 $

Vida Útil: n= 5 años

Depreciación Anual

� = � −

� = . , − ,

� = , $

La depreciación anual, acumulada y el valor en libros del sistema mecánico

“Vaiven” al final de cada uno de los años de vida útil, se observa en la siguiente

tabla:

Año Depresión Anual Depresión Acumulada Valor en libros

0 0 0 $ 2.152,59

1 $ 387,47 $ 387,47 $ 1.765,12

2 $ 387,47 $ 774,93 $ 1.377,66

3 $ 387,47 $ 1.162,40 $ 990,19

4 $ 387,47 $ 1.549,87 $ 602,73

5 $ 387,47 $ 1.937,33 $ 215,26

Tabla 54 Depreciación anual del Sistema Mecánico Vaiven

3.7. Unidades Defectuosas de Placas de Fibrocemento

En este apartado se analizará los datos recopilados de unidades defectuosas

antes de la implementación del sistema mecánico “Vaiven” en la maquina

laminadora de placas de fibrocemento, así como después de su

implementación los datos obtenidos son datos recopilados desde Enero a

Marzo y Julio a Septiembre.

85

3.7.1. Unidades defectuosas en los meses de Enero a Marzo

Se presentan registros mensuales de Enero a Marzo en los que se recopilan

todo los defectos presentes en las placas de fibrocemento antes de la

implementación del sistema mecánico “Vaiven”,tomando como prioridad al

defecto denominado “Fisura Longitudinal Parcial”(defecto que se origina en la

maquina laminadora).

Defectos en el mes de Enero:

DEFECTO UNIDADES F.R.

DESGARRADA 775 32,88%

*PEGADA AL MOLDE 315 13,36%

GRUMO 182 7,72%

DESPUNTADA 166 7,04%

CORTE DEFECTUOSOS 160 6,79%

BORDE DEFECTUOSO 155 6,58%

DESCUADRADA MAL MOLDEADA 146 6,19%

FISURA TRANSVERSAL 94 3,99%

FISURA LONGITUDINAL PARCIAL 75 3,18%

GRIETA MICROFISURADA 58 2,46%

PUNTA DOBLADA 55 2,33%

ADHERNCIA O INCRUSTADA 48 2,04%

PEGADA( DOS PLACAS) 27 1,15%

ROTA EN DESMOLDEO 25 1,06%

BAJO ESPESOR 24 1,02%

FLECTADA PANDEO 15 0,64%

ROTA EN MANIPULACION 13 0,55%

MANCHADA 12 0,51%

ACARTONADA(MUY LIVIANA) 4 0,17%

FISURA LONGITUDINAL TOTAL 3 0,13%

DESPUNTE AL SELECCIONAR 3 0,13%

PUNTA SALIDA 2 0,08%

TOTAL DEFECTUOSAS 2357 100,00% Tabla 55 Defectos presentes en el mes de Enero

Defectos en el mes de Febrero:

DEFECTO UNIDADES F.R.

DESGARRADA 931 43,08%

DESPUNTADA 187 8,65%

GRUMO 163 7,54%

*PEGADA AL MOLDE 160 7,40%

CORTE DEFECTUOSOS 130 6,02%

86

BORDE DEFECTUOSO 129 5,97%

DESCUADRADA MAL MOLDEADA 80 3,70%

FISURA LONGITUDINAL PARCIAL 75 3,47%

ADHERNCIA O INCRUSTADA 43 1,99%

ACARTONADA(MUY LIVIANA) 37 1,71%

FISURA TRANSVERSAL 36 1,67%

ROTA EN DESMOLDEO 35 1,62%

BAJO ESPESOR 34 1,57%

GRIETA MICROFISURADA 28 1,30%

FISURA LONGITUDINAL TOTAL 25 1,16%

SEPARACION DE CAPAS 21 0,97%

PUNTA SALIDA 19 0,88%

PUNTA DOBLADA 8 0,37%

MANCHADA 6 0,28%

MAL ALMACENADO 5 0,23%

ROTA EN MANIPULACION 5 0,23%

FLECTADA PANDEO 2 0,09%

PERFORADA 2 0,09%

TOTAL DEFECTUOSAS 2161 100,00% Tabla 56 Defectos presentes en el mes de Febrero

Defectos en el mes de Marzo:

DEFECTO UNIDADES F.R.

DESGARRADA 784 34,63%

BORDE DEFECTUOSO 295 13,03%

DESPUNTADA 191 8,44%

DESCUADRADA MAL MOLDEADA 131 5,79%

*PEGADA AL MOLDE 130 5,74%

FISURA LONGITUDINAL PARCIAL 132 5,83%

GRUMO 108 4,77%

ROTA EN DESMOLDEO 100 4,42%

FISURA TRANSVERSAL 90 3,98%

CORTE DEFECTUOSOS 65 2,87%

FISURA LONGITUDINAL TOTAL 61 2,69%

GRIETA MICROFISURADA 58 2,56%

ADHERNCIA O INCRUSTADA 30 1,33%

ACARTONADA(MUY LIVIANA) 25 1,10%

BAJO ESPESOR 17 0,75%

PEGADA( DOS PLACAS) 11 0,49%

PUNTA DOBLADA 11 0,49%

PUNTA SALIDA 9 0,40%

DESPUNTE AL DESMOOLDAR 8 0,35%

ROTA EN MANIPULACION 5 0,22%

87

PERFORADA 3 0,13%

TOTAL DEFECTUOSAS 2264 100,00% Tabla 57 Defectos presentes en el mes de Marzo

A partir de cada mes se contabiliza el número de unidades con el defecto de

“Fisura Longitudinal Parcial” obteniendo la siguiente cantidad:

ENERO: 75 Unidades

FEBREO: 75 Unidades

MARZO: 135 Unidades

Total: 282 Unidades Defectuosas

3.7.2. Unidades defectuosas en los meses de Julio a Septiembre

Se presentan registros mensuales de Julio a Septiembre en los que se

recopilan los defectos que se generaron en las placas de fibrocemento

después de la implementación del sistema mecánico “Vaiven”, tomando como

prioridad al defecto denominado “Fisura Longitudinal Parcial”(defecto que se

origina en la maquina laminadora).

Defectos en el mes de Julio:

DEFECTO UNIDADES F.R.

DESGARRADA 784 34,69%

BORDE DEFECTUOSO 295 13,05%

DESPUNTADA 191 8,45%

DESCUADRADA MAL MOLDEADA 131 5,80%

*PEGADA AL MOLDE 130 5,75%

FISURA LONGITUDINAL PARCIAL 68 3,01%

GRUMO 108 4,78%

ROTA EN DESMOLDEO 100 4,42%

FISURA TRANSVERSAL 148 6,55%

CORTE DEFECTUOSOS 60 2,65%

FISURA LONGITUDINAL TOTAL 61 2,70%

GRIETA MICROFISURADA 58 2,57%

ADHERNCIA O INCRUSTADA 30 1,33%

ACARTONADA(MUY LIVIANA) 25 1,11%

BAJO ESPESOR 17 0,75%

PEGADA( DOS PLACAS) 11 0,49%

88

PUNTA DOBLADA 11 0,49%

PUNTA SALIDA 14 0,62%

DESPUNTE AL DESMOOLDAR 8 0,35%

ROTA EN MANIPULACION 10 0,44%

TOTAL DEFECTUOSAS 2260 100,00% Tabla 58 Defectos presentes en el mes de Julio

Defectos en el mes de Agosto:

DEFECTO UNIDADES F.R.

DESGARRADA 931 43,71%

DESPUNTADA 187 8,78%

GRUMO 163 7,65%

*PEGADA AL MOLDE 160 7,51%

CORTE DEFECTUOSOS 125 5,87%

BORDE DEFECTUOSO 129 6,06%

DESCUADRADA MAL MOLDEADA 80 3,76%

FISURA LONGITUDINAL PARCIAL 45 2,11%

ADHERNCIA O INCRUSTADA 43 2,02%

ACARTONADA(MUY LIVIANA) 37 1,74%

FISURA TRANSVERSAL 36 1,69%

ROTA EN DESMOLDEO 35 1,64%

BAJO ESPESOR 34 1,60%

GRIETA MICROFISURADA 28 1,31%

FISURA LONGITUDINAL TOTAL 25 1,17%

SEPARACION DE CAPAS 21 0,99%

PUNTA SALIDA 19 0,89%

PUNTA DOBLADA 12 0,56%

MANCHADA 6 0,28%

MAL ALMACENADO 5 0,23%

ROTA EN MANIPULACION 5 0,23%

FLECTADA PANDEO 2 0,09%

PERFORADA 2 0,09%

TOTAL DEFECTUOSAS 2130 100,00% Tabla 59 Defectos presentes en el mes de Agosto

Defectos en el mes de Septiembre:

DEFECTO UNIDADES F.R.

DESGARRADA 931 43,89%

DESPUNTADA 187 8,82%

GRUMO 163 7,69%

*PEGADA AL MOLDE 160 7,54%

CORTE DEFECTUOSOS 130 6,13%

BORDE DEFECTUOSO 129 6,08%

DESCUADRADA MAL MOLDEADA 80 3,77%

89

FISURA LONGITUDINAL PARCIAL 30 1,41%

ADHERNCIA O INCRUSTADA 43 2,03%

ACARTONADA(MUY LIVIANA) 37 1,74%

FISURA TRANSVERSAL 36 1,70%

ROTA EN DESMOLDEO 35 1,65%

BAJO ESPESOR 34 1,60%

GRIETA MICROFISURADA 28 1,32%

FISURA LONGITUDINAL TOTAL 25 1,18%

SEPARACION DE CAPAS 22 1,04%

PUNTA SALIDA 19 0,90%

PUNTA DOBLADA 12 0,57%

MANCHADA 6 0,28%

MAL ALMACENADO 5 0,24%

ROTA EN MANIPULACION 5 0,24%

FLECTADA PANDEO 2 0,09%

PERFORADA 2 0,09%

TOTAL DEFECTUOSAS 2121 100,00% Tabla 60 Defectos presentes en el mes de Septiembre

De igual manera se contabiliza el número de unidades con el defecto de

“Fisura Longitudinal Parcial” obteniendo la siguiente cantidad:

JULIO: 68 Unidades

AGOSTO: 45 Unidades

SEPTIEMBRE: 30 Unidades

Total: 143 Unidades Defectuosas

3.7.3. Análisis de las Unidades Defectuosas

A partir de los registros de defectos en los meses de Enero a Marzo y de Julio

a Septiembre, se puede determinar el impacto y resultados que ha generado

el sistema mecánico “Vaiven” en la maquina laminadora de placas de fibro

cemento.

Enero-Junio=282 unidades defectuosas

Julio-Septiembre=143 Unidades

Tenemos una diferencia de: 139 unidades defectuosas

90

Esto nos da a entender que después de la implementación del sistema

mecánico “Vaiven” se logró disminuir la cantidad de unidades con defecto de

fisura longitudinal parcial a 139 unidades, es decir se logró disminuir a un 51%

la presencia de este defecto en las placas de fibrocemento logrando

demostrar que el sistema cumple con el objetivo propuesto en el diseño.

3.8. Análisis Costo-Ingreso

En esta sección se realizará un análisis para determinar económicamente que

resultado contrae la implementación del sistema mecánico “Vaiven”.

Para lo cual se tomara como base para el análisis los siguientes datos:

Depreciación anual del sistema mecánico=387,47 $

Producción anual de Placas de fibrocemento=36,619 Tn(Toneladas)

Se tomara para este análisis el costo de producción de uno de los productos

que se oferta al mercado que son placas onduladas P7 cuyas características

son:

Teja Longitud (m) Ancho(m) Peso (kg)

8 2.44 0.92 26 Tabla 61 Características Placa Ondulada P7

Costo de producción de placas ondulada P7=8$ por unidad.

Peso en Tn de la Placa Ondulada P7=0,026 Tn

De esta manera se tienen que anualmente el sistema se deprecia , $

fabricando anualmente 36,619 Tn obteniendo así una relación de:

, $ año⁄ , año⁄ = , $

Considerando el caso de un solo producto que se fabricaría tenemos que:

, ∗ , $ = , $

Lo que nos a entender que anualmente se tendrá que aumentar los costos de

producción en 0,28$.

91

Ahora consideremos el número de unidades que se lograron reducir al

implementar el sistema que fue de 139 unidades en un trimestre de este modo

haciendo una proyección en un año tendríamos lo siguiente:

139 Unidades (Trimestrales) * 4=556 Unidades (al año)

Considerando el caso en la producción de placas onduladas p7 cuyo costo de

producción es de 8$ tenemos que:

556(Unidades) * 8$=4.448$

Es decir tendríamos un costo de ahorro anual de: 4.448$

Comparando con los 387,47 $ de depreciación anual del sistema versus el

costo anual de ahorro por producto no defectuoso se puede determinar que

tendremos un ingreso anual de:

4.448$-387,47$=4060,53$

Con esto podemos determinar que el sistema mecánico “Vaivén” nos genera

ingresos debido al ahorro en costo de producción, generados a partir de la

disminución de material defectuoso.

92

CAPÍTULO IV

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1. Conclusiones

De entre todas las propuestas planteadas de diseño del sistema

mecánico “Vaiven” en el proyecto se determinó el uso de pistones

neumáticos como elementos que permitan transmitir la energía al

sistema, ya que el uso de elementos neumáticos han sido mayormente

aplicados en atomización en procesos industriales, y además sus

costos en mantenimiento son bajos y poseen una larga vida útil de

trabajo continuo.

Para el análisis de selección del diseño del sistema mecánico “Vaiven”

se consideró criterios como el desempeño, seguridad, confiabilidad,

consumo de energía, costos de construcción, y reciclabilidad resultado

de esto es el uso de partes tales como abrazaderas y palancas cada

uno de ellos diseñado bajo parámetros geométricos y funcionales

además, fabricados bajo materiales existentes en el mercado.

El sistema mecánico “Vaivén” cumple con los requisitos propuestos en

los objetivos de diseño al ser en su totalidad desmontable permitiendo

así su fácil mantenimiento y reemplazo de piezas.

El mantenimiento de los pistones neumáticos, los rodamientos y

chumaceras son esenciales para el buen funcionamiento del sistema,

así como para alargar su vida útil.

Cuando se construye un prototipo de un sistema mecánico por lo

general se incurre en costos adicionales por diseño y en riesgos en la

adquisición de elementos o en la construcción misma ya que en

ocasiones un elemento se lo construye o se lo adquiere más de una

vez debido a errores e inexperiencia. Sin embargo una gran ayuda para

93

minimizar estos egresos son los programas computacionales con

aplicaciones CAD. En este caso se utilizó el software Autodesk Inventor

2015.

Es evidente la disminución de placas de fibrocemento defectuosas, con

el defecto de “Fisura Longitudinal Parcial” por lo que la ejecución de

este proyecto es muy factible para la empresa.

En el análisis Financiero realizado se logró determinar que el sistema

mecánico “Vaivén” nos genera, ingresos debido al ahorro en costo de

producción, generados a partir de la disminución de material

defectuoso

4.2. Recomendaciones

Se recomienda verificar que las tuberías regaderas se encuentren bien

sujetas a las abrazaderas y colocadas respetivamente, en los brazos

del sistema para evitar que se desplacen axialmente menos o más de

los 6cm que se tienen establecido como funcionamiento correcto del

sistema.

Se recomienda realizar mantenimientos periódicos, a los rodamientos

y pistones neumáticos ya que son elementos que permiten el

accionamiento y funcionamiento del sistema mecánico.

Se recomienda la automatización del accionamiento del sistema

neumático a partir de la implementación de circuitos PLC, que se

encarguen de accionar a las distintas, electroválvulas que componen al

sistema neumático propuesto en el presente trabajo de tesis.

Se recomienda calibrar el posicionamiento de cada uno de los brazos

del sistema con el fin, de que las tuberías regaderas estén

correctamente posicionadas para el funcionamiento correcto del

sistema.

94

Se recomienda que el montaje del sistema mecánico “Vaiven” esté, de

acuerdo a los planos de montaje establecidos.

Realizar un seguimiento al defecto de “Fisura Longitudinal Parcial” que

se genera en el proceso de laminado para poder recopilar y realizar un

balance final de ahorros generados

95

Bibliografía

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2. Elisa, M. (22 de Enero de 2009). Clasificacion de

Mecanismos:Slide share. Obtenido de Slide share:

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941640?ref=http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/mecani

smos.htm

3. F.Ashby, M. (2005). Materials Selection in Mechanical Design.

ELSEVIER.

4. Jose, M. (2012). Introduccion a la Cinematica de las Maquinas.

Mexico.

5. INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN (INEN)

.Código de Dibujo Técnico mecánico.

6. Robert L. Mott (2006), Diseño de elementos de máquinas, 4ta

Edición.

7. Donald R. Askeland (2001), Ciencia e Ingeniería de los Materiales.

8. Carolina Senabre Blanes, Diseño Mecánico con Autodesk

INVENTOR.

96

ANEXOS

Anexo 1 Tabla Fuerza y Energía de Impacto en cilindros de doble efecto

Anexo 2 Dimensiones de tubos cuadrados catalogo “Novacero”

97

Anexo 3 Barra perforada Meca plus catalogo “IVAN BOHMAN”

98

Anexo 4 Especificaciones Generales de Planchas de acero Laminadas al caliente “Catalogo DIPAC”

99

Anexo 5 Tuberías sin costura ced 40 Catalogo “DIPAC”

100

Anexo 6 Costos de Materiales Lista A

Anexo 7 Costos de Materiales Lista B

101

Anexo 8 Costo de Materiales Lista C

102

Anexo 9 Costo de Materiales Lista D

Anexo 10 Costo de Pistones de Doble efecto

103

ANEXO 11

PLANOS DE CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA MECANICO “VAIVEN”

104

En la siguiente Tabla se muestra el Listado de los planos que conforman al

sistema con su respectivo nombre y detalle.

Conjunto Etapas Nombre Plano

Taller

Abrazaderas para ‘egade as

Abrazadera-Regadera DV-BR-1

Brazos para ‘egade as

Abrazadera-Brazo DV-BR-2

Brazo (A) DV-BR-3

Brazo (B) DV-BR-4

Nervadura-Brazo DV-BR-5

Soporte-tubo DV-BR-6

Palanca-Eje

Abrazadera-Palanca DV-PA-1

Palanca DV-PA-2

Unión-Palanca DV-PA-3

Soporte del Sistema

Placa aumento DV-SP-1

Soporte DV-SP-2

Soporte-placa DV-SP-3

Transmisión Tubería Primera Etapa DV-T1-1

Tubería Segunda Etapa DV-T2-1

Montaje Montaje del Sistema Montaje de Sistema Mecánico "Vaiven"

DV-MT-1

105

ANEXO 12

DIAGRAMA DEL SISTEMA NEUMÁTICO

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