diseño de una máquina mezcladora de arcilla de ladrillos para aumentar la producción en el anexo...
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“AÑO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA”
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Tema:
Diseño de una máquina mezcladora de arcilla de ladrillos para
aumentar la producción en el anexo de palián - huancayo
CÁTEDRA : DISEÑO DE MÁQUINAS
CATEDRÁTICO : ING. MAXIMO HUAMAN ADRIANO
Alfaro Paucarchuco Gabriel
ALUMNOS : Apardo Quispe Moryx
Aranda Mendoza Gustavo
Arotoma Veliz Héctor Alfredo
Camarena Alvaro Ronald
Fierro Mendoza Gustavo
Huaroc Espinoza Enrique
Inocente Hinojosa Franklin
Quinte Camacllanqui Jorge
Susanivar Flores Jonny
Huancayo-Perú
2013
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Diseño de una máquina mezcladora de arcilla de
ladrillos para aumentar la producción en el
anexo de palián - huancayo
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I.DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS:
1.1 Contexto del lugar de estudio
El anexo de Palian pertenece al distrito de Huancayo provincia del mismo
nombre del departamento de Junín, se encuentra ubicado en al noreste de
de la ciudad de Huancayo. El anexo de Palian surge a principios de la época
republicana como un Asentamiento rural exclusivamente de carácter
agrícola ganadera posteriormente se construyó la escuela de peritos
agrícolas y la normal de mujeres “La Asunción” hicieron de Palian un anexo
importante y que posteriormente se fue poblando especialmente por
personas desplazadas por el terrorismo de las zona de Huancavelica,
Huánuco, Ayacucho y Pariahuanca; actualmente el colegio estatal “La
Asunción” y el instituto superior tecnológico “Santiago Antúnez de Mayolo” y
otras instituciones privadas consolidan el urbanismo de la zona,
especialmente de parte de personas migrantes las cuales son atraídas por
las oportunidades laborales existente en la zona tal es el caso de la ladrillera
que constituye la principal fuente de trabajo en ingresos en la localidad.
Lo que propone nuestro trabajo, es el diseño de una maquina extrusora de
ladrillos, de esta forma nuestra maquina aumente la producción de ladrillo
contribuyendo con el desarrollo dentro de las numerosas familias dedicadas
a la producción de ladrillo y comercialización de las mismas.
OBJETIVOS DE NUESTRO DISEÑO
Aumentar la producción de ladrillos en el anexo de Palián.
El objetivo de nuestro trabajo será:
2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
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A.- DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Debido a la poca producción y mucha demanda de ladrillos en el Anexo de
Palián- Huancayo; se observa la inexistencia del estado de la tecnología en
su producción, lo cual es muy trabajoso ocasionando pérdidas en material y
mano de obra.
Para ello se busca una solución con el fin de aumentar la producción de
ladrillos, empleando conocimientos y conceptos ya existentes en la
actualidad, y de esta forma cumplir con la demanda del mercado.
En el anexo de Palián en la actualidad, los productores acostumbran a
fabricar el ladrillo utilizando las manos, y distintos accesorios artesanales
que son ineficientes.
Para la solución de dicho problema, se plantea el diseño y la fabricación de
una Maquina extrusora de ladrillos, con características detalladas, sencilla
de usar y de operación fácil.
B.-FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Problema general:
¿Es suficiente la cantidad de producción de ladrillos que los fabricantes
realizan en el anexo de Palián?
C. JUSTIFICACION DEL DISEÑO
Desde el punto de vista didáctico: El diseño de una maquina
extrusora de ladrillos, nos permite obtener logros en el área y el
campo del diseño tanto asistido por computadora, como del diseño a
mano alzada. De esta forma logrando conocimientos y el desarrollo
nuestras habilidades en esa área, así como también se obtendrán
frutos y conocimientos dirigidos a nuestra facultad.
Desde el punto de vista tecnológico: Al culminar el diseño de una
maquina extrusora de ladrillos, nos permitirá aumentar la producción,
teniendo herramientas tecnológicas adecuadas.
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Desde el impacto social: Se estará dando una solución a un
problema que constantemente aqueja a nuestros productores de
ladrillos, de este modo el diseño de nuestra maquina extrusora de
ladrillos mejorará la cantidad de su producción.
D.- DESCRIPCION DE LA ACTIVIDAD: ELABORACION DE LADRILLO.
EL LADRILLO EN EL PERÚ
Los primeros en haber utilizado el ladrillos serían los primitivos que en
su evolución fueron alejándose de las cuevas en las que vivían para
así poder sobrevivir y poco a poco fueron aumentando sus destrezas en la
tierra por lo cual así llegaron a hacer sus casas usando
primeramente madera y cosas de la naturaleza y luego fueron
evolucionando sus conocimientos y ante los factores climáticos tuvieron que
fortalecer sus casas formando así los ladrillos de adobe en un principio pues
su forma de fabricación es muy sencilla por lo cual según los tiempos fueron
pasando y la tecnología avanzando se formaron los ladrillos
de cerámica que son hechos a máquina en la actualidad .
DEFINICIÓN:
El ladrillo es una masa de barro cocida en forma de paralelepípedo
rectangular, de arcilla cocida para construir muros y paredes.
La arcilla: Son partículas finísimas menores de 0.06 mm, de diámetro,
procedentes de la descomposición de rocas feldespáticas. La arcilla pura
recibe el nombre de caolín. Una de las principales propiedades de la arcilla
es su plasticidad, además de ser refractaria. Desempeña un gran papel en la
construcción por ser una materia prima en la fabricación de cementos y de
cerámica. La arcilla es también Adobe.
El adobe es un tabique de barro sin cocer, la tierra con que se hace debe
ser limpia sin piedra y con la menor cantidad posible de arena. En una
excavación hecha previamente en el suelo, se deja remojar la tierra de un
día a otro para que se amase, agregándole suficientemente aguapara formar
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un lodo bien mezclado y macizo, se le revuelven algunos de los
siguientes materiales: paja, sácate, estiércol, hojas de plantas y pelos de
bestia en la proporción 1: 5 para que sirva de amarre al material.
Ciertamente los pobladores del anexo de Palian se dedican a la actividad de
agricultura y a la ganadería pero siendo ente anexo rico en materia prima
para la elaboración de ladrillos impulsa a los pobladores a fabricar estas,
convirtiéndose en uno de los lugares de mayor producción de ladrillos de la
región centro del país.
TIPOS DE LADRILLOS: Según su forma, los ladrillos se clasifican en:
Ladrillo perforado.- Son todos aquellos que tienen perforaciones en la tabla
que ocupen más del 10% de la superficie de la misma. Muy popular para la
ejecución de fachadas de ladrillo visto.
Ladrillo macizo.-Aquellos con menos de un 10% de perforaciones
en la tabla. Algunos modelos presentan rebajes en dichas tablas y en
las testas para ejecución de muros sin llagas.
Ladrillo tejar o manual.-Simulan los antiguos ladrillos de fabricación
artesanal, con apariencia tosca y caras rugosas. Tienen buenas
propiedades ornamentales.
Ladrillo hueco.- son aquellos que poseen perforaciones en el canto
o en la testa, que reducen el volumen de cerámica empleado en
ellos. Son los que se usan para tabiquería que no vaya a sufrir cargas
especiales. Pueden ser de varios tipos:
Rasilla: su grueso y su soga son mucho mayores que su tizón. Sus
dimensiones habituales son 24x11.5x2.5
Ladrillo hueco simple: posee una hilera de perforaciones en la
testa.
Ladrillo hueco doble: posee dos hileras de perforaciones en la
testa.
E.-EL LADRILLO: LO QUE EL ANEXO DE PALIÁN PRODUCE
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De todos los productos que producen los pobladores del anexo de Palian
hemos elegido la elaboración del ladrillo MACIZO por ser el de mayor
producción de la zona.
F.-PROCESO DE LA ELABORACION DEL LADRILLO
Preparación del fango.- Se mezclan las materias primas: tierra y aserrín
por medio de una rueda, con el agregado de agua hasta formar un fango
homogéneo.
Moldeado de los adobes (ladrillos sin cocción).-Luego de que el
fango está listo, los operarios lo buscan en carretillas y lo trasladan a las
canchas de tierra para ser moldeados los adobes. Por medio de sus
manos llenan los moldes que les darán forma según los diferentes tipos y
tamaños de ladrillos.
Secado de lo adobes.-Se debe esperar hasta que los adobes se
puedan manipular y es ahí se ponen al aire libre para su posterior
secado (esto depende de las condiciones climáticas, que aceleran o
retrasan este proceso).
Preparación del Horno.-Una vez que los adobes están completamente
secos (sin contenido de humedad), se procede al armado del horno
(apilado de los adobes para su cocción). El horno se comienza a levantar
en terrenos llanos y firmes con los propios adobes hasta llegar a una
altura de aproximadamente 4 mts. Lo primero que se arma son túneles
en los cuales se coloca leña que es el combustible primario que va a dar
las calorías necesarias para el encendido del carbón mineral. El carbón
mineral se agrega a cada fila de adobes en el armado del horno y es el
que una vez encendido, hará las veces de combustible para que el fuego
se eleve hasta cocinar todos los ladrillos.
Cocción de los ladrillos.- Una vez terminado de armar el horno
(adquiere forma de un trapecio), se debe esperar a que sople el viento
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para ser prendido. Luego se alimentan los túneles con leña durante 12
horas, tiempo en el cual enciende el carbón mineral que se encuentra en
las primeras filas de adobes. Por último se tapan los túneles, que el
proceso continua por si solo. Este proceso dura aproximadamente 7 días
hasta que el fuego alcanza la parte superior del horno y es ahí cuando se
terminan de cocinar los ladrillos.
Preparación para la entrega.-Se comienza con el desarmado del horno
palletizando los ladrillos según su tipo y calidad.
3.-LISTA DE EXIGENCIAS
Luego de haber entrevistado a las personas que trabajan en la elaboración de
ladrillos se elaboró la lista de exigencias para mejorar el proceso de extrusión.
LISTA DE EXIGENCIAS
PROYECTO:
“ Diseño de una
maquina mezcladora de
arcilla para ladrillos”
REDACTADO POR:
GRUPO N 4:
Alfaro Paucarchuco Gabriel
Apardo Quispe Moryx
Aranda Mendoza Gustavo
Arotoma Véliz Héctor AlfredoCLIENTE:
Pobladores dedicados a la
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elaboración de ladrillos en el
anexo de Palián.
Camarena Alvaro Ronald
Fierro Mendoza Gustavo
Huaroc Espinoza Enrrique
Inocente Hinojosa Franklin
Quinte Camacllanqui Jorge
Susanivar Flores Jonny
CARACTERÍSTI
CAS
DESEO O
EXIGENCIA
DESCRIPCION RESPONSABLES
Función E Diseñar una máquina
mezcladora de arcilla para
ladrillos.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Función
E La máquina deberá usarse
para la mezcla homogena
y deberá permitir obtener
ladrillos rápidamente
aumentando su
producción.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Función E La máquina tendrá una
producción aproximada de
mescla para 1000 ladrillos
por día.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Geometría D Las dimensiones de la
máquina serán de acorde
a las exigencias del
productor.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Geometría E Las dimensiones de la
máquina debera serlo
más reducido posible y
asì no ocupar espacio
considerable.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Cinemática E El movimiento de los
componentes de la
maquina tendrán
velocidad constante.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
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Fuerzas E La máquina deberá ser
rígida así tambien deberá
presentar una adecuada
estabilidad.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Energía E
La máquina deberá tener
como fuente a la energía
eléctrica.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Materia E
La materia prima
(arcilla)debe contener la
menor cantidad de
impurezas.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Señales E
La máquina estará
debidamente señalizada
para el adecuado
entendimiento del
operador durante todo el
proceso el cual ha de
llevar a cabo.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Seguridad ELa máquina deberá contar
con elementos de
seguridad (guardas de
protección).
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
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Seguridad
D
La obtencion del ladrillo
debe ser lo más sencillo y
seguro posible para el
operador.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Ergonomía E El sistema de la maquina
deberá permitir al
operador maniobrar con
facilidad y comodidad la
máquina.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Ergonomía
E
El grupo de trabajo que
realizará el proceso de
obtención de ladrillo
deben ser lo minimo
posible de personas.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Fabricación E La máquina deberá contar
con formas constructivas
sencillas que permitan su
fabricación y ensamblado
en el menor tiempo
posible.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Control E
Controlar primero la
cantidad de mezcla que
ingresará a la máquina y
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
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las diversas fuerzas en la
máquina que podrían
provocar daño al ladrillo.
Montaje E La máquina deberá de ser
de fácil montaje y
desmontaje lo cual sea
accesible para el operario.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Montaje D
La máquina deberá
permitir un fácil acceso a
sus componentes para el
mantenimiento de los
mismos.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Transporte E La máquina deberá ser de
fácil transporte al lugar de
trabajo.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Mantenimiento D
Las piezas deberán
presentar un adecuado
diseño lo cual les permitirá
una rápida fabricación y
reemplazo de los
componentes averidos.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
Mantenimiento E El mantenimiento debe
llevarse a cabo con poca
frecuencia. Ser sencillo,
económico y de fácil
entendimiento para el
operario de la máquina.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
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Costos E Los costos de fabricación y
mantenimiento deberán
ser los mínimos posibles.
INTEGRANTES DEL
GRUPO 4
4.-TECNOLOGÍA EXISTENTE
Comprimido de ladrillos Encontramos las siguientes tecnologías:
4.1 MEZACLADO MANUAL
Sistema de mezclado manual; sólo se una las manos y un molde de cajón
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4.2 MEZCLADO MECANICO
Sistema de mezclado mecánico mediante un brazo, palanca aplicando fuerza
eléctrica o mecánica.
4.3 MEZCLADOR HIDRAULICO
Sistema de mezclado de ladrillos mediante la fuerza hidraulica.
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Extrusión de ladrillos Encontramos las siguientes tecnologías:
EXTRUSORA MANUAL
5.- ELABORACION DEL CONCEPTO
Hemos optado por el concepto más simple de mezclar la materia prima para la
fabricación de ladrillos como el uso de splines para la mezcla.
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Para generar los posibles conceptos se inició planteando la solución al requerimiento
que se consideró más importante que es el de contar con una máquina capaz de
realizar la mezcla de manera correcta y que esta máquina facilite las horas de hacerlo
manualmente. Los conceptos partieron de la solución de este requerimiento que desde
luego será la guía para procurar proponer muchos más conceptos a partir de los
requerimientos ya obtenidos anteriormente
5.1 DETERMINAR LA ESTRUCTURA DE FUNCIONES
La lista de exigencias del sistema técnico nos conllevan al uso de
tecnologías modernas que incluyen la automatizaciónlas maquinas ya
existentes utilizan un principio de funcionamiento basado en el
sometimiento de la materia prima a movimientos cinéticos mediante
paletas, lo que provoca un parámetro de desprendimiento no controlado
y discontinuo. Otros dispositivos tienen la característica de realizar la
mezcla mediante splines, aquí podemos tener una mezcla controlado en
dirección y fuerza. El excesivo peso de las mezcladoras comerciales y la
extremada ineficiencia de los dispositivos manuales, nos llevan a pensar
en distintas formas de solucionar esta situación, además de ser caras y
tender al sector industrial, no existe un dispositivo que satisfaga las
necesidades del pequeño empresario del ladrillo, que tal vez tenga solo
un negocio de este producto. En este trabajo nos enfocamos en el
análisis de la solución mediante metodologías aplicables que optimizan
el trabajo y se da una opción para la realización de una maquina
mezcladora eficiente.
5.2 ELABORACIÓN DE LA CAJA NEGRA:
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ENTRADAS:
SEÑALES: Iniciar la marcha de la máquina.
ENERGÍA: Humana para colocar la materia prima.
Energía eléctrica suministrada por el motor.
MATERIA: Entrada de materia prima apta para el proceso.
SALIDAS:
SEÑALES: Indicador de un buen funcionamiento.
ENERGIA: Energía cinética, rotativa, desgaste, calor.
MATERIA: Mezcla homogénea.
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5.3 SECUENCIA DE OPERACIONES.- Presentan la siguiente secuencia de
operaciones.
En la determinación de la secuencia de operaciones, queda muchas veces la
posibilidad de algún cambio.
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6.-MATRIZ MORFOLÓGICA
FUNCIONES
PARCIALES
PORTADORES DE FUNCION
1 2 3
Alimentació
n
valde
Faja Tolva
Acciona la
máquina
Motor Electrico
Ruedas de BicicletaMotor de combustion
Transmision
de fuerza
Engranes
PoleasCadena
Mezcla
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Paletas Spline
Verificación
Eje con porta cuchilla Visual
Salida de
mezcla
Tornillo sin fingravedad
Faja transportadora
S1 S2 S3
6.1-DETERMINACIÓN DEL CONCEPTO ÓPTIMO MEJORANDO Y
VERIFICANDO
Concepto de solución
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Se realiza esquemas de los conceptos de solución, los cuales se muestran
en el anexo 3, y se procede a hacer una evaluación tomando valores del 1
al 4, donde:
0: No aceptable 2: Suficiente 4: Muy satisfactorio
1: poco satisfactorio 3: Satisfactorio
La calificación se muestra en la siguiente tabla:
Tabla Calificación de los conceptos de solución
No. Criterios técnicos y
económicos
Soluciones
1 2 3
1 Estabilidad 3 3 2
2 Número de operarios 3 3 3
3 Facilidad de manejo 3 3 2
4 Buen uso de fuerza 3 3 3
5 Costo de tecnología 2 3 2
6 Costo de operación 1 1 3
7 Seguridad 3 3 3
8 Rapidez 3 3 2
9 Facilidad de montaje 3 3 1
10 Posibilidad de
automatización
2 3 1
Suma total 26 28 22
El concepto que tuvo mayor puntaje fue el número 2. Se describe las partes de
ella.
6.2.-SELECCIÓN DEL PROYECTO PRELIMINAR
Determinación de los puntos de orientación para elaboración de formas.
CONFIGURACION DE LA MAQUINA
a. BASE
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Las dimensiones de la base están dadas especialmente por las dimensiones de
la mescladora:
Las dimensiones se encuentran especificadas en los planos respectivos en los anexos.
a. COJINETES.
La selección del rodamiento se tomó en cuenta de acuerdo a:
Rodamientos Radiales: son aquellos que están diseñados para resistir cargas
en dirección perpendicular al eje. Constan en forma general de tres
piezas: Un aro exterior, un aro interior y un elemento rodante con algún
tipo de canastillo o jaula.
El más común son las bolas de rodamiento, muy útiles para cargas
livianas y medianas.
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b. EJE:
Como el eje es un elemento que trabaja a tensiones la selección del
diámetro se hizo especialmente tomando en cuenta la disposición del
sistema, y la comodidad del trabajo.
Las dimensiones se encuentran especificadas en los planos respectivos en
los anexos.
7.-DETERMINACION DEL TIPO DE MATERIAL Y LOS PROCESOS DE FABRICACION.
PIEZA MATERIAL PROCESO
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Base Hierro Maquinado
Eje de “Pelado” Acero Maquinado
Cojinete deslizante Hierro Maquinado
cojinetes Acero maquinado
volante hierro maquinado
Elemento de ajuste hierro maquinado
soportes hierro soldadura
8.-INDICACIONES CON LAS CARACTERISITICAS PRINCIPALES PARA LA
EVALUACION DE DISEÑOS DE DISEÑOS EN LA FASE DE PROYECTO PRELIMINAR
Y DEFINITIVO.
CARACTERISTICA
PRINCIPAL DESCRIPCIÓN
FUNCION
Mesclar los componentes para la fabricación del ladrillo
FORMA
De tamaño regular, pudiendo instalarse en áreas de trabajo
aceptable, teniendo un buen peso por los mecanismos
utilizados.
DISEÑO
El diseño se va analizando de acuerdo a los requerimientos de
la máquina, tomando en cuenta las dimensiones del eje, con una
duración prolongada de tiempo y como consecuencia teniendo
un desgaste en los diferentes dispositivos que participan en la
operación como en los rodamientos y engranes.
SEGURIDAD
La maquina presenta una seguridad de trabajo por la forma de
su diseño, y también no emana ningún gas ni residuos líquidos y
sólidos tóxicos.
ERGONOMIA
El operador tendrá toda la comodidad necesaria teniendo que
trabajar sin ninguna restricción a sus movimientos.
Construcción de la base de soporte para toda la máquina,
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FABRICACIÓN teniendo una buena resistencia.
CONTROL (CALIDAD) Respectiva prueba de operatividad de un buen servicio y la
calidad de la faja antes de su empalme.
MONTAJE
El montaje es por medio del sistema de tornillos y soldadura
TRANSPORTE Facilidad en el transporte por medios humanos y
mecánicos.
USO Fácil operatividad con funciones específicas y el uso de
materiales especiales.
MANTENIMIENTO
Mantenimiento por parte del operador ya sea por inspección
y reparación. Lubricación de las piezas móviles
COSTOS
PLAZOS El diseño está previsto al final del presente semestre.
9.-DETERMINAR EL PROYECTO.
A. RESTRICCIONES EN EL PROYECTO
1. Funciones:
- Mesclar el barro para la fabricación del ladrillo
2. Fabricación:
- De elementos a la paleta de mezclado..
3. Deformación.
-Del eje por acción del de la fuerza tangencial a la que está sometido.
4. Maquinado.
- De los base para rodamientos y compuertas
5. Montaje:
-De los todo el equipo considerando los componentes principales
6. Tolerancias.
- Acople de rodamientos.
B. SOLICITACIONES.
- Flujo de dureza.
Frecuencia de tensión en el eje
- Tensiones admisibles.
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Conocer las propiedades del barro.
- Rigidez entalladuras.
Entalladura de los cojinetes.
C. CONTABILIDAD.
No se tiene los costos globales, por ser un diseño que implica múltiples
mecanismos y accesorios.
D. PRUEBAS Y CONTROL DE CALIDAD.
Disponibilidad de tiempo del operador.
E. PROPIEDADES DE MATERIALES.
Conductividad eléctrica, cargas electrostáticas.
Aislamiento de las cargas eléctricas, con todo el sistema.
F. INFLUENCIA DEL MEDIO AMBIENTE, DESTRUCCIÓN DEL MEDIO AMBIENTE.
- Polvo y arena.
Ambiente ventilado.
Humedad del aire (condensación)
Por estar expuesto directamente al medio ambiente.
Calor, temperatura.
No todo el sistema estará instalado en un lugar apropiado.
Presión atmosférica.
Expuesto totalmente todo el sistema.
Bacteria, termitas, otras formas de vida.
Al estar por mucho tiempo sin limpiar la malla metálica.
G. INFLUENCIAS PROPIAS AUTODESTRUCCIÓN.
Fricción.
En los rodamientos, engranajes y la cremallera.
Resistencia propia.
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La inercia del sistema.
H. TRIBOLOGÍA.
Lubricación.
De los rodamientos, de los engranajes, de los cojinetes
deslizantes.
Desgaste y duración.
Engranajes y cremallera.
I. MANTENIMIENTO.
Mantenimiento mínimo.
Lubricación de rodamientos, engranajes, cojinetes
deslizantes.
Mantenimiento fácil.
Afilado de la cuchilla.
J. PESO (CONSTRUCCIÓN LIGERA)
Por ser planchas metálicas con dimensiones base de una faja transportadora,
cremallera y engranajes se tendrá un considerable peso de todo el sistema.
K. VOLUMEN (MINIATURIZACIÓN)
El volumen de todo el sistema con respecto al tiempo de trabajo es
determinante.
L. MASA.
Reducción de masa.
Cambio en ladisposición de la base, ensamble a una mesa
exterior.
Compensación de masa.
Material adecuado para carcaza de elementos de transmisión.
M. RESTRICCIONES ECONÓMICAS
Costo mínimo.
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- A fabricación.
Fabricación del eje y compuertas.
- A montaje.
Soldadura de la cremallera a la base.
- A almacenamiento.
Por ocupar poco volumen superficial.
- A transporte entre otros.
Fácil desmontaje.
Costo mínimo referido a cantidad y calidad de los materiales.
Fabricación de los engranajes y cremallera.
Costo mínimo de funcionamiento (costo de operación).
Mano de obra.
Empleo de partes y piezas estandarizados y normalizados.
Los rodamientos.
N. RESTRICCIONES CONDICIONADAS POR EL MEDIO.
Emisiones.
-ruidos molestos.
De la franja de faja al momento del “pelado”.
Recirculación (resanting)
-Todo lo que se fabrica debe ser capaz de reciclarse.
De acuerdo a las propiedades del material.
O. RESTRICCIONES ERGONÓMICAS.
Manipulación.
-Servicio.
Del operador con la dirección de giro del eje por medio de los engranajes y
por estar todo el tiempo de operación de pie.
P. RESTRICCIONES BASADAS EN LAS CONDICIONES DE SEGURIDAD DE LA
VIDA Y LA SALUD.
Amortiguación de choques.
Entre engranajes .y la cremallera.
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Seguridad contra fragmentos o fragmentación.
Por el desgaste de los engranajes, cremallera y rodamientos.
Q. RESTRICIONES COMO CONSECUENCIA DE LAS CONDICIONES DEL
MERCADO.
Diseño, apariencia, forma.
Horas de operación y normalmente el empalme de una faja nueva en la minería
se hace mínimo cada mes.
Patentes.
Ninguno, porque no existe una maquina con estas características.
10.-REGLAS BASICAS PARA PROYECTAR.
CARACTERISTICA
PRINCIPAL
Función Mezcladora de arcilla con paja y agua
Principios-Efectos Movimiento horizontal y rotación de un eje que genere
mezclado de la amasa
Diseño Mecanismos y equipo con sus respectivas propiedades y
características especificadas.
Seguridad Principalmente del operador al no estar en contacto con
el proceso. Las piezas bien soldadas y atornilladas en la
base.
Ergonomía Fácil manejo por su ubicación de los dispositivos de
manipulación de la maquina en la parte donde se ubica
el operador.
Fabricación Técnicamente con conocimiento de maquinas
herramientas para minimizar el costo de la fabricación de
la maquina.
Control (calidad) Un riguroso control de la faja en sus dos extremos, para
su posterior empalme.
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Montaje El montaje se realiza en el lugar mismo donde se quiera
instalar el sistema, siempre contando con las mínimas
requerimientos para estas labores de montaje.
Transporte El peso de la maquina muy fácilmente se puede
transportar con un sistema mecánico o con la
colaboración de 4 personas.
Uso Como toda máquina tiende a tener beneficios en cuanto
al uso, principalmente en la maniobrabilidad por parte
del operador.
Mantenimiento Se aplica el mantenimiento Preventivo de todo el sistema
para evitar las horas muertas.
Costos Se esta en la parte del diseño, por tanto no se tiene un
costo global.
Plazos En cuanto al diseño, no hay variaciones en el plazo por
que precisamente se culmina este semestre académico.
11.-DISPOSICION DEFINITIVA, ELABORACION DE LAS FORMAS DIMENSIONAR (EN
PARTE)
Todas las dimensiones y características de todos los elementos se encuentran en los
planos (anexo)
FIJAR COMPLETAMENTE Y DEFINITIVAMENTE EL MATERIAL Y LOS
PROCESOS DE FABRICACIÓN.
Las características de los procesos de fabricación se detallan en los planos
“Descripción (anexo)
OPTIMIZAR LAS ZONAS DE CONFIGURACIÓN.
La configuración óptima del sistema se muestra en el ensamble de la máquina
detallada en anexos.
REPRESENTAR EL PROYECTO DE CONSTRUCCION (DISEÑO).
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Cada elemento de la máquina a diseñas se muestra en una vista isométrica
(anexos)
12.-DETERMINAR EL PROYECTO ÓPTIMO DEL DISEÑO, EVALUAR, MEJORAR Y
VERIFICAR.
Todo el sistema con sus dimensiones y características de acuerdo a los planos y los
cálculos realizados cumplen su función establecida.
Para el proyecto preliminar se consideran los pasos que sigue el operario y las
etapas por las que está sometida la botella, estas son mencionadas a continuación.
Para tener más detalle acerca de los pasos del usuario ver anexo.
En el siguiente anexo se puede ver los esquemas de los proyectos preliminares.
Se presenta la evaluación de proyectos preliminares en dos tablas una evaluando
únicamente la parte técnica y la otra la parte económica. Se tienen las siguientes
consideraciones:
P: PUNTAJE DE 0 A 4 (ESCALA DE VALORES SEGÚN VDI2225)
0= NO SATISFACE 1= CASI ACEPTABLE 2= SUFICIENTE
3= BIEN 4= MUY BIEN (IDEAL)
G :EL PESO PONDERADO ESTÁ EN FUNCIÓN DE LOS CRITERIOS DE
EVALUACIÓN
Se hace el diagrama de evaluación de proyectos preliminares según VDI2225, en el
cual se da a conocer la alternativa que tenga el mejor valor técnico o económico y
el mayor balance técnico-económico La alternativa que sea cerca más al valor ideal
y que está más cerca a la línea diagonal es el proyecto 2.
13.-E VALUAC I ÓN DE PROY E CTOS P RE L IMINA R ES S E G ÚN EL VALOR
TÉ C N I CO
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DISEÑO MECÁNICO-EVALUACIÓN DEPROYECTOS
Valor Técnico (xi)
Área de
Diseño
Proyecto: MÁQUINA MEZCLADORA DE ARCILLA
Criterios de evaluación para diseño en fase de conceptos ó proyectos
Variantes deProyectos Solución 1 Solución 2 Solución 3
Solución
ideal
Nr. Criterios de
evaluación
g p gp p gp p gp p gp
1 Función 9 3 27 3 27 3 27 4 36
2 Forma 6 2 12 2 12 3 18 4 24
3 Diseño 8 2 16 3 24 3 24 4 32
4 Seguridad 8 2 16 3 24 2 16 4 32
5 Ergonomía 5 3 15 3 15 3 15 4 20
6 Fabricación 7 2 14 3 21 3 21 4 28
8 Montaje 5 3 15 3 15 2 10 4 20
9 Transporte 3 3 9 2 6 3 9 4 12
10 Uso 7 2 14 2 14 2 14 4 28
11 Mantenimiento 8 2 16 3 24 2 16 4 32
Puntaje máx ∑ ó ∑g 28 154 27 182 35 170 - 264
Valor técnico xi - 0,58 - 0,69 - 0,64 - 1,00
Orden - 3 - 1 - 2 - -
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14.-EVALUACIÓN DE PROYECTOS PRELIMINARES SEGÚN EL VALOR
ECONÓMICO
DISEÑO MECÁNICO-EVALUACIÓN DEPROYECTOS
Valor Económico (yi) Área de Diseño
Proyecto: MÁQUINA MEZCLADORA DE ARCILLA
Criterios de evaluación para diseño en fase de conceptos ó proyectos
Variantes de Proyectos Solución 1 Solución 2 Solución 3Solución
ideal
N
r.
Criterios de
evaluación
g p gp p gp p gp p gp
1 Función 7 3 21 3 21 3 21 4 28
2 Forma 7 2 14 3 21 3 21 4 28
3 Diseño 8 2 16 3 24 2 16 4 32
4 Seguridad 6 2 12 3 18 3 18 4 24
5 Ergonomía 6 3 18 3 18 3 18 4 24
6 Fabricación 8 2 16 3 24 2 16 4 32
8 Montaje 6 2 12 2 12 2 12 4 24
9 Transporte 6 2 12 2 12 2 12 4 24
1
0
Uso 7 3 21 3 21 3 21 4 28
1
1
Mantenimiento 8 1 8 3 24 2 16 4 32
Puntaje máx ∑ ó
∑g
- 150 - 195 - 171 - 276
Valor económico yi - 0,54 - 0,70 - 0,62 - 1,00
Orden - 3 - 1 - 2 - -
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Chart Title
valor tecnico X
valo
r eco
nom
ico
Y
SOLUCIÓN 1
SOLUCIÓN 2
SOLUCIÓN 3
34
CONCLUSIÓN:
Observamos el grafico de rendimientos, seleccionamos la maquina optima, que en
este caso puede ser la soluciónS2, porque están en el mismo rango de aceptación
entre (60-80%).
En cuanto a la evaluación técnica, podemos observar en el cuadro que la máquina
S1 resulta ser la más aceptable, seguido por la máquina S3.
Entonces de acuerdo a estos parámetros analizados al rendimiento, escogemos la
máquina S2.
35
15.-CALCULOS DE DISEÑO DE LA MAQUINA MESCLADORA DE ARCILLA
PARA LADRILLOS
CALCULO DE LA POTENCIA NOMINAL DEL MOTOR
Los cálculos que se realizan son en base a los requerimientos encontrados en el
diseño de la mezcladora de arcilla; donde: el árbol principal (ORGANO DE TRABAJO)
debe de girar a unos 200RPM, el diámetro de la polea mayor por condiciones del
diseño y expuesto a la intemperie acotamos unas 20 pulgadas y la fuerza necesaria a
la que se debe de aplicar es tomada por la capacidad de un obrero, el cual
determinamos aproximadamente de 700.8 N y la fuerza de empuje contra el árbol de
995 N.
La potencia para hacer mover el árbol será:
P=txω
t=Fxr=700.8 x10 x2.54100
t=178Nm
P=178 x200 x 2π60
P=5HP
Determinamos la potencia del motor.
Donde:
Eficiencia de la chaveta=0.98
Eficiencia de los rodamientos=0.999 (dos elementos).
Eficiencia de la faja=0.9
Pm=5
0.98 x 0.9992 x 0.9
Pm=5.68HP
36
Hallando la potencia real del motor.
Pr=F .Sx PmF .S=1.2
Pr=1.2x 5.68
Pr=6.8HP
Hallando la potencia nominal del motor.
PN=Pr+P perdidas
PN=6.8+0.1x 6.8
PN=7.49HP
PN=7.5HP por ser de fabricacíon.
Seleccionamos el tipo de motor.
7.5 HP 575RPM 695RPM 870RP
M
1160RPM
POLO
S
8 8 6 6
Según motores bajo estandarización NEMA MG1-14.43a.
De lo cual realizamos un cálculo técnico para determinar el número de
RPM.
La relación de transmisión para fajas en V es≤10; donde mediante
prueba y error tenemos una relación de µt=3.5(el por qué de esta
determinación lo sustentamos en la determinación del diámetro menor
de la polea, por lo cual nos basamos en diámetros estándares).
Dónde:
Nm=µt x NOT
Nm=3.5x 200
Nm=700RPM
37
Según motores bajo estandarización NEMA MG1-14.43a
seleccionamos el motor trifásico de 7.5 HP, 695 RPM y con 8 polos.
Comprobamos si la elección es correcta.
µp=695200
µp=3.475
100%|µp−µtµ t |≤5%100%|3.475−3.53.5 |≤5%
0.719%≤5% el cualcumple lacondición y laelección escorrecta
Calculamos los torques.
Torque en el motor.
T m=Pmω
= 7.5x 746695 x2 π60
T m=76.8Nm
Torque en el órgano de trabajo.
T OT=76.8 x 0.98 x0.9 x0.8 x 0.9992 x 3.5
T OT=189.3Nm
189.3≥178Nmel cual tambien cumple la condición
38
CÁLCULO DEL DIÁMETRO DEL EJE.
Con los datos de requerimiento se tiene: F= 700.8 N; T=178Nm; fuerza axial de
995 N.
Determinamos la distribución de fuerzas sobre el eje con los datos de:
ρ=3200kg/m3, y ѵ=0.5m3
m=ѵρ=3200 x0.5=1600kg
Wtotal=1600 x 9.81=15696N
W∗¿15696/3=5232N
ω=5232/2=2616N /m, (Por que la masa va rodear una longitud de 2 metros)
y
F
W = 2616 N/m
Bz
Z By Dz
Dy
x
39
. Determinamos las fuerzas.
∑ Fx=0 Bx=Dx=995N
∑ Fy=0By+Dy=2616 x 2=5232
∑ Fz=0 F+Dz=Bz Dz=Bz−700.8
∑Mz=0 By(0.2)+Dy (2.2)=2616 x 2x 1.2By+11Dy=31392
∑My=0 Bz(0.2)=Dz (2.2)Bz=11Dz
∑Mx=0T=M=178Nm
Resolviendo las ecuacionestenemos:
Dy=2616N By=2616N Dz=70.08N Bz=770.88N
Determinamos la carga radial y la carga axial.
F rB=√26162+770.882
F rB=2727.2N
F rD=√26162+70.082
F rD=2617N
Fa=995N
Diagrama fuerza cortante y momento flector.
Plano xy
40
0≤ x≤0.2
V=0 M=0
0.2≤x ≤2.2
V=2616−2616(X−0.2)V=2616(1.2−X)
M=2616 (X−0.2 )−2 616 (X−0.2 ) (X−0.2 )2
M=2616(1.2 x−0.22−0.5 x2)M (1.2)=1308Nm
2.20≤ x≤2.4
41
V=0 M=0
Plano xz
0≤ x≤0.2
V=700.8M=700.8 x
0.2≤x ≤2.2
42
V=700.8−770.88V=−70.08
M=700.8 x−770.88( x−0.2)M=−70.08 x+154.176M (1.2)=70.08Nm
2.2≤x ≤2.4
V=700.8+70.08−770.88V=0
M=700.8 x+70.08(x−2.2)−770.88 (x−0.2)M=0
GRAFICAS CORRESPONDIENTES
43
Determinamos el momento flector resultante en el punto crítico que es la sección C.
M=√13082+70.082
M=1309.876Nm=1309876.027Nmm
T=178Nm=178000Nmm
Determinación de los esfuerzos en la zona crítica, (alternante puro) determinando los
análisis por el criterio de carga variable en el análisis de fatiga.
σ xa=32 x1309876.027
πx d3=13342287.65
d3
σ xm=0σ ya=0
44
σ ym=0
τ xym=16 x 178000
πx d3=906546.5559
d3
Aproximando el factor de concentración de esfuerzos en la zona crítica.
No hay cambio de sección K FFa =1
Preparación del área de soldadura K FFb =1.5
Factor de soldadura K FFc =1.8
No hay canal chavetero K FFd =1
No hay ajuste por presión K FFe =1
No hay sección roscada K FFf =1
Factor total=1x1.5x1.8x1x1x1=2.7
Calculo del esfuerzo de trabajo.
σ xa=2.7 x13342287.65
d3
σ xa=36024 176.66
d3
τ xym=906546.5559
d3
Calculo del límite correcto de fatiga Se
Nota: El material es acero comercial para ejes que en sus propiedades se
asemeja al ANSI 1045; donde:
Sµ=65 kgf /mm2
Sγ=38 kgf /mm2
45
Se=K aKbK cK dSe’
Se’=0.5 Sµ=0.5 x650
Se’=325N /mm2
Factores que modifican el límite de fatiga.
Acabado superficial (maquinado)
Ka=aSγb=1.58 (380)−0.085 Donde a y b de tablas de Shigley pag 318 DIM.
Ka=0.9536
J=Factor de tamaño
Kb=0.75 Para flexión y torsión (Shigley pag 318 Diseño de ingeniería
mecánica)
J=Factor de confiabilidad
Con una probabilidad de falla de 0.1%
K c=0.752
J=Factor de temperatura.
K c=1 Temperatura aproximada= 20º C
J=Factor de efectos varios.
Kd=1
Magnitud del límite de fatiga.
Se=0.9536 x 0.75 x0.752 x1 x1 x325
Se=174.8N /mm2=MPa
Calculo del diámetro del eje. (VON MISES)
46
σ m2=σ xm
2 +σ ym2 −σ xmσ ym+τ xym
2
σ m2=3¿
σ m=1570184.694
d3
σ a2=σ xa
2 +σ ya2 −σ xaσ ya+τ xya
2
σ a=36024176.66
d3
Por fatiga con factor de seguridad de 2.
1F .S
=σmSµ
+σ aSe
12=1570184.694
650d3+36024 176.66
174.8d3
d=74.7mm≌75mm≌3’ ’
Por fluencia con un factor de seguridad de 2.
F . S=Sγ
σ m+σa
2= 3801570184.694
d3+36024176.66
d3
d=58.27mm≌2.3’’
Definición del diámetro del eje.
El diámetro del eje será de 75mm con un factor de seguridad de 2.
ϕeje=75mmcon F . S=2
CÁLCULO Y SELECCIÓN DE FAJAS
47
Seleccionamos el tipo de faja en V y las dimensiones de las poleas con los
datos siguientes:
El eje de la mescladora debe girar a unos 200 RPM y la distancia entre centros
aproximado debe ser de 65 cm equivalente a 26”; el diámetro de la polea
mayor es por requerimiento de 20”, donde el motor que requerimos es de 7.5
HP-695 RPM.
De la tabla 1 (pág. 131; Elementos de maquinas por M. Salvador)
seleccionamos el factor de servicio de 1.2 y determinamos la potencia de
diseño que es :
HPd=7.5 X1.2=9H P
De la figura 1(pág. 134; Elementos de maquinas por M. Salvador)con los
datos de 9 HP y 695 RPM determinamos la sección de faja tipo B.
Determinamos la relación de transmisión:
mg=695200
=3.475
De la tabla 4 (pág. 135; Elementos de maquinas por M. Salvador)
determinamos el diámetro menor de las poleas estándares, como
diámetro mayor por requerimiento tenemos 20” el cual también es un
diámetro estándar para la sección tipo B; entonces:
d=20/3.475
d=5.76≌5.8
d=5.8
Determinamos la longitud de la faja aproximada.
Laprox=2x 26+1.65(20+5.8)=94.57”
De la tabla 7 (pág. 136; Elementos de maquinas por M. Salvador) la longitud
estándar más aproximado es 94.8”.
De la cual seleccionamos la faja Nª B 93.
48
Entonces la distancia correcta entre centros será:
94.8=2xc+π /2 x (20+5.8)+(20−5.8)2/(4 xc)
c=26.173”
Por lo tanto la distancia entre centro correcta es de c=26.173”
Hallamos el factor de corrección por ángulo de contacto de la tabla 5 (pág. 135;
Elementos de maquinas por M. Salvador) e interpolando.
D−dc
=20−5.823.173
=0.54
Kθ=0.922
Determinamos el factor de corrección por longitud de faja de la tabla 7(pág.
136; Elementos de maquinas por M. Salvador).
Kl=1.01
La potencia por faja de la tabla 9(pág. 140; Elementos de maquinas por M.
Salvador) con 695 RPM y 5.8” de diámetro menor e interpolando.
HPfaja
=2.8235HP
La potencia adicional por relación de transmisión de la tabla 6 (pág. 135;
Elementos de maquinas por M. Salvador) con los datos de la sección tipo B y
relación de transmisión de mg=3.475 y 695 RPM
HPadicionalfaja
=0.04246x 695100
=0.295HP
Entonces la potencia que se puede transmitir para las condiciones dadas será:
HPfaja
=(2.8235+0.295 ) x 0.922 x1.01=2.904HP
49
Determinamos el número de fajas necesarias.
Numerode fajas= 92.904
=3.09≈3 fajas
Conclusión:
3 fajas en V – B93 con poleas de diámetro mayor de 20” y de diámetro
menor de 5.8” y con una distancia entre centros de 26.173”.
CALCULO DE LOS RODAMIENTOS.
Con los datos de requerimiento y determinados en el cálculo del diámetro del eje
tenemos:
F rB=2727.2N=2.72KN
F rD=2617N=2.61KN
Fa=995N=0.995KN
N=200RPM
ϕeje=75mm
Seleccionamos rodamiento rígido de bolas el cual se usa para soportar cargas
combinadas (radial y axial) pequeñas y medianas.
Donde la duración de horas de servicio lo determinamos de la tabla Nº 1(Diseño
de elementos de máquinas de Fortunato Alva Dávila pag.126), que es de 25 000
horas.
Duración expresada en millones de revoluciones.
L=60N Lh106
=60 x200 x 25000106
=300
Seguridad de carga requerida.
50
CP
=L1p=300
13=6.69 p=3 pararodamientosde bola
Relación de carga axial y radial en los apoyos B y D.
Apoyo B
FaF r
=0.9952.72
=0.36
Apoyo D
FaF r
=0.9952.61
=0.38
Si consideramos FaF r≤e ; se debe de tener: a) e≥0.36,b)e≥0.38 se
tendría para ambos casos x=1 ; y=0 ;(Diseño de elementos de
maquinas por Fortunato Alva Dávila pag.128, del ábaco).
Con lo cual la carga equivalente será:
P=x Fr+ y Fa
Apoyo B
P=F r=2.72KN
Apoyo D
P=F r=2.61KN
Y la capacidad de carga dinámica será:
Apoyo B
C=6.69 x2.72C=18.19KN
Apoyo D
C=6.69 x2.61C=17.46KN
Si fuera FaF r
>e ; se debe de tener: (Diseño de elementos de
maquinas por Fortunato Alva Dávila pag.128, del ábaco).
Apoyo B
e<0.36 se tendria x=0.56
51
1.225< y ≤2
La carga equivalente sería:
0.56 x 2.72+1.225x 0.995<P≤0.56 x2.72+2 x0.995
2.74<P≤3.51KN
La capacidad de carga dinámica será:
2.74 x 6.69<C≤3.51x 6.69
18.33<C ≤23.48KN
Apoyo D
e<0.38 se tendria x=0.56
1.175< y ≤2
La carga equivalente sería:
0.56 x 2.61+1.175x 0.995<P≤0.56 x2.61+2 x0.995
2.63<P≤3.45KN
La capacidad de carga dinámica será:
2.63 x6.69<C≤3.45 x 6.69
15.59<C≤23KN
De la tabla de rodamientos rígidos de bolas (pag. 149; Diseño de
elementos de máquinas por Fortunato Alva Dávila ) se escogerán
aquellos cuyo diámetro sea de 75 mm y con capacidad de carga
dinámica de por lo menos en el apoyo B de 18.19 KN y en el
apoyo D de 15.59 KN.
De la tabla de rodamiento rígido de bolas tenemos que para
ambos apoyos cumple el rodamiento Nº 160 15, de la serie 160;
Con C=22KN ,C0=20KN ,RPM maxcon gr asa=5600 RPM .
Luego:
FaC0
=0.99520
=0.04975
52
Que resulta ser mucho menor que 0.36 y 0.38; por lo tanto x=1 , y=0;
por consiguiente la capacidad de carga dinámica requerida será: en el
apoyo B de C=18.19KN y en el apoyo D de C=17.46KN , que son
menores que las permitidas.
En conclusión debemos de usar 2 rodamientos rígidos de bolas Nº 160 15.
16.- MATERIALES A UTILIZAR PARA LA FABRICACION Y COSTOS
MATERIAL CANTIDAD PRECIO S/.
PLANCHAS T1 1.20m X 2.40m X 1/4 5 2700.00
ANGULO 2X2X1/4 1 85.00
VIGAS U 2X2X1/4 6 660.00
COJINETES 2 200.00
MOTOR 7.5 HP 1 2200.00
Kg SOLDADURA SUPERCITO 5/32” 2 45.00
EJE DE 3”x2.2 m 1 1200.00
EJE CUADRADO DE 1”X1”X6m 1 800.00
POLEAS 2 200.00
SELLO MECANICO 2 100.00
FABRICACION DE MEZCLADORA 1 1200.00
TOTAL 9390.00