trabajo previo a la obtenciÓn del titulo: ingeniero en
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
TEMA: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
TRITURADORA SEMIAUTOMÁTICA PARA ESPONJA DE POLIURETANO”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO: INGENIERO EN MECATRÓNICA
NOMBRE: LUIS EDUARDO FERNANDEZ ÑATO
DIRECTOR: ING. ALEXYS VINUEZA
QUITO - ECUADOR
2015
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2015 Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN DE AUTORIA
Yo LUIS EDUARDO FERNÁNDEZ ÑATO, declaro que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para
ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional
vigente.
_________________________
Luis Eduardo Fernández Ñato
172149693-1
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y construcción
de un prototipo de trituradora semiautomática para esponja de
poliuretano”, que, para aspirar al título de Ingeniero en Mecatrónica fue
desarrollado por Luis Eduardo Fernández Ñato, bajo mi dirección y
supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las
condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos
18 y 25.
___________________
ING. ALEXYS F. VINUEZA LOZADA MSC.
DIRECTOR DELTRABAJO
C.I. 1714711056
AGRADECIMIENTO
A Dios, por cada mañana al despertar me permite ver su grandeza y está
conmigo en cada momento y cada paso que doy. Quien me llena de
bendiciones día a día.
“No temas, porque yo estoy contigo; no desmayes, porque yo soy tu Dios
que te esfuerzo; siempre te ayudaré, siempre te sustentaré con la diestra
de mi justicia.
Isaías 41:10”.
A mis padres: Luis y Alicia, quienes gracias a su amor, paciencia y sacrificio,
han velador por mí, me han apoyado en mi formación académica y en cada
proyecto que he emprendido.
A mis hermanos Edgar y Liliana, por su apoyo.
Un agradecimiento especial al Ing. Alexys Vinueza, Director de Tesis, por su
colaboración y dirección en el desarrollo de este proyecto.
Al Centro de Tapizado y Retapizado Victoria por permitirme aplicar mis
conocimientos en sus instalaciones.
A la Universidad Tecnológica Equinoccial, quien me abrió sus puertas para
mi formación y superación profesional.
Finalmente a todos los catedráticos de la carrera de Ing. Mecatronica
quienes me impartieron sus conocimientos para mi formación profesional.
i
INDICE DE CONTENIDO
RESUMEN .................................................................................................... XI
SUMMARY .................................................................................................. XII
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................
1.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................ 2
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................... 2
2. MARCO TEÓRICO ................................................................................
2.1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLANTA ............................... 4
2.1.1. Área de costura ...................................................................... 5
2.1.2. Área de carpintería ................................................................. 5
2.1.3. Área de tapizado .................................................................... 6
2.1.4. Almacenamiento .................................................................... 6
2.2. INTRODUCCIÓN A LA FABRICACIÓN DE MUEBLES ............... 7
2.3. FUNCIONAMIENTO ACTUAL DEL PROCESO .......................... 7
2.3.1. Construcción de armazones .................................................. 7
2.3.2. Tapizado ................................................................................ 8
2.3.3. Corte de espuma de poliuretano ............................................ 9
2.3.4. Costura .................................................................................. 9
2.3.4.1. Cortes de tela y plumón .................................................... 9
2.3.4.2. Cocido ............................................................................... 9
2.3.5. Almacenado ......................................................................... 10
2.4. POLÍMEROS ............................................................................ 11
2.4.1. Definición ............................................................................. 11
2.4.2. Propiedades mecánicas ....................................................... 11
2.4.3. Polímeros comerciales ......................................................... 11
2.4.3.1. Plásticos .......................................................................... 12
2.4.3.2. Elastómeros ......................................................................... 13
2.4.3.3. Fibras ................................................................................... 14
ii
2.5. POLIURETANO ........................................................................ 14
2.5.1. Origen y composición ........................................................... 14
2.5.2. Tipos de espuma de poliuretano .......................................... 15
2.5.2.1. Espuma de poliuretano flexible de baja densidad ........... 15
2.5.2.2. Espuma de poliuretano rígidas de baja densidad ............ 16
2.5.2.3. Espuma de poliuretano rígidas de alta densidad. ............ 17
2.5.3. Características y propiedades .............................................. 17
2.5.3.1. Propiedades físicas ......................................................... 18
2.5.3.2. Propiedades mecánicas .................................................. 19
2.5.3.3. Aplicaciones .................................................................... 19
2.6. TRITURACIÓN ......................................................................... 19
2.6.1. Trituradoras ........................................................................... 21
2.6.1.1. Tipos de trituradoras ....................................................... 21
2.6.1.2. Utilización ........................................................................ 23
2.7. MÁQUINA DE TRITURACIÓN DE POLIURETANO .................. 23
2.7.1. Parametros de diseño .......................................................... 23
2.7.2. Bastidor ................................................................................ 24
2.7.2.1. Estructuras metálicas ...................................................... 24
2.7.2.2. Soldadura ........................................................................ 25
2.7.3. Caja de trituración ................................................................ 25
2.7.4. Aspas o cuchillas ................................................................. 26
2.7.5. Polea .................................................................................... 26
2.7.6. Bandas de transmisión ......................................................... 27
2.7.7. Tamiz ................................................................................... 27
2.7.8. Cálculo de la potencia .......................................................... 27
2.7.9. Cálculo de ejes..................................................................... 28
2.7.10. Cálculo de columnas ............................................................ 29
2.8. MOTORES ELÉCTRICOS ........................................................ 30
2.8.1. Clasificaciòn de motores ac ................................................. 31
2.8.2. Protección ............................................................................ 33
2.8.3. Campos de aplicación .......................................................... 35
2.8.4. Variadores de frecuencia ..................................................... 35
iii
2.8.5. Contactores .......................................................................... 36
2.8.6. Pulsadores ........................................................................... 37
2.9. SENSORES Y TRANSDUCTORES .......................................... 39
2.9.1. Terminología del funcionamiento ......................................... 39
2.9.2. Tipo de sensores .................................................................. 40
2.9.3. Tipo de transductores .......................................................... 41
2.10. AUTOMATIZACIÓN .................................................................. 42
2.10.1. Sistemas de control .............................................................. 42
2.10.2. PLC ...................................................................................... 43
2.10.2.1. Tipos de PLC ................................................................... 44
2.10.2.2. Lenguajes de programación ............................................ 46
2.10.2.3. PLC Logo ........................................................................ 46
2.10.2.4. Aplicaciones industriales ................................................. 48
3. METODOLOGÍA ....................................................................................
3.1. REQUERIMIENTOS DEL PROTOTIPO .................................... 50
3.1.1. Corte de esponja .................................................................. 50
3.1.2. Capacidad de producción .................................................... 50
3.1.3. Principio de funcionamiento ................................................. 51
3.1.4. Tipo de material a ser procesado ......................................... 51
3.1.5. Sistema de control eléctrico ................................................. 51
3.2. RESTRICCIONES DEL PROTOTIPO ....................................... 52
3.3. VARIABLES LIBRES ................................................................ 53
3.4. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE DISEÑO ............................ 54
3.4.1. Introducción al análisis de alternativas ................................. 54
3.4.2. Aspectos técnicos de ingeniería........................................... 54
3.4.3. Primera alternativa: trituradora semiautomática con rodillo
guía y cuchillas circulares................................................................... 56
3.4.3.1. Funcionamiento ............................................................... 57
3.4.4. Segunda alternativa: trituradora semiautomática con dos ejes
de corte …………………………………………………………………….58
3.4.4.1. Funcionamiento ............................................................... 58
3.4.5. Tercera alternativa: trituradora con reductor mecánico ........ 59
iv
3.4.5.1. Funcionamiento ............................................................... 60
3.4.6. Casa de calidad ................................................................... 61
3.4.6.1. Método de criterios Ponderados ...................................... 61
4. DISEÑO ..................................................................................................
4.1. DETERMINACIÓN DE FUERZAS DE CORTE.......................... 65
4.2. POTENCIA REQUERIDA DE OPERACIÓN ............................. 66
4.3. CÁLCULO DE VELOCIDADES DE TRABAJO .......................... 69
4.4. CÁLCULO DE RODILLOS ........................................................ 71
4.5. CÁLCULO DE EJE DE CUCHILLAS CIRCULARES ................. 77
4.6. CÁLCULO DE EJE DE CUCHILLAS ......................................... 82
4.7. DISEÑO DE CUCHILLAS ......................................................... 88
4.8. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA Y BASTIDOR .......................... 90
4.8.1. Bastidor ................................................................................ 90
4.8.2. Cálculo de la columna .......................................................... 94
4.9. DISEÑO ELÉCTRICO Y CONTROL ......................................... 98
4.9.1. Consideración ...................................................................... 98
4.9.2. Descripción del software de programación .......................... 99
4.9.3. Diagrama de bloques de operación máquina trituradora .. 100
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ...............................................................
5.1. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO ..................................... 103
5.2. MONTAJE DEL PROTOTIPO ................................................. 104
5.3.1. Pruebas de movimiento del eje de corte sin carga............. 108
5.3.2. Prueba de corte con carga mínima .................................... 110
5.3.3. Prueba de corte con carga máxima ................................... 112
5.4. ANÁLISIS DE COSTOS .......................................................... 115
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .........................................
6.1 CONCLUSIONES ................................................................... 118
6.2 RECOMENDACIONES ........................................................... 119
BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................
ANEXOS ..........................................................................................................
v
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Propiedades físicas del poliuretano ............................................... 18
Tabla 2. Tipo de lenguajes de programación .............................................. 46
Tabla 3. Metodología Mecatrónica .............................................................. 49
Tabla 4. Partes máquina trituradora ........................................................... 56
Tabla 5. Partes máquina semiautomática con dos ejes de corte................ 58
Tabla 6. Partes máquina con principio de reducción mecánica. ................. 60
Tabla 7.Cuadro de comparación ponderada por pares de requerimientos de
ingeniería ..................................................................................................... 62
Tabla 8. Selección de alternativas ............................................................... 63
Tabla 9.Cuadro de selección de alternativa por criterios ponderados ......... 64
Tabla 10. Tabla de masa de los elementos de la máquina trituradora ........ 90
Tabla 11. Tiempo de estabilidad de las cuchillas ...................................... 109
Tabla 12. Análisis de tiempos de corte con carga mínima ........................ 111
Tabla 13. Análisis de operación con carga máxima .................................. 113
Tabla 14. Análisis en 1 [h] de producción .................................................. 114
Tabla 15. Análisis del tiempo de producción ............................................. 114
Tabla 16 . Costos de fabricación ............................................................... 115
Tabla 17. Costos de materiales directos ................................................... 115
Tabla 18. Costo total directo ...................................................................... 116
Tabla 19. Costos indirectos ....................................................................... 117
Tabla 20. Costo total máquina trituradora ................................................. 117
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Centro de tapizado "Victoria" ......................................................... 4
Figura 2. Área de costura .............................................................................. 5
Figura 3. Área de Carpintería ........................................................................ 5
Figura 4. Área de Tapizado ........................................................................... 6
Figura 5. Área de almacenado ...................................................................... 6
Figura 6. Etapa de ensamble de muebles ..................................................... 8
Figura 7. Tapizado de Mueble....................................................................... 8
Figura 8. Procesos manuales de trituración de esponja ............................... 9
Figura 9. Procesos de Costura .................................................................... 10
Figura 10. Empaquetado del mueble terminado ........................................ 10
Figura 11. Polímeros más comerciales ....................................................... 12
Figura 12. Aplicación de plásticos ............................................................... 13
Figura 13. Aplicación de elastómeros ......................................................... 13
Figura 14. Aplicación de fibras .................................................................... 14
Figura 15. Proceso de espumación del poliuretano: Los componentes son
mezclados y agitados hasta su homogenización, e inmediatamente se inicia
la reacción química que genera la espuma rígida........................................ 15
Figura 16. Espuma de poliuretano de baja densidad .................................. 16
Figura 17. Espuma de poliuretano rígida de alta densidad ......................... 16
Figura 18. Espuma de poliuretano de alta densidad ................................... 17
Figura 19. Trituradora de mandíbulas ......................................................... 21
Figura 20. Trituradora de Rodillos ............................................................... 22
Figura 21. Trituradora de martillos .............................................................. 22
Figura 22. Trituradora de cuchillas .............................................................. 23
Figura 23. Batidor ........................................................................................ 24
Figura 24. Estructura para máquinas .......................................................... 25
Figura 25. Soldadura eléctrica .................................................................... 25
vii
Figura 26. Cajas en chapa metálica ............................................................ 26
Figura 27. Partes de una cuchilla de corte .................................................. 26
Figura 28. Sistema de transmisión .............................................................. 27
Figura 29. Torsión y flexión en un eje ......................................................... 28
Figura 30. Motor eléctrico ........................................................................... 31
Figura 31. Interruptor diferencial ................................................................. 33
Figura 32. Interruptor Magneto térmico ....................................................... 34
Figura 33. Fusibles de protección industrial ................................................ 34
Figura 34. Campo de aplicación de motores eléctricos ............................... 35
Figura 35. Representación esquemática de operación de un variador de
frecuencia .................................................................................................... 36
Figura 36. Contactor ................................................................................... 37
Figura 37. Pulsadores, Botoneras ............................................................... 38
Figura 38. Funcionamiento de botoneras .................................................... 38
Figura 39. Tipo de sensores ....................................................................... 41
Figura 40. Tipo de Transductores ............................................................... 41
Figura 41. Planta industrial automatizada ................................................... 42
Figura 42. Esquema de un sistema de control ............................................ 43
Figura 43. Partes interna de un PLC ........................................................... 43
Figura 44. PLC tipo Nano ............................................................................ 44
Figura 45. PLC tipo Compacto .................................................................... 45
Figura 46. PLC tipo Modular ....................................................................... 45
Figura 47. Logo siemens ............................................................................. 47
Figura 48. Componentes electrónicos ......................................................... 54
Figura 49. Elementos eléctricos .................................................................. 55
Figura 50. Equipos para controlar y automatizar......................................... 55
Figura 51. Máquina trituradora con rodillo y cuchillas ................................. 56
Figura 52. Máquina trituradora con 2 ejes de corte ..................................... 58
Figura 53. Máquina con reductor mecánico ................................................ 59
Figura 54. Vista de las cuchillas en posición inicial ..................................... 65
Figura 55. Velocidad de avance de esponja de poliuretano ........................ 67
Figura 56. Sistema de transmisión de poleas ............................................. 70
viii
Figura 57. Sistema de Transmisión ............................................................. 71
Figura 58. Diagrama de cuerpo libre de rodillo ........................................... 73
Figura 59. Diagrama de cortarte ejercida en el rodillo ................................ 73
Figura 60. Diagrama de torque ................................................................... 74
Figura 61. Análisis solidworks en rodillo guía ............................................. 76
Figura 62. Fuerzas ejercidas en la polea .................................................... 77
Figura 63. Diagrama de cuerpo libre ........................................................... 78
Figura 64. Fuerza cortante y Momento flector............................................. 79
Figura 65. Simulación solidworks eje de cuchillas circulares ...................... 82
Figura 66. Fuerzas ejercidas en la polea .................................................... 83
Figura 67. Diagrama de cuerpo libre. .......................................................... 84
Figura 68. Fuerza cortante y Momento flector............................................. 85
Figura 69. Simulación de solidworks eje de cuchillas ................................. 88
Figura 70. Grado de temple ........................................................................ 89
Figura 71. Fuerzas que actúan en el bastidor ............................................. 91
Figura 72. Elementos de corte sobre el bastidor ......................................... 91
Figura 73. Diagrama fuerza cortante y momento flector ............................. 92
Figura 74. Análisis del bastidor ................................................................... 94
Figura 75. Columnas de soporte del bastidor.............................................. 94
Figura 76. Análisis columna ........................................................................ 98
Figura 77. Etapa de operación .................................................................... 99
Figura 78. Interfaz de programación logo soft confort ............................... 101
Figura 79. Diagrama de bloques ............................................................... 101
Figura 80. Tablero eléctrico ...................................................................... 102
Figura 81. Montaje de máquina trituradora. .............................................. 103
Figura 82. Eje con cuchillas circulares ...................................................... 104
Figura 83. Rodillo guía .............................................................................. 105
Figura 84. Tablero de control .................................................................... 105
Figura 85. Máquina tritura de espuma de poliuretano ............................... 106
Figura 86. Operación sin carga ................................................................. 108
Figura 87. Operación con carga mínima ................................................... 110
Figura 88. Operación con carga máxima .................................................. 112
ix
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ec. 1 ............................................................................................................ 28
Ec. 2 ............................................................................................................ 28
Ec. 3 ............................................................................................................ 29
Ec. 4 ............................................................................................................ 29
Ec. 5 ............................................................................................................ 30
Ec. 6 ............................................................................................................ 30
Ec. 7 ............................................................................................................ 65
Ec. 8 ............................................................................................................ 66
Ec. 9 ............................................................................................................ 67
Ec. 10 .......................................................................................................... 68
Ec. 11 .......................................................................................................... 68
Ec. 12 .......................................................................................................... 68
Ec. 13 .......................................................................................................... 69
Ec. 14 .......................................................................................................... 69
Ec. 15 .......................................................................................................... 70
Ec. 16 .......................................................................................................... 75
Ec. 17 .......................................................................................................... 79
Ec. 18 .......................................................................................................... 80
Ec. 19 .......................................................................................................... 92
Ec. 20 .......................................................................................................... 95
x
ANEXOS
Anexo 1. Variador de frecuencia ............................................................... 122
Anexo 2. Motor eléctrico trifásico .............................................................. 123
Anexo 3. Tratamiento térmico para acero K100 ........................................ 124
Anexo 4. Acero de transmisión SAE 1018 ................................................ 125
Anexo 5. Correas de distribución .............................................................. 126
Anexo 6. Tubo cuadrado ........................................................................... 127
Anexo 7. Módulo lógico programable ........................................................ 128
Anexo 8. Accesorios de maniobra ............................................................. 129
Anexo 9. Tabla de coeficiente ................................................................... 130
Anexo 10. Factor de carga estático ........................................................... 131
Anexo 11. Catálogo de rodamientos ......................................................... 132
xi
RESUMEN
El presente proyecto tiene como por objeto el diseño y la construcción de un
máquina trituradora semiautomática para espuma de poliuretano que ayude
al mejoramiento del proceso de acolchonado a los talleres y a las pequeñas
industrias que se dedican a la fabricación de muebles tapizados.
Lo más relevante es plantear posibles soluciones de alternativas de solución,
las cuales utilizando técnicas de diseño como la casa de calidad se logró
llegar a un diseño simple, de bajo costo y viable. Con la recopilación
necesaria de información se realizó el estudio y cálculos de las partes más
operativas tales como: ejes de corte, rodillos guías, estructura y
protecciones, también los mecanismos útiles para transmitir la potencia del
motor al proceso de corte. Con el análisis que se realizó en la máquina con
un solo eje de trabajo, se llegó a determinar nuevos parámetros mecánicos,
eléctricos y de control, realizando modificaciones al diseño donde se incluyó
rodillos guías y cuchillas circulares en el cual la esponja ingresa por la boca
de alimentación por rodillos guías, cortada por cuchillas circulares y
desbastadas por el eje de cuchillas. Se fue realizando análisis en base a las
cargas aplicadas en los ejes de corte utilizando como parámetros la carga
mínima y la carga máxima, efectuando al final una comparación del proceso
manual al proceso semiautomático llegando a obtener resultados favorables
con respecto al tiempo de corte de la espuma de poliuretano.
xii
SUMMARY
This project is aimed at the design and construction of a semi-automatic
crusher machine for polyurethane foam that helps the padding process
improvement workshops and small industries engaged in the manufacture of
upholstered furniture. The most important is to propose possible solutions for
alternative solutions, using techniques which design and quality house was
reached a simple, inexpensive, and viable. Cutting rollers, guide rollers, and
protective structure also useful mechanisms for transmitting the engine
power to the cutting process: with the necessary data collection and
calculations study of the operating parts such as performed. With the
analysis was performed on the machine with one line of work, it came to
determining new mechanical, electrical and control parameters, making
design modifications where roller guides are included and circular blades in
which the sponge enters through the mouth feed roller guides circular blades
cut and planed by the blade shaft. It was making analysis based on loads
applied in the cutting shafts using as parameters the minimum load and the
maximum load, making the end a comparison of manual process to semi-
automatic process reaching favorable results with respect to time of cutting
polyurethane foam.
1. INTRODUCCIÓN
1
El tapizado es una técnica empleada por artesanos de muebles para hacer
de estos cómodos y confortable para su uso, viniendo esta técnica de siglos
pasados, dando sus inicios por el periodo barroco (siglo XVI).
Desde comienzos de la década del 90 los muebles tapizados han tenido un
gran éxito dentro de los mercados locales, lo cual se puede ver reflejado en
un positivo crecimiento del mercado y en la creación de nuevas tendencias
de elaboración.
En la actualidad la mayoría de tapizadores emplean espuma de poliuretano
cortada para acolchonar y dar forma a los muebles, estos pueden ser
muebles de sala, sillas, sofás, sofá camas, cojines, etc.
La parte de trituración de la espuma de poliuretano abarca procesos
manuales, empezando por el almacenado de los residuos y desechos de
espuma, lo siguiente es pasar a procesos de corte que es la acción de
romper en pequeños trozos a los residuos de espuma y se realiza en una
mesa de trabajo con un estilete, tijera o a mano que permite cortar en trozos
pequeños para finalmente ser utilizado en el tapizado del muebles.
El sector de los tapizados debe poseer altos grados de innovación, gran
cantidad de ideas nuevas y experimentos en las coberturas de diseño y
fabricación. Para facilitar este se ha ido implementando máquinas cortadoras
de espuma con diferentes características: máquinas con alimentación (tolva),
máquinas con protección en el área de corte (cuchillas), cortadoras
horizontales.
A fin de mejorar el proceso de trituración de espuma, se plantea el diseño y
construcción de una máquina que realice el proceso de trituración de
espuma de poliuretano, realizando de una forma constante y
semiautomática, ya que actualmente para obtener trozos de esponja, se
realiza cortes con estiletes o tijeras, es lento y riesgoso obteniendo pocas
cantidades de material con diferentes tamaños y dificultando el procesos de
acolchonado del mueble, demorando los tiempos de fabricación y entrega
del producto.
2
Por lo cual el presente proyecto procura y apoya al mejoramiento en
tecnología al Centro de Tapizado por medio de la implementación de una
máquina trituradora de esponja. Como las actividades de corte se la realizan
manualmente por parte del empleado utilizando tijeras o estiletes hace que
esté expuesto a posibles accidentes de corte, al colocar la máquina
trituradora el empleado hará su trabajo más seguro y más rápido y obtendrá
cortes más uniformes de esponja.
El diseño y construcción de la máquina trituradora de espuma impulsara la
actividad productiva del Centro de Tapizado Victoria.
1.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar y construir un mecanismo semiautomático de triturado de espuma
de poliuretano para el centro de tapizado y retapizado de muebles Victoria.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Desarrollar alternativas de diseño de la máquina.
Diseñar la parte mecánica y eléctrica de la máquina.
Diseñar el sistema de control de la máquina.
El proyecto implica desarrollar una máquina con dimensiones de
900X1200X650 mm, que contenga rodillos guías y un rotor de cuchillas
siendo activadas por un motor de 1 hp, para cortar los residuos de espuma
de poliuretano, siendo la capacidad de corte de la máquina de 50 [Kg/h] para
obtener trozos que no sobrepasen los 30 - 40 [mm] de espesor para que el
3
Centro de tapizado y retapizado de muebles Victoria utilice el material
obtenido en el procesos de acolchonado y en la fabricación de cojines.
Cada parte de la máquina será controlada por un PLC Logo de entrada
digital con salida a relé, toda la parte de potencia como es el encendido de
la máquina será activada por pulsadores metálico de 22 [mm] que estarán
conectados al PLC Logo que estarán en un pequeño tablero de control de
200x160x 300 [mm].
La parte del control será por un PLC Logo que estarán conectadas a un
tablero de control para regular la velocidad de corte y giro de las cuchillas,
será instalado con un variador de velocidad que ayudaran a proteger a la
máquina ya que está dotada de un sistema que si encuentra atasco en la
cuchillas el sistemas realice automáticamente un cambio de giro al motor por
90 [s] y posteriormente vuelve a su estado de trabajo inicial.
2. MARCO TEÓRICO
4
En el marco teórico se describe la investigación realizada acorde al
planteamiento del problema y sustentos de bases para su desarrollo.
2.1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLANTA
El centro de tapizado y retapizado de muebles Victoria se dedica a la
reparación y fabricación de muebles, salas, comedores, sofás, puff, sillones.
El centro trabaja en convenios con diferentes distribuidores minoristas.
En el entorno de la tapicería y fabricación del Centro tiene una producción de
3 juegos de sala por semana registrando una producción de 12 juegos de
sala mensual.
En la figura 1, se observa sus nuevas instalaciones listas para colocar las
nuevas adquisiciones de maquinaria.
Figura 1. Centro de tapizado "Victoria"
Se encuentra ubicado en Amaguaña, cantón Quito provincia de Pichincha,
cuenta con una extensión de 110 [m2] de construcción para las áreas de
carpintería, tapizado, costura y almacenamiento de materia prima.
5
2.1.1. ÁREA DE COSTURA
El taller cuenta con un espacio de costura como se puede ver en la figura 2,
contando con 3 máquinas de costura tipo: Industrial, overlock y recta para
los diferentes terminados.
Figura 2. Área de costura
2.1.2. ÁREA DE CARPINTERÍA
En la sección de carpintería que se puede observar en la figura 3, está
comprendida de maquinaria de corte como caladoras, sierras circulares.
Figura 3. Área de Carpintería
6
2.1.3. ÁREA DE TAPIZADO
Se realiza todo la parte de recubrimiento de la estructura como se observa
en el figura 4, se da todo los acabados, diseños y contando con líneas de
aire para la grapadora neumática.
Figura 4. Área de Tapizado
2.1.4. ALMACENAMIENTO
Todas las esponjas y materiales como se observa en la figura 5, son
almacenadas se puede encontrar variedad como esponja corta,
desperdicios, tela, armazones de muebles para fabricar.
Figura 5. Área de almacenado
7
2.2. INTRODUCCIÓN A LA FABRICACIÓN DE MUEBLES
Un taller es el requisito más básico para guiar un negocio de producción de
muebles de sala y su reparación. Es donde se va a elaborar los muebles y
se lo va a reparar hasta que sean entregados a sus propietarios o a su vez
entregados a sus distribuidores.
En el mercado se encuentra variedad de maquinaria para trabajar madera
por lo costoso los taller cuentan con máquinas necesaria como lijadoras,
sierras, caladoras. Las herramientas son equipos utilizados por los
empleados para realizar labores que las máquinas no pueden realizar.
Otro de los requisitos es tener un plan de producción con el que se puede
saber cómo fabricar los muebles, cantidad de piezas a fabricar y qué hacer
con el producto terminado las formas de entrega. Algo primordial las
materias primas se deben seleccionar el tipo de madera de acuerdo a lo que
se va a fabricar, toda madera debe estar guardada en un lugar fresco y seco.
La mano de obra será tan importante como el equipamiento, el plan y las
materias primas, el recurso humano ayuda con el conocimiento y habilidad
para manipular la y guiar al plan de producción verificando que se desarrolle
correctamente evitando productos defectuosos.
2.3. FUNCIONAMIENTO ACTUAL DEL PROCESO
Los procesos en la planta se encuentran en diferentes ciclos de trabajo cada
uno formado por diferentes etapas sucesivas.
2.3.1. CONSTRUCCIÓN DE ARMAZONES
En esta etapa se prepara la materia prima y se procede a realizar los cortes,
medición de maderas, posteriormente pasa al ensamblado del modelo de
8
mueble y al final por un proceso de tratamiento a la madera para evitar el
deterioro rápidamente, como se muestra en la figura 6.
Figura 6. Etapa de ensamble de muebles
2.3.2. TAPIZADO
Se realiza un tendido de faja elástica tanto en la base como en los
espaldares.
El recubrimiento se lo realiza con esponjas (figura 7) de alta densidad siendo
recubierto con una capa de adhesivo líquido por todo el armazón para
colocar la espuma de poliuretano y dar una forma deseada.
Figura 7. Tapizado de Mueble
9
2.3.3. CORTE DE ESPUMA DE POLIURETANO
Este proceso es aprovechar para obtener los trozos de espuma en tamaños
reducidos que se utilizará en la parte de los redondeos de los apoya brazos
de los muebles y los cojines.
Figura 8. Procesos manuales de trituración de esponja
Como se observa en la figura 8, para obtener estos trozos se realizar cortes
con tijera o a su vez manualmente obteniendo trozos pequeños con
diferencias al tamaño deseado.
2.3.4. COSTURA
2.3.4.1. Cortes de tela y plumón
Es donde se mide la tela a utilizar para recubrir al mueble realizando cortes
exactos, también se corta plumón que sirve para realizar los cojines en los
cuales se los rellena de partículas de espumas de poliuretano que al final
son sellados.
2.3.4.2. Cocido
En este ciclo se realiza la costura de tela para recubrir al mueble
posteriormente se extiende y se grapa con una grapadora neumática.
10
Figura 9. Procesos de Costura
Como se observa en la Figura 9, se realiza la costura de las fundas para los
cojines y se les da el terminado al cojín y se coloca en el mueble.
2.3.5. ALMACENADO
En esta parte se le da los últimos acabados al mueble, una vez terminado se
lo embala con una cinta (figura 10) para protegerlo del polvo y es
almacenado, entregado o en otro de los casos ser llevado a exhibición.
Figura 10. Empaquetado del mueble terminado
11
2.4. POLÍMEROS
2.4.1. DEFINICIÓN
El polímero es una composición molecular que se la puede diferenciar por su
gran masa molecular, las propiedades físicas de los polímeros igualmente
conocidas como macromoléculas.(Chang, 2010).
Para los polímeros naturales sobresalen las proteínas, los ácidos nucleicos,
la celulosa. La mayoría de los polímeros sintéticos son compuestos
orgánicos.
2.4.2. PROPIEDADES MECÁNICAS
Algunas de las propiedades puede ser la resistencia a los solventes, la
resistencia química y eléctrica. La primera observación que se realiza a un
polímetro es su comportamiento mecánico específicamente su deformación
al ser sometido a tensión.
Los polímeros pueden cambiar notablemente sus propiedades mecánicas
dependiendo de del grado de cristalinidad.
Los polímeros con un grado alto de resistencia mecánica poseen altos
grados de cristalinidad, alta temperatura de transición vítrea, los polímeros
“estirables” son los que tiene poca resistencia mecánica y tienen
características contrarias.(López Carrasquero, 2004)
2.4.3. POLÍMEROS COMERCIALES
Se considera como un material polimérico sólido ya que contiene varias
partes o unidades acopladas químicamente con aplicaciones importantes en
los procesos de fabricación industrial como los plásticos, elastómero y fibras,
como se muestra en la figura 11.
12
Figura 11. Polímeros más comerciales
2.4.3.1. Plásticos
Los plásticos son materiales que sus propiedades están intermedias
entre los elastómeros y las fibras teniendo una gran cantidad de
aplicaciones (figura 12) se pueden clasificar en:
Los plásticos de uso más común llamados “commodities” son
materiales de bajo costo y su fabricación se realiza en grandes
cantidades siendo empleados como recipientes, juguetes, muebles y
enseres, etc.
Plásticos de ingeniería, la cantidad de producción es menor por su
alto costo, se caracterizan por ser competitivos con los materiales
metálicos y cerámicos son muy requerido en la industria automotriz.
Plásticos Avanzados, estos son constituidos con una estructura
definida para una aplicación puntual, una de las propiedades
destacadas son la biocompatibilidad y la formación de fases cristal
líquido.
Los plásticos de aplicaciones industriales y comerciales es el
polietileno, polipropileno, poli estireno, poliamidas y poliésteres,
plásticos termoestables, etc. (López Carrasquero, 2004).
13
Figura 12. Aplicación de plásticos
2.4.3.2. Elastómeros
Los elastómeros son materiales que su característica principal es la de
poseer una elasticidad instantánea, totalmente recuperable y con amplios
grados de deformación. Los cauchos se los puede clasificar según su origen
en sintético y natural siendo las principales aplicaciones como gomas,
mangueras y neumáticos (figura 13). (López Carrasquero, 2004).
Figura 13. Aplicación de elastómeros
14
2.4.3.3. Fibras
Las fibras son materiales capaces de forma filamentos largos y delgados
como hilos con una gran resistencia y flexibilidad. Las características
sobresalientes de estos materiales son la rigidez, resistencia, elasticidad,
tenacidad.
El campo más común donde se utilizan es en la industria textil, encontramos
los poliésteres, otros tipos de fibras son: Fibras poliolefinicas, fibras
acrílicas, poliamida, (figura 14).(López Carrasquero, 2004).
Figura 14. Aplicación de fibras
2.5. POLIURETANO
2.5.1. ORIGEN Y COMPOSICIÓN
El descubrimiento del poliuretano aproximadamente fue por los años 1937,
por investigaciones desarrolladas por Otto Bayer. Se inició con su uso en la
década de los 50, ya que hasta entonces no existieron máquinas capaces de
procesarlo.
La mezcla de los componentes básicos poliol e isocianato, ambos son
líquidos a temperatura ambiente que generan una reacción química
exotérmica que se caracteriza por la formación de enlaces entre el poliol y el
isocianato, alcanzando una estructura sólida resistente. El calor que
15
desprende la reacción se utiliza para evaporar y crear un agente hinchante,
se obtiene un producto rígido con un volumen muy superior al que ocupaban
los productos líquidos (figura 15). Es lo que conocemos como espuma
rígida de poliuretano, o pur.
Figura 15. Proceso de espumación del poliuretano: Los componentes son
mezclados y agitados hasta su homogenización, e inmediatamente se inicia
la reacción química que genera la espuma rígida.
Fuente: (Asociacion Tecnica del Poliuretano Aplicado, 2009)
La producción de espuma de poliuretano se la realiza de forma continua en
láminas, bloques o de forma discontinua para producir artículos moldeados.
(Asociacion Tecnica del Poliuretano Aplicado, 2009).
2.5.2. TIPOS DE ESPUMA DE POLIURETANO
Las propiedades y los análisis es útil para demostrar la gran variedad que se
pueden encontrar.
2.5.2.1. Espuma de poliuretano flexible de baja densidad
Estos polímeros tienen densidades en el rangos de 10 a 80 [kg/m3], hechos
de polímero reticulado. Estos materiales son utilizan comúnmente como
material de acolchado flexible y resistente para proporcionar comodidad al
16
usuario. Se producen en forma de plancha (figura 16), que luego se corta a
medida, o como cojines moldeados individualmente o almohadillas.
Figura 16. Espuma de poliuretano de baja densidad
2.5.2.2. Espuma de poliuretano rígidas de baja densidad
Son polímeros notablemente reticulados con un intervalo de densidad de 28
a 50 [kg/m3]. Estos materiales tienen resistencia estructural (figura 17) en
relación con su peso, en combinación con excelentes propiedades de
aislamiento térmico. En la actualidad se está desarrollado espumas rígidas
de celdas completamente abiertas desarrollados específicamente para
aplicaciones de paneles de vacío.
Figura 17. Espuma de poliuretano rígida de alta densidad
17
2.5.2.3. Espuma de poliuretano rígidas de alta densidad.
Son polímeros que tienen densidades superiores a 100 [kg/m3]. La espuma
de poliuretano con piel integral se utiliza para hacer piezas moldeadas con
ergonomía y con una piel decorativa.
Existen dos tipos: Polímeros con un núcleo de célula abierta con una
densidad aproximadamente de 450 [kg/m3] y con una célula principalmente
cerrada con una densidad total superior a 500 [kg/m3] (figura 18). Las
principales aplicaciones de piel integral y elastómeros micro celulares se
encuentran en partes moldeadas para tapicería de asientos de vehículos y
suelas de zapatos.
Figura 18. Espuma de poliuretano de alta densidad
2.5.3. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES
La mayoría de los poliuretanos son termoestables y tienen un
coeficiente de transmisión de calor muy bajo.
Posee una excelente adherencia a los materiales normalmente
usados en la construcción sin necesidad de adherentes de ninguna
especie.
18
Tiene una alta resistencia a la absorción de agua.
Tiene muy buena resistencia al ataque de ácidos, álcalis, agua dulce
y salada, hidrocarburos, etc.
2.5.3.1. Propiedades físicas
Las propiedades físicas son muy utilizadas para el análisis y estudio del
poliuretano, las propiedades físicas las encontramos en la tabla 1.
Tabla 1. Propiedades físicas del poliuretano
Densidad D-
1622
[Kg./m3] 32 40 48
Resistencia
Compresión
D-
1621
[Kg./cm2] 1.7 3.0 3.5
Módulo compresión D-
1621
[Kg./cm2] 50 65 100
Resist. Tracción D-
1623
[Kg./cm2] 2.5 4.5 6
Resist.
Cizallamiento
C-
273
[Kg./cm2] 1.5 2.5 3
Coef Conductividad C-
177
[Kcal/m.hºC] 0.015 0.017 0.02
Celdas cerradas D-
1940
% 90/95 90/95 90/95
Absorción de agua D-
2842
[g/m2] 520 490 450
FUENTE:
(http://www.eis.uva.es/~macromol/curso03-04/PU/poliuretano.htm)
19
2.5.3.2. Propiedades mecánicas
El peso volumétrico influye en las propiedades mecánicas, a medida que
aumenta, incrementa su propiedad de resistencia.
- Resistencia a la tracción entre 3 y 10 [Kp/cm2]
- Resistencia a la compresión entre 1,5 y 9 [Kp/cm2]
- Resistencia al cizallamiento entre 1 y 5 [Kp/cm2]
- Módulo de elasticidad entre 40 y 200 [Kp/cm2]
FUENTE:
(www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/poliuretano.html)
2.5.3.3. Aplicaciones
Los poliuretanos y sus clases, hoy en día, son muy versátiles y permiten una
gama amplísima de aplicaciones que forman parte de nuestra vida, como
poliuretanos sólidos algunos ejemplos pueden ser: rodillos, fibras elásticas,
termoplásticos, pinturas, adhesivos, cueros sintéticos.
Como espumas de alta densidad las aplicaciones son: piel integral uso
automotriz, bajo alfombras, moldeo tapicería.
Como espumas de alta densidad de poliuretanos sus aplicaciones son:
colchones, tapicería, espumas rígidas para aislamiento térmico, espumas
semirrígidas.
Otras aplicaciones se las puede encontrar en la industria automotriz,
industria del mueble, industria de la construcción, industria del calzado,
aislamientos térmicos etc.
2.6. TRITURACIÓN
La trituración es también llamada desintegración donde se obtiene a la
materia en partes más pequeñas, máquina s que realizan este procesos
20
son: machacadoras, trituradores desintegradoras el nombre es según como
lo definan los diseñadores o fabricantes.
El proceso de trituración se puede clasificar en:
Etapa de trituración
La desintegración de la realiza cuando el material a procesar está listo para
ser tratado. Si la materia producida es muy grande o muy pequeña se pasa a
regular la separación de cuchillas y zaranda para permitir el paso del
material triturado.
La desintegración
Es un procesos en que los trozos se trasforman en otros cambiando a
volúmenes más pequeños. El grado de desintegración de la materia se
define como la relación de los tamaños máximos de la entada y salida de la
máquina.
Tamaño
El tamaño de los trozos dependen de las etapas de trituración según el
tamaño podemos clasificar en:
- Trituración (desintegración grosera)
Trituración gruesa – tamaños de partículas de salida: 150[mm] (6").
Trituración mediana – tamaños de partículas de salida: entre 3 y15 [cm] (1¼"
a 6"). Trituración fina – tamaños de partículas de salida: entre 0.5 y 3 [cm].
(1/5" a 1¼").
- Molienda (desintegración fina)
Molienda grosera – tamaños de partículas de salida: entre 0.1 y 0.3 [mm].
Molienda fina – tamaños de partículas de salida: menores de 0.1 [mm].
(Metso’s Mining and Construction, 2012).
21
2.6.1. TRITURADORAS
Son máquinas que son utilizadas para desintegrar materiales duros o
blandos de grandes dimensiones, tiene como principio de funcionamiento la
compresión, impacto, cizallamiento.
2.6.1.1. Tipos de trituradoras
Se las puede clasificar en
Trituradoras de mandíbulas
Estas máquinas contienen una placa fija y otra móvil y oscilante (figura 19).
Figura 19. Trituradora de mandíbulas
Trituradora de rodillos lisos
Esta máquina al girar el rodillo atrapa con sus picos la roca y la va
desmenuzando obligándola a pasar por la separación entre rodillo y placa
(figura 20). Solo es apta para rocas muy friables y no muy duras o materiales
blandos.
22
Figura 20. Trituradora de Rodillos
Trituradoras de martillos
Las trituradoras de martillos (percusión o impacto) actúan por efecto
de impacto sobre el material a desintegrar. Estas se caracterizan por
una elevada cantidad de reducción (figura 21).
A estos equipos pueden ser utilizados en la trituración selectiva,
método que libera minerales duros de material estéril.
Las trituradoras de martillos están compuestas por una carcasa
cubierta por placas de acero, en cuyo interior se aloja un eje y un
conjunto de rotor.
Figura 21. Trituradora de martillos
23
Trituradora de cuchillas
Son muy parecidas a molino de cuchillas en este tipo de máquinas al eje se
le puede colocar varias cuchillas a lo largo de la longitud, en la parte inferior
está colocado un tamiz para controlar el tamaño y el paso de las partículas
(figura 22).Fuente: (Waganoff Nicolas, 2009)
Figura 22. Trituradora de cuchillas
2.6.1.2. Utilización
La trituración mediana y fina se la utiliza en la industria de la mineral,
carretera, energía, cemento, química, construcción, etc.
Las máquina s trituradoras de impacto se las utiliza comúnmente para la
trituración gruesa, mediana y fina, de los materiales frágiles de hasta
mediana dureza; tales como carbón, carburo de calcio, materias primas
químicas.
2.7. MÁQUINA DE TRITURACIÓN DE POLIURETANO
2.7.1. PARAMETROS DE DISEÑO
Son requerimientos detallados, en general valores cuantitativos de
funcionamiento, condiciones ambientales en que va a ser expuesto el
24
dispositivo, las limitaciones de espacio, materiales pesos y componentes
utilizables que pueden usar.
2.7.2. BASTIDOR
El bastidor o estructura es donde se va a sostener y proteger a los
elementos (figura 23), cada bastidor es distinto de acuerdo con sus
funciones, el tipo, número de componentes que se lo van a acoplar.
Figura 23. Batidor
2.7.2.1. Estructuras metálicas
Son estructuras diseñadas en secciones metálicas capaces de soportar las
cargas necesarias incluidas en el (figura 24), sea cual sea el uso que se les
vaya a dar, son importantes este tipo de estructuras porque son las de
mayor resistencia a cualquier carga que se les imponga en la actualidad.
25
Figura 24. Estructura para máquinas
2.7.2.2. Soldadura
Es un proceso en el cual se unen dos materiales como se puede observar en
a figura 25, comúnmente metales y termoplásticos a través de la fusión,
donde las piezas son soldadas fundiendo el uno y el otro y pudiendo colocar
un material de relleno fundido metal o plástico, para conseguir un baño
soldadura que, al enfriarse, se convierte en una unión fija.
Figura 25. Soldadura eléctrica
2.7.3. CAJA DE TRITURACIÓN
Las cajas de trituración están fabricadas de chapa metálica (figura 26),
dependiendo de la resistencia va a variar su pared, estas incluyen uno o dos
ejes en las cuales están adjuntas un juego de cuchillas.
26
Figura 26. Cajas en chapa metálica
2.7.4. ASPAS O CUCHILLAS
Son partes planas o curvas que en uno de sus extremos son normalmente
filos (figura 27), gemelamente fabricados de acero, se aumente cantidad de
carbón para su endurecimiento y resistencia son empleadas para golpear,
cortar, cizallar, etc.
Figura 27. Partes de una cuchilla de corte
2.7.5. POLEA
La polea es una rueda acanalada por todo su perímetro son muy utilizada
das en sistemas de transmisión como se puede observar en la figura 28,
27
formado por poleas y correas para transmitir movimiento entre diferentes
ejes.
Figura 28. Sistema de transmisión
2.7.6. BANDAS DE TRANSMISIÓN
Son los elementos elásticos o flexibles empleados en sistemas de transporte
y para la transmisión de potencia sobre distancias largas. Constantemente
estos elementos son reemplazo para engranes. Ejes, cojines, por ser un
elemento elástico suelen absorber cargas de impacto y amortiguamiento.
2.7.7. TAMIZ
El tamiz es una malla de filamentos que se encuentran entrecruzan dejando
unos huecos espaciosos cuadrados. Es importante que los cuadrados
tengan las mismas dimensiones, ya que éste define el tamaño que va a
atravesar el hueco, también conocido como "luz de malla”. Se puede
emplear distintos tamaños de tamices dependiendo de las dimensiones
requeridas de las partículas.
2.7.8. CÁLCULO DE LA POTENCIA
La potencia es la capacidad de realizar un trabajo efectuado por unidad de
tiempo, su unidad es el vatio o watt simbolizada con [W], para calcular la
potencia se utiliza la ecuación 1.
28
Ec. 1
Dónde:
T = Torque [N*m]
w = Velocidad angular [
]
2.7.9. CÁLCULO DE EJES
Los ejes son elementos que transmiten un momento de giro y llevan
montados elementos mecánicos que generan flexión y torsión en el
elemento (figura 29). Para calcular el diámetro del eje que trabaja en cargas
dinámicas se aplica la ecuación 2.
Figura 29. Torsión y flexión en un eje
√*
+
Ec. 2
Fuente: (Mott, 2006)
Dónde:
Kt = Factor de concentración de esfuerzos
29
M = Momentos [N*mm]
S´n = Resistencia estimada a la fatiga [MPa] ([N/mm2])
Sy = Resistencia de fluencia [N/mm2]
N = Factor de seguridad
T = Torque [N*mm]
2.7.10. CÁLCULO DE COLUMNAS
La columna es la parte estructural que soporta cargas axiales de
compresión, se procede a calcular con las siguientes ecuaciones 3,4,5 ,6:
Relación de esbeltez (Re): es el comportamiento de la columna el
cual depende de la relación entre la longitud y las dimensiones de las
secciones transversales. Otro factor importante que define el
comportamiento de la columna son las condiciones de apoyo de sus
secciones extremas, la relación de esbeltez se define con la ecuación
3.
. Ec. 3
Dónde:
Le = Longitud real de la columna
K = Constante que depende del extremo fijo
rmin = Radio de giro mínimo.
Constante de columna (ecuación 4): Permite realizar una comparación
con la relación de esbeltez para seleccionar el método de columna larga o
columna corta.
√
Ec. 4
30
Dónde:
E= Módulo de elasticidad del material de la columna
Syt= Resistencia de fluencia del material.
Columna larga, formula de Euler: Es un método aplicado cuando la
relación de esbeltez es mayor que la constante de columna, la carga crítica
(Pcri) está definida en la ecuación 5.
(
) Ec. 5
Columna corta, formula de Johnson: Es un método aplicado cuando la
relación de esbeltez es menor a la constante de columna, está definida con
la ecuación 6.
Ec. 6
Fuente: (Mott, 2006)
2.8. MOTORES ELÉCTRICOS
Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias que transforman
en energía mecánica la energía eléctrica (figura 30).
Muy utilizado en el campo industrial por su mantenimiento, comodidad y
seguridad de funcionamiento, satisfaciendo necesidades de servicio desde
arrancar, acelerar, mover, o frenar, hasta sostener y detener una carga.
Los motores de corriente alterna son los que tienen múltiples aplicación por
la utilización y el poco mantenimiento. La velocidad de sincronismo de los
motores eléctricos en AC viene definidas como η=60f/p.
31
2.8.1. CLASIFICACIÒN DE MOTORES AC
Motores asíncronos
Son aquellos motores eléctricos cuya parte móvil gira a una velocidad
distinta a la de sincronismo es decir el rotor nunca llega a girar en la misma
frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator.
Figura 30. Motor eléctrico
Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias,
según la construcción del rotor se puede clasificar en:
- Motor asíncrono de Rotor Bobinado.- En este tipo de motores, en el
rotor se introduce un bobinado, el bobinado del rotor se puede conectar al
exterior por medio de escobillas y anillos rodantes.
-
Este tipo de motores pueden tener resistencias exteriores colocadas en el
circuito del rotor, lo que permite reducir la corriente absorbida, reduciendo la
saturación en el hierro y permitiendo un incremento en el par de arranque.
- Motor asíncrono Tipo Jaula de Ardilla.- este tipo de motores se los
denomina motores multifasicos o de condensador según los dispositivos que
se usen, se puede utilizar corriente alterna monofásica utilizando varios
32
dispositivos de inductancia y capacitancia, que alteren las características del
voltaje monofásico y lo hagan parecido al bifásico.
Motores síncronos
Son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la
misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto
mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.
Este motor tiene la característica de que su velocidad de giro es
directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que
lo alimenta.
Es utilizado en aquellos casos en donde se desea una velocidad constante,
Dentro de los motores síncronos, nos encontramos con una su clasificación:
Motores síncronos trifásicos.
Motores asíncronos sincronizados.
Motores con un rotor de imán permanente.
Principio de funcionamiento
El funcionamiento del motor asíncrono de inducción se basa en la acción
del flujo giratorio generado en el circuito estatórico sobre las corrientes
inducidas por dicho flujo en el circuito del rotor.
El flujo giratorio creado por el bobinado estatórico corta los conductores del
rotor, por lo que se generan fuerzas electromotrices inducidas. Suponiendo
cerrado el bobinado rotórico, es de entender que sus conductores serán
recorridos por corrientes eléctricas.
La acción mutua del flujo giratorio y las corrientes existentes en los
conductores del rotor originan fuerzas electrodinámicas sobre los propios
con- ductores que arrastran al rotor haciéndolo girar (Ley de Lenz). La
velocidad de rotación del rotor en los motores asíncronos de inducción es
siempre inferior a la velocidad de sincronismo (velocidad del flujo giratorio).
33
Para que se genere una fuerza electromotriz en los conductores del rotor
ha de existir un movimiento relativo entre los conductores y el flujo giratorio.
A la diferencia entre la velocidad del flujo.
Los motores asíncronos de inducción son aquellos en los que la velocidad
de giro del rotor es algo inferior a la de sincronismo. Los podemos encontrar
tanto trifásicos como monofásicos.
2.8.2. PROTECCIÓN
La protección de motores es importante para asegurar el funcionamiento
correcto de las máquinas eléctricas. La elección de los dispositivos de
protección debe hacerse con sumo cuidado.
Los fallos en los motores eléctricos pueden ser, los derivados de
cortocircuitos, sobrecargas y los contactos indirectos. Los más comunes son
las sobrecargas, que se presenta a través de un aumento de la intensidad
absorbida por el motor, así como por el aumento de la temperatura de este.
Por ello, las protecciones utilizadas para motores eléctricos suelen ser:
• Protección contra contactos directos e indirectos
La protección contra contactos directos e indirectos se realiza mediante la
colocación de interruptores diferenciales (figura 31), complementados con la
toma de tierra y su ubicación.
Figura 31. Interruptor diferencial
34
• Protección contra sobrecargas y cortocircuitos
Las sobrecargas en los motores eléctricos pueden aparecer por exceso de
trabajo de estos, desgaste de piezas, fallos de aislamiento en los bobinados
o bien por falta de una fase. Para proteger las sobrecargas y cortocircuitos
se hace uso de los fusibles y los interruptores magneto térmicos.
En la figura 32, podemos observar un seccionador fusible trifásico y su
representación esquemática.
Figura 32. Interruptor Magneto térmico
La protección mediante fusibles es algo más complicada, sobre todo en los
motores trifásicos, ya que estos proporcionan una protección fase a fase, de
manera que en caso de fundir uno solo, dejan el motor funcionando en dos
fases y provocan la sobrecarga. En la Figura 33, se observa los fusibles
adecuados para proteger instalaciones que alimentan motores eléctricos que
son los del tipo gG.
Figura 33. Fusibles de protección industrial
35
2.8.3. CAMPOS DE APLICACIÓN
Los usos y aplicaciones de los motores eléctricos son diversos como se
observa en la figura 34, actualmente los podemos ver en todos los campos
de la sociedad como pueden ser:
En la industria petrolera como dispositivos de perforación y extracción,
sistemas de bombeo industrial. Pueden encontrarse en equipos de visión y
sonido, equipos médicos. En el transporte para mover bandas
transportadoras en las industrias de transformación. En el área de robótica
tanto automotriz como en el ensamblaje de computadoras y toda clase de
aparatos electrónicos.
Figura 34. Campo de aplicación de motores eléctricos
2.8.4. VARIADORES DE FRECUENCIA
Son dispositivos electrónicos, que permiten el control completo de motores
eléctricos de inducción, los hay de corriente continua en el que controla la
variación de la tensión, y de corriente alterna se controla la variación de la
frecuencia, los más utilizados son los de motor trifásico de inducción y rotor
sin bobinar (jaula de ardilla) se lo puede conocer como inversores o
variadores de velocidad.
36
Figura 35. Representación esquemática de operación de un variador de
frecuencia
Como se observa en la figura 35, la operación del variador de frecuencia
donde:
Rectificador: Ingreso de la red de suministro de ca., monofásica o
trifásica, se obtiene c.c. mediante diodos rectificadores.
Bus de continúa: Mediante condensadores o bobinas de gran
capacidad almacenan y filtran el c.c. rectificado, para obtener un valor
de tensión continúa estable, y reserva de energía suficiente para
proporcionar la intensidad requerida por el motor.
Etapa de salida: un ondulador convierte la energía en una salida
trifásica, con valores de tensión, intensidad y frecuencia de salida
variables. Las señales de salida, se obtiene por diversos
procedimientos como troceado, mediante ciclo convertidores, o
señales de aproximación senoidal mediante modulación por anchura
de impulsos PWM.
Control y E/S: circuitos de control de los diferentes bloques del
variador, protección, regulación y entradas y salidas, tanto analógicas
como digitales. Además se incluye el interfaz de comunicaciones con
buses u otros dispositivos de control y usuario.
2.8.5. CONTACTORES
Los contactores son componentes electromecánicos (figura 36, que tienen
por función establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el
37
circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se dé tensión a la
bobina tiene la capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o
instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos
posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe
acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa
dicha acción. En los esquemas eléctricos, su simbología se establece con
las letras KM seguidas de un número de orden.
Los contactos principales se conectan al circuito que se quiere controlar.
Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes principales. Los
contactos auxiliares son de dos clases: abiertos, NA, y cerrados, NC. Estos
forman parte del circuito auxiliar del contactor y aseguran las auto
alimentaciones, los mandos, enclavamientos de contactos y señalizaciones
en los equipos de automatismo.
Figura 36. Contactor
Cuando la bobina del contactor queda excitada por la circulación de la
corriente cierra los contactos, cuando la bobina deja de ser alimentada, abre
los contactos por efecto del resorte de presión de los polos y del resorte de
retorno de la armadura móvil.
2.8.6. PULSADORES
Un botón o pulsador es un dispositivo utilizado para realizar cierta función.
Los botones son de diversas formas y tamaño como se observa en la figura
38
37, y se encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque principalmente en
aparatos eléctricos y electrónicos.
Figura 37. Pulsadores, Botoneras
Los botones son por lo general activados, al ser pulsados con un dedo.
Permiten el flujo de corriente mientras son accionados. Cuando ya no se
presiona sobre él vuelve a su posición de reposo.
Puede ser un contacto normalmente abierto en reposo NA o NO o con un
contacto normalmente cerrado en reposo NC. Para un dispositivo electrónico
que en su interior tiene dos contactos, al ser pulsado uno, se activará la
función inversa de la que en ese momento este realizando, si es un
dispositivo NA (normalmente abierto) será cerrado, si es un dispositivo NC
(normalmente cerrado) será abierto, funciona como un interruptor eléctrico
para activar la operación de un circuito eléctrico como se observa en la
figura 38.
Figura 38. Funcionamiento de botoneras
39
2.9. SENSORES Y TRANSDUCTORES
El termino sensor se refiere a un elemento que produce una señal
relacionada con la cantidad que se está midiendo. Por ejemplo, para medir
temperatura mediante resistencia eléctrica, la cantidad que se mide es la
temperatura y el sensor transforma una entrada de temperatura en un
cambio en la resistencia
Un traductor se define como el elemento que al someterlo a un cambio físico
experimenta un cambio relacionado.
2.9.1. TERMINOLOGÍA DEL FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento de los transductores y, con frecuencia, el de los siguientes
sistemas de medición como un todo:
1. Intervalo y extensión: El intervalo de un transductor define los límites
entre los cuales puede variar la entrada.
La extensión es el valor máximo de entrada menos el valor mínimo.
2. Error: El error es la diferencia entre el resultado de una medición y el
valor verdadero de la cantidad que se mide. Error= valor medido-
valor real.
3. Exactitud. La exactitud es el grado hasta el cual un valor producido
por un sistema de medición podría estar equivocado.
4. Sensibilidad. La sensibilidad es la relación que indica cuanta salida se
obtiene por unidad de entrada, es decir, salida/entrada.
5. Error por histéresis. Los transductores pueden producir distintas
salidas de la misma cantidad medida según si el valor se obtuvo
mediante un cambio por incremento continuo o por decremento
continúo.
6. Error por no linealidad.- El intervalo de funcionamiento y la relación
entre la entrada y la salida es lineal.
40
7. Repetibilidad/reproducibilidad. Los términos repetibilidad y
reproducibilidad se utilizan para describir la capacidad del transductor
para producir la misma salida después de aplicar varias veces el
mismo valor de entrada.
8. Estabilidad. La estabilidad de un transductor es su capacidad para
producir la misma salida cuando se usa para medir una entrada
constante en un periodo.
9. Banda/tiempo muerto. La banda muerta o espacio muerto de un
transductor es el intervalo de valores de entrada por los cuales no hay
salida.
10. Resolución. Cuando la entrada varía continuamente en todo el
intervalo, las señales de salida de algunos sensores pueden cambiar
en pequeños escalones.
11. Impedancia de salida. Cuando un sensor que produce una salida
eléctrica se enlaza o conecta con un circuito electrónico, es necesario
conocer la impedancia de salida ya que esta se va a conectar en serie
o en paralelo con dicho circuito.
2.9.2. TIPO DE SENSORES
Como se observa en la figura 39, se lo puede clasificar en:
• Sensores de temperatura: Termopar, Termistor
• Sensores de deformación: Galga extensiométrica
• Sensores de luz: fotodiodo, fotorresistencia, fototransistor
• Sensores de contacto: final de carrera
• Sensores de imagen digital (fotografía): CCD o CMOS
• Sensores de proximidad: sensor de proximidad
• Sensores de corriente
• Sensor de efecto hall
41
• Sensor de presión y fuerza
• Sensor de humedad
Figura 39. Tipo de sensores
2.9.3. TIPO DE TRANSDUCTORES
Como se observa en la figura 40, se lo puede clasificar en:
• Transductor de velocidad
• Transductores de posición y movimiento
• Transductores de fuerza/presión
• Transductores de nivel
• Transductores de temperatura
• Transductores de luz
• Transductor de movimiento
Figura 40. Tipo de Transductores
42
2.10. AUTOMATIZACIÓN
La automatización es una tecnología donde se aplican sistemas mecánico,
electrónicos y computacionales y para desarrollar las actividades de
operación y funcionamiento en forma automática.
La automatización industrial, es la acción de operar por sí solo, donde las
actividades de producción son realizadas a través de acciones autónomas, y
la participación de fuerza física humana es mínima y la de inteligencia
artificial, máxima.
Los grados de participación son menores como se puede observar en la
figura 41, los niveles de automatismo, donde hay un mayor nivel de
inteligencia y menor nivel de intervención físico humana.
Figura 41. Planta industrial automatizada
2.10.1. SISTEMAS DE CONTROL
En la Automatización Industrial son muy utilizados los sistemas de Control,
que son equipos e instrumentos combinados con procedimientos lógicos
algorítmicos que trabajan en torno a los propósitos buscados.
43
Las funciones principales de un Sistema de Control son la observación del
proceso y sus variables a automatizar, el acondicionamiento de las variables
y los parámetros observados, el procesamiento de esta información y su
comparación con lo deseado y, posteriormente, la acción de corrección de
los elementos (figura 42), terminales para conseguir lo deseado, para
realizar estas operaciones se utilizan equipos programables.
Figura 42. Esquema de un sistema de control
2.10.2. PLC
Un Controlador Lógico Programable (PLC, por sus siglas en inglés) se define
como un dispositivo electrónico digital que usa una memoria programable
para guardar instrucciones y llevar a cabo funciones lógicas en su interior
(figura 43), de configuración de secuencia, de sincronía, de conteo y
aritméticas, para el control de maquinaría y procesos.
Figura 43. Partes interna de un PLC
44
2.10.2.1. Tipos de PLC
Existen gran variedad de tipos de PLC, tanto en sus funciones, en su
capacidad, en el número de I/O, en su tamaño de memoria, en su aspecto
físico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias
categorías.
- PLC tipo nano
Generalmente PLC de tipo compacto con Fuente, CPU e I/O integradas
(figura 44, que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en
un número inferior a 100. Permiten manejar entradas y salidas digitales y
algunos módulos especiales.
Figura 44. PLC tipo Nano
- PLC tipo compactos
Estos PLC tienen incorporado la Fuente de Alimentación, su CPU y módulos
de I/O en un solo módulo principal (figura 45), y permiten manejar desde
unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamaño es
superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de módulos
especiales, tales como:
- entradas y salidas análogas
- módulos contadores rápidos
- módulos de comunicaciones
45
- interfaces de operador
- expansiones de i/o
Figura 45. PLC tipo Compacto
- PLC tipo modular
Estos PLC se componen de un conjunto de elementos (figura 46), que
conforman el controlador final, estos son:
- Rack
- Fuente de Alimentación
- CPU
- Módulos de I/O
- Comunicaciones.
- Contaje rápido.
Figura 46. PLC tipo Modular
46
2.10.2.2. Lenguajes de programación
Los lenguajes de programación permiten al usuario generar rutinas o
secuencias, que una máquina pueda entender y ejecutar de manera
automática.
- Programa: conjunto de instrucciones, órdenes y símbolo reconocibles
por el autómata que le permiten ejecutar la secuencia de control deseada.
- Lenguaje de programación: conjunto total de estas instrucciones,
órdenes y símbolos.
- El software o conjunto de programas son la forma básica de
comunicación, en la cual el operario le indica a la máquina lo que desea que
ella haga (tabla 2).
Para que un PLC pueda realizar algún proceso industrial se debe introducir
un programa que tenga todas las instrucciones que debe seguir para
ejecutar una labor específica.
Tabla 2. Tipo de lenguajes de programación
TIPO LENGUAJE DE PROGRAMACION
LENGUAJE BOOEANOS
LISTA DE INSTRUCCIONES (IL o AWL)
LENGUAJE DE ALTO NIVEL (TEXTO
ESTRUCTURADO)
DIAGRAMA DE CONTACTOS (LADER)
PLANO DE FUNCIONES (SIMBOLOS
LOGICOS)
INTERPRETE (GRAFCET)
ALGEBRAICOS
GRAFICOS
2.10.2.3. PLC Logo
El PLC de Siemens LOGO, es un módulo lógico universal para la
electrotecnia, que permite solucionar las aplicaciones cotidianas con un
confort decisivamente mayor y menos gastos. Es el utilizado para procesos
sencillos ya que posee 6 entradas digitales y cuenta con 4 salidas de Relé
que llegando a manejar hasta 8A para corriente alterna y 220Vac. Si un
47
proceso solamente requiere de 6 entradas y 4 salidas o menos, el LOGO es
la mejor solución pues es muy económico.
El LOGO incluye una pantalla de cristal líquido a través de la cual se puede
introducir casi cualquier función digital o realizar la programación desde ahí.
No hay mayor complicación con respecto a los módulos de programación ya
que consta de funciones que son necesarias en un proceso sencillo con las
6 teclas que están situadas en su frontal (figura 47).
Figura 47. Logo siemens
Este dispositivo consta de tres modos de funcionamiento.
• Modo programación - Para elaborar el programa
• Modo RUN - Para poner en marcha el Logo.
• Modo parametrización - Para modificar los parámetros de algunas de
las funciones, tiempo, computo, relojes, etc.
Al igual que los PLC tiene muy buenas características como:
1. Son robustos y esta diseñados para resistir vibraciones, temperatura,
humedad y ruido.
2. La interfaz para las entradas y las salidas están dentro del
controlador.
48
3. Es muy fácil programarlos, así como entender el lenguaje de
programación. La programación básicamente consiste en operaciones de
lógica y conmutación.
2.10.2.4. Aplicaciones industriales
El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de
aplicación muy extenso como:
a) Maniobra de Máquina
Industrial del Mueble y Madera.
En Procesos de Grava, Arena y Cemento
En la Industria del Plástico.
Máquina s-Herramientas Complejas.
En Procesos Textiles y de Confección.
De Ensamblaje.
b) Maniobra de Instalaciones
Instalaciones de Aire Acondicionado, Calefacción, etc.
Instalaciones de Seguridad
Instalaciones de Frío Industrial
Instalaciones de Almacenamiento y Trasvase y Cereales.
Instalaciones de Plantas Embotelladoras.
Instalaciones en la Industria de Automoción.
Instalaciones de Tratamientos Térmicos.
Instalaciones de Plantas Depuradoras de Residuos.
3. METODOLOGÍA
49
La metodología mecatrónica aplicada en un proyecto según la tabla 3, donde
el diseño comprende la integración de sistemas, mecánicos, electrónicos y
software de programación para el control.
Tabla 3. Metodología Mecatrónica
La metodología se la puede implementar a las necesidades de diseño y
fabricación llegando siempre a la aplicación Mecatrónica.
INICIO
Diseñar y construir la parte
mecánica
Seleccionar los dispositivos
eléctricos, electrónicos y
mecánicos.
Implementer conexiones eléctricas
Desarrollar el software de
programación para el control de la
máquina trituradora
Implementar en su totalidad a los sistemas
mecánicos, eléctricos, electrónicos y control a la
máquina.
50
3.1. REQUERIMIENTOS DEL PROTOTIPO
Se describen el alcance propuesto de la máquina de acuerdo a las
necesidades técnicas de operación, para lo cual los requerimientos de este
proyecto son:
Cantidad cortar: 10 [lb] de material reciclado
Ejes de rotacion: ejes
Tipo de corte: Cortes Continuo
Rendimiento: hasta 50[kg/h],
Peso: 150 [kg[
Medidas: 800x650x2000 [mm] (largo, ancho, alto)
Energía: 220 [V] 50/60 [Hz].
3.1.1. CORTE DE ESPONJA
En este proceso se requiere triturar la espuma de poliuretano reciclada, de
una forma homogénea el tamaño comprendido trozos entre 20 a 40 [mm],
quedando en condiciones listas para sus diferentes aplicaciones en el campo
del tapizado.
3.1.2. CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN
La capacidad de producción de la trituradora depende de las características
de las materias a triturar (intensidad, dureza, tenacidad, etc.), de las
funciones de la trituradora y de las condiciones de operación como su
alimentación y dimensión de salida que se quiere obtener.
51
Por la utilización de espumas triturada para las molduras y cojines, la
máquina tiene que entregar una gran cantidad de esponja cortada.
Se realizaron pruebas manuales, para ver qué cantidad de esponja puede
cortar un trabajador en 1 [h], llegando a ser un promedio de 4 [kg/h].
La máquina deberá producir 50 ± 5 [kg/h] de espuma triturada.
3.1.3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
En el centro de la cámara de trituración se encuentran cuchillas afiladas y
robustas que realizan un movimiento circular. Dependiendo de la dirección
de giro de motor, la esponja es triturada por la arista afilada. Para proteger
las cuchillas contra daños por impacto éstas serán biseladas.
Las cuchillas son accionadas indirectamente por un motor de corriente
alterna industrial, la velocidad es preseleccionada por medio un variador de
velocidad y es mantenida constante, garantizando el proceso.
3.1.4. TIPO DE MATERIAL A SER PROCESADO
Como el centro utiliza en gran cantidad espuma de poliuretano para los
cojines, modularas, va teniendo gran cantidad de desperdicio que son
reutilizados para triturar, por lo cual la parte mecánica de la máquina estará
constituida por cuchillas de corte que se encargaran de realizar el proceso
de trituración a la espuma de poliuretano de alta densidad.
3.1.5. SISTEMA DE CONTROL ELÉCTRICO
El control nos ayudará a que la máquina maniobre correctamente, siendo la
operación de manejo sencilla, para lo cual se utilizara un PLC Logo y un
variador de velocidad que estará conectado a un tablero que controlara los
52
arranque de potencia, la velocidad de corte en las cuchillas y paradas
programadas.
3.2. RESTRICCIONES DEL PROTOTIPO
En este apartado se describen las restricciones de la máquina de acuerdo al
planteamiento funcional, donde se concibe el ser manufacturado de
materiales resistentes y lo más ergonómicamente posible para evitar
colisiones entre las partes móviles, la respuesta de control debe estar
equilibrada en cuanto al tiempo, consumo de energía y velocidad de las
cuchillas. Debe ser ajustable para que lo pueda manipular cualquier
operario. Donde se enfocarán las siguientes restricciones:
Material a triturar
Todo el diseño se basará en las características y propiedades físicas de la
espuma de poliuretano de alta densidad por lo cual la máquina estará
diseñada solo para la trituración de este material, y no para triturar otros
materiales o desperdicios como podría ser telas, cauchos etc.
Dimensiones
El espacio designado para la máquina será en el área de carpintería, que
tiene un espacio disponible de:
Largo: 1500 [mm].
Ancho: 1500 [mm].
Alto: 2500[mm].
Por lo tanto la máquina no deberá sobre pasar las siguientes medidas:
Largo: 800 [mm].
53
Ancho: 650 [mm].
Alto: 2000 [mm].
Ya que debe haber espacio necesario para que el operario pueda maniobrar
la máquina.
Capacidad de trabajo
La máquina estará dotada de un motor eléctrico de corriente alterna, que es
suficiente para producir los requerimientos del usuario y trabajar en
condiciones normales.
Los objetivos de trabajo de la máquina son:
Realizar cortes uniformes de la espuma de poliuretano.
Tener un proceso automático y de fácil mantenimiento.
Disminuir tiempos de producción.
3.3. VARIABLES LIBRES
Las variables libres se refieren a características que pueden ser medidas y
son susceptibles de tomar diferentes cambios.
Velocidad de trabajo
Es la capacidad de giro con que el eje de la máquina va a rotar para
realizar los cortes de la espuma de poliuretano.
La velocidad puede variar generalmente en el arranque de potencia, ya que
se necesita un gran torque para romper la inercia y no se requiere altas
velocidades, la velocidad se la ira incrementando hasta estabilizarla para el
procesos de triturado.
54
3.4. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE DISEÑO
El análisis nos ayuda al estudio de alternativas y selección de la misma para
el desarrollo del proyecto.
3.4.1. INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS
Para el aporte del desarrollo del proyecto en curso, es necesario del análisis
en diferentes máquinas ya existentes del sistemas de triturado, cuyas
características permitirán dar un conocimiento y una idea general de lo que
se quiere realizar en el proyecto, con este fin se proponen algunas
alternativas que satisfagan los requerimientos del usuario.
3.4.2. ASPECTOS TÉCNICOS DE INGENIERÍA
Material.- Los materiales son elementos con ciertas propiedades en el
área de la ingeniería se la puede encontrar como materiales metálicos,
eléctricos, electrónicos, mecánicos, etc., en cada sector con diferente
aplicación.
Componentes electrónicos: Son dispositivos que constituyen circuitos
eléctricos como se puede observar en la figura 48.
Figura 48. Componentes electrónicos
55
Componentes eléctricos: Son componentes utilizados para construir
circuitos eléctricos unos empleados como componentes consumidores de
energía y otros como suministradores de energía, algunos de estos lo
podemos observar en la figura 49.
Figura 49. Elementos eléctricos
Dispositivos de control: Son dispositivos o elementos (figura 50), que
ayudan a construir sistemas computarizados y electromecánicos para
controlar maquinarias o procesos industriales sustituyendo a operadores
humanos.
Figura 50. Equipos para controlar y automatizar
56
3.4.3. PRIMERA ALTERNATIVA: TRITURADORA SEMIAUTOMÁTICA
CON RODILLO GUÍA Y CUCHILLAS CIRCULARES
En la máquina de la figura 51, la espuma de poliuretano será ingresada por
la boca de alimentación y las partes descritas en la tabla 4.
Figura 51. Máquina trituradora con rodillo y cuchillas
Tabla 4. Partes máquina trituradora
Nº Partes de la Máquina
1 Boca de alimentación
2 Rodillo guía 1
3 Eje de cuchillas circulares
4 Rodillo guía 2
5 Eje de cuchillas
6 estructura
Fuente: Autor
1
3
4
6 5
2
57
3.4.3.1. Funcionamiento
La parte estructura está constituida por acero estructural ASTM A36,
mientras que el eje está fabricado de acero de transmisión SAE 1018. El
mecanismo de corte de esta máquina está montado en una estructura de
tubo cuadrado que le da una estabilidad a la construcción.
Está compuesta de una boca para la alimentación manual de la espuma de
poliuretano reciclado y guiado por un rodillo a las cuchillas circulares siendo
cortadas en tiras y guiadas por otro rodillo que transporta al eje, el cual
incluye cuchillas de corte.
Los mecanismos de mando están accionados por un motor eléctrico,
conectado a un variador de frecuencia para conseguir diferentes tipos de
velocidades.
Es una máquina compacta revestida totalmente en acero, su accionar es
completamente semiautomático, dotada de un sistema de control que
constituye un PLC logo que comanda todo el sistema como: los arranques
de potencia, las variaciones de velocidades y cambio de giro de las
cuchillas, los paros de emergencia ante atascos.
Datos técnicos
Cantidad cortar: 10 [lb] de material reciclado
Ejes de rotacion: 1eje con cuchillas
Tipo de corte: Cortes Continuo
Rendimiento: hasta 50 [kg/h]
Peso: 150 [kg]
Medidas: 800x650x2000 [mm]
Energía: 220 [V ] 50/60 [Hz]
58
3.4.4. SEGUNDA ALTERNATIVA: TRITURADORA SEMIAUTOMÁTICA
CON DOS EJES DE CORTE
En la figura 52, se puede observar que la caja trituradora está diseñada con
dos ejes y cuchillas de corte. Las partes descritas se muestran en la tabla 5.
Tabla 5. Partes máquina semiautomática con dos ejes de corte
Nº Partes de la Máquina
1 Tolva de alimentación
2 Estructura base
3 Carcasa o caja trituradora
4 2 ejes con cuchillas de corte
Figura 52. Máquina trituradora con 2 ejes de corte
3.4.4.1. Funcionamiento
Están constituidas sus partes mecánicas de acero estructural ASTM A36,
compuesto por una tolva de alimentación de tipo pirámide truncada y ejes
1
2
3
4
59
fabricados de acero de transmisión SAE 1020 muy utilizado para ejes de
transmisión.
Los mecanismos de mando serán accionados con 1 motor de 1 [hp] a 1730
[rpm] conectados a un variador de frecuencia. Controlados por medio de un
PLC logo.
Datos técnicos
Cantidad cortar: 10 [lb] de material reciclado
Ejes de rotacion: 2 eje con cuchillas
Tipo de corte: Cortes Continuo
Rendimiento: hasta 60 [kg/h]
Peso: 200 [kg]
Medidas: 1000x750x2200 [mm]
Energía: 220 [V] 50/60 [Hz]
3.4.5. TERCERA ALTERNATIVA: TRITURADORA CON REDUCTOR
MECÁNICO
En la máquina de la figura 53, la espuma de poliuretano es ingresada por la
tolva de alimentación, y las partes descritas en la tabla 6.
Figura 53. Máquina con reductor mecánico
60
Tabla 6. Partes máquina con principio de reducción mecánica.
Nº Partes de la Máquina
1 Tolva de alimentación
2 Estructura base
3 Carcasa o caja trituradora
4 4 ejes con cuchillas de corte
5 Volantes de inercia
3.4.5.1. Funcionamiento
Está constituidas las partes mecánicas de acero estructural ASTM A36 y tol
galvanizado. El mecanismo de corte de esta máquina, está montada en una
estructura de tubo cuadrado que le da una estabilidad a la construcción.
Compuesta de una pequeña tolva donde ingresa la espuma de poliuretano a
la cámara de trituración y en la parte inferior tiene una boca de descarga.
Todo el mecanismo de mando está accionado por un motor eléctrico de 1
[hp] a 1730 [rpm] conectado a un engrane de transmisión con un volante de
y mecánicamente obtener una velocidad constante. Es una máquina
totalmente mecánica, y su accionar es completamente eléctrico para su
puesta en marcha. Consta con un interruptor on-off.
Datos técnicos
Cantidad cortar: 5 [lb] de material reciclado
Ejes de rotacion: 2 eje con cuchillas
Tipo de corte: Cortes Continuo
Rendimiento: Hasta 40 [kg/h]
61
Potencia: 600 a 746[W] al cortar.
Peso: 220 [kg]
Medidas: 9000x700x1800 [mm]
Energía: 220 [V] 50/60 [Hz]
3.4.6. CASA DE CALIDAD
Es un método de gestión de calidad basado en transformar las demandas
del usuario en la calidad del diseño, implementando las funciones que
aporten a mejorar la concepción del proyecto, con métodos para lograr una
calidad del diseño optima en subsistemas y componentes de la máquina, y
para esto se desarrollara el de criterios ponderados.
3.4.6.1. Método de criterios Ponderados
Es una etapa del proceso de diseño y una herramienta de ingeniería para
seleccionar la mejor propuesta entre las alternativas. Este método
corresponde el realizar una evaluación y sirva de base para la posterior toma
de decisión de la alternativa ganadora. Se realiza de acuerdo a la
importancia de cada parámetro:
IMPORTANCIA PONDERACION
BAJA 0.5
ALTA 1
Se plantea las necesidades y posibles soluciones, para escoger la mejor
opción y realizar la tabla 7 que corresponde al cuadro de comparación
ponderada por pares de requerimientos de ingeniería.
Luego de este análisis se procedio a evaluar las diferentes propuestas. El
análisis se realiza de acuerdo a la importancia de cada criterio que se le da,
donde 1 (bajo) y 5 (alto) como se observa en la tabla 8.
62
Tabla 7.Cuadro de comparación ponderada por pares de requerimientos de ingeniería
63
Tabla 8. Selección de alternativas
64
De acuerdo a la tabla 9. La mejor alternativa que cumple con los parámetros
de evaluación realizado es la trituradora semiautomática con un eje de
corte.
Tabla 9.Cuadro de selección de alternativa por criterios ponderados
4. DISEÑO
65
La máquina se encuentra compuesta por las siguientes partes (figura 54).
1. Boca de alimentación.
2. Rodillos guías
3. Eje de cuchillas circulares
4. Eje de cuchillas lineales
5. Sistema de Transmisión
6. Estructura Bastidor
4.1. DETERMINACIÓN DE FUERZAS DE CORTE
Al realizar los cortes de espuma de poliuretano la operación de las cuchillas
de un extremo a otro extremo es simultánea. Figura 53.
Figura 54. Vista de las cuchillas en posición inicial
Los filos de corte de las cuchillas están con un ángulo β de abertura
comprendido entre 25 a 30º.
La fuerza total de corte está dada por la siguiente ecuación 7:
Ec. 7
Fuente:
Diseño de una máquina trituradora picadora. ESPE (2005).
66
Dónde:
Pc = Fuerza total de corte, en [N].
lc = Longitud de la cuchillas [mm],
e = espesor de la esponja en [mm].
= Resistencia al corte del material [N/mm2]
En el capítulo 2 se detalló las propiedades mecánicas del material a ser
considerado para el estudio, donde la carga de rotura más alta es:
σt = 5 [kp/cm2] = 0.49 [MPa] = 0.49 [N/mm2]
El espesor de la espuma de poliuretano que se puede encontrar en el taller
varía entre 20- 40 [mm].
Considerando la variación del espesor del material a triturar, la fuerza de
corte se calculará para el espesor más alto con e = 40 [mm].
Reemplazando en la ecuación 7, se obtiene la fuerza de corte necesaria
4.2. POTENCIA REQUERIDA DE OPERACIÓN
Se considera que la trayectoria de la cuchilla es circular con radio de 29
[mm], entonces el par necesario está determinado por la ecuación 8.
Ec. 8
Dónde:
Tm = Par de torsión del rodillo [Nmm]
67
Fc = Fuerza de corte [N]
rc = radio de la cuchilla, 29 [mm].
Reemplazando la ecuación 8 se calcula el par de torsión del rodillo:
Se considera un análisis teórico de la velocidad de operación del rodillo
como se indica en la figura 55.
Figura 55. Velocidad de avance de esponja de poliuretano
Se toma como referencia la producción requerida para el cálculo, se plantea
la ecuación 9.
Ec. 9
Dónde:
Pr = Producción requerida
= Densidad del material
= Volumen del material
68
Reemplazando la ecuación 9 obtenemos el volumen del material.
Para calcular la velocidad de avance ( ) del material se aplica la ecuación,
el valor de 0.3 es un factor de llenado del sistema de alimentación.
Ec. 10
Al sustituir la ecuación 10 por los valores se obtiene la velocidad que la
esponja debe ir avanzando hacia las cuchillas de corte.
La velocidad angular de alimentación del rodillo está dada con la ecuación
11.
Ec. 11
Dónde:
= Velocidad angular de alimentación [rpm]
= Radio del rodillo de alimentación [in] = 12,7 [mm]
= Velocidad angular de alimentación
Al reemplazar la ecuación 11 Obtenemos la velocidad angular de
alimentación
Al tener como dato la longitud final que se requiere del material, se calcula el
tiempo de corte (ecuación 12)
Ec. 12
Dónde:
= Longitud final del material
= Tiempo de corte
69
Al reemplazar la ecuación 12, se tiene que para cortar trozos homogéneos
de 30 [mm], el tiempo en cortar es de 0.48 [s].
[s]
Una vez calculado el tiempo de corte ( ), se calcula con la ecuación 13 la
velocidad angular del rodillo de corte ( )
Ec. 13
[rpm]
Con la velocidad del rodillo (124 [rpm]) se procede a calcular la mínima
potencia que el motor requiere para triturar la espuma de poliuretano con la
ecuación 14.
Ec. 14
Dónde:
Pnom = Potencia nominal
W = Velocidad de salida del motor
Reemplazando la ecuación 14 tenemos:
Por lo tanto es necesario como mínimo un motor eléctrico de 1.5 [Hp] para la
operación de la trituradora.
4.3. CÁLCULO DE VELOCIDADES DE TRABAJO
Con el esquema de la figura 56, se realiza los cálculos de la velocidad de
operación para cada rodillo y eje
70
Figura 56. Sistema de transmisión de poleas
Con la velocidad de alimentación =
y con los radios de las
poleas se calcula las velocidades angulares de cada rodillo y eje con la
ecuación 15.
Ec. 15
Dónde:
W1 = Velocidad angular de rodillo
W2 = Velocidad angular de eje de cuchillas circulares
W3 = Velocidad angular de eje de cuchillas lineales
Wm = Velocidad angular del motor
r1 = Radio polea de ϕ 7 [in]
r2 = Radio de polea de ϕ 3 [in]
r3 = Radio de polea de ϕ 3.5 [in]
r4 = Radio de polea de ϕ 1,5 [in]
Reemplazando la ecuación 15, se calcula las velocidades angulares.
W1 =
W2 =
71
W3 =
Wm =
4.4. CÁLCULO DE RODILLOS
Para el diseño del rodillos se utilizara tres programas MDsolid para
determinar las fuerzas ejercidas, para calcular fuerzas de las poleas
Mathcad y el Solidworks para análisis de esfuerzos, el sistema consta de
dos rodillos de las mismas características de trabajo por esta razón se
realiza el análisis y diseño de uno solo.
Con el programa generado en Mathcad se calcula las velocidades de salida
fuerzas y el par de torsión que se transmite en el eje como se indica en la
figura 57.
Figura 57. Sistema de Transmisión
Conductora Conducida
72
Con la información encontrada se realizas el diagrama de cuerpo libre como
Datos inciales
Potencia de entrada Pm 1.5hp 1.1 103
W==
Diámetro polea conductora de 76.2mm=
Diámetro polea conducida ds 177.8mm=
Distancia entre centros Dc 131mm=
Velocidad entrada (RPM) 108.4rev
min=
Velocidad de salida (RPM) s
de
ds
46.5rev
min==
Par de torsión de salida Ts
Pm
s
2.3 105
N mm==
Relación entre tensiones de
las bandas
n 5=
Fuerza lado flojo F1
2Ts
ds n 1-( )646.6N==
Fuerza lado tenso F2
2Ts n
ds n 1-( )3.2 10
3 N==
Fuerzas y par de torsión que se trasmiten al eje
Ángulo inclinación de las
bandas atan
ds de-
2Dc
21.2 °==
Fuerza de reacción en x Fx F1 F2+( ) cos( ) 3.6 103
N==
Fuerza de reacción en y Fy F2 F1-( ) sin( ) 935.1N==
Par de TorsiónTp Ts 2.3 10
5 N mm==
73
se indica en la figura 58 y diagramas de cortante para calcular las reacciones
en los apoyos (figura 59).
Figura 58. Diagrama de cuerpo libre de rodillo
Donde:
Fx = 3600 [N]
Fy = 935 [N]
T = 230000 [Nmm]
Figura 59. Diagrama de cortarte ejercida en el rodillo
T
74
Las reacciones en los apoyos eje Y son:
RA = 1285 [N]
RB = 350 [N]
Figura 60. Diagrama de torque
Para un fácil mecanizado y trabajo se utiliza el acero de transmisión SAE
1018 donde:
= 598 [N/mm]
= 448 [N/mm2]
El momento flexiónate es cero no existe flexión solo torsión, y se aplica la
ecuación 2.
Se utiliza un factor de seguridad N=2.5
Resistencia de fluencia de material Syt = 448 Mpa
Reemplazando la ecuación 2 tenemos:
√
75
Para evitar toda falla mecánica se requiere un rodillo como mínimo de 22
[mm] el diámetro que se encuentra en el mercado es de 25,4.
Selección de Rodamientos
Se realiza la selección mediante una selección estática de acuerdo al
catálogo de rodamientos FAG (según normas internacionales DIN o ISO).
Factor de esfuerzo estático
; Ec. 16
Dónde:
= Factor de esfuerzos estáticos
= Capacidad de carga estática [kN]
= Carga estática equivalente [kN]
El factor , se elige en base a los requerimientos del diseño de acuerdo al
catálogo (ver anexo 10).
= 1.5 a 3 para exigencias elevadas
= 1,2 a 1.5 para exigencias normales
= 1 a 1 para exigencias reducidas
La carga estática Po [kN], se origina de la solicitación en el punto de
contacto más cargado:
Po = Frad
Dónde:
Frad = Carga radial [kN]
Las Frad son las reacciones en cada soporte del eje.
Se tiene:
Frad1 = 1.3 [kN] ; Frad1 carga radial en el apoyo A
76
Frad2 = 0.350 [kN] ; Frad1 carga radial en el apoyo B
Se realiza la selección en base a la carga mayor en este caso Frad1.
Aplicado la ecuación 16 con un factor de esfuerzo estático de 1.5 para
exigencias normales.
Co = 1,95 [kN]
Para evitar concentración de esfuerzos en el eje, en base a la capacidad de
carga estática (Co) se selecciona el rodamiento de bolas NTN 6905 con
diámetro interno de 25 [mm], que soporta un Co hasta 4,5 [kN], que es
mayor a 1,95 [kN]. Ver anexo 11.
Análisis en solidworks
El análisis se usa para realizar simulaciones para ver como reaccionara la
pieza a las fuerzas a la que será sometida durante su trabajo. Como se
indica en la figura 61.
Figura 61. Análisis solidworks en rodillo guía
El ritmo de trabajo del rodillo será normal en los puntos azules y en los
puntos rojos será el límite de ruptura es que puede empezar a fallas.
77
4.5. CÁLCULO DE EJE DE CUCHILLAS CIRCULARES
Para el cálculo del eje con el tren de cuchillas se procede a calcular las
fuerzas y reacciones que se presentan en la polea de 3 pulg (76.2 mm)
como se indica en la figura 62.
Figura 62. Fuerzas ejercidas en la polea
Con la ecuaciones y formulas realizadas en Mathcad se calculas todas las
fuerzas y el par de torsión.
Datos para la fuerza F Datos para la fuerza F1
Velocidades de salida Las revoluciones por minuto en la polea conducida determina el torque que
trasmite esta al eje. También la velocidad tangencial de la banda permitirá
conocer si las revoluciones y el tamaño de la polea son adecuadas para que
esta trabaje en un rango adecuado.
Datos inciales
Potencia de entrada Pm 1.5hp 1.1 103
W==
Diámetro polea conductora de 177.8mm=
Diámetro polea conducida ds 76.2mm=
Distancia entre centros Dc 131mm=
Velocidad entrada (RPM) 46.5rev
min=
Datos inciales
Potencia de entrada Pm 1.5hp 1.1 103
W==
Diámetro polea conductora de 76.2mm=
Diámetro polea conducida ds 88.9mm=
Distancia entre centros Dc 224mm=
Velocidad entrada (RPM) 108.4rev
min=
Velocidad de salida (RPM) s
de
ds
108.5rev
min== Velocidad de salida (RPM) s
de
ds
92.9rev
min==
78
Diagrama de cuerpo libre del eje de cuchillas circulares se representa en la
figura 63.
Figura 63. Diagrama de cuerpo libre
Donde
Fx = 3600 [N]
Fy = 934.2 [N]
F1x = 3900 [N]
Par de torsión de salida Ts
Pm
s
9.8 104
N mm==
Relación entre tensiones de
las bandas
n 5=
Fuerza lado flojo F1
2Ts
ds n 1-( )646 N==
Fuerza lado tenso F2
2Ts n
ds n 1-( )3.2 10
3 N==
Par de torsión de salida Ts
Pm
s
1.1 105
N mm==
Relación entre tensiones de
las bandas
n 5=
Fuerza lado flojo F1
2Ts
ds n 1-( )646.6N==
Fuerza lado tenso F2
2Ts n
ds n 1-( )3.2 10
3 N==
Fuerzas y par de torsión que se trasmiten al eje
Ángulo inclinación de las
bandas atan
ds de-
2Dc
21.2- °==
Fuerza de reacción en x Fx F1 F2+( ) cos( ) 3.6 103
N==
Fuerza de reacción en y Fy F2 F1-( ) sin( ) 934.2- N==
Par de TorsiónTp Ts 9.8 10
4 N mm==
Fuerzas y par de torsión que se trasmiten al eje
Ángulo inclinación de las
bandas atan
ds de-
2Dc
1.6 °==
Fuerza de reacción en x Fx F1 F2+( ) cos( ) 3.9 103
N==
Fuerza de reacción en y Fy F2 F1-( ) sin( ) 73.3 N==
79
F1y = 73.3 [N]
T = 98000 [Nmm]
Se calcula la fuerza ejercida por la carga distribuida con la ecuación 17.
Ec. 17
Dónde:
Pc: fuerza de corte
lc: longitud donde se encuentra distribuida la carga = 400 [mm]
Reemplazando la ecuación 17:
Con el diagrama de cuerpo libre se ubica y se calcula la fuerza cortante
para encontrar las fuerzas de las reacciones en los apoyos y el momento
flector máximo como se indica en la figura 64.
Figura 64. Fuerza cortante y Momento flector
Se tiene la reacción en el plano Y para el cálculo de los rodamientos
80
Las reacciones en los apoyos eje Y son:
RA = 0,7 [N] ; RB = 2,2 [KN]
Se calcula el momento máximo resultante
Mmax = 136722
Para el diseño el eje se selecciona un acero de transmisión SAE 1018
donde:
= 598 [N/mm]
= 448 [N/mm2]
Resistencia a la fatiga
= 299 [N/mm2]
: Resistencia a la fatiga implica varios factores ecuación 18.
Factores de corrección a la fatiga
De carga =
De tamaño =
De superficie =
De temperatura =
De confiabilidad = 90% de confiabilidad
Ec. 18
81
Reemplazando la ecuación 18 se tiene:
N/mm2]
Utilizando un factor de seguridad N = 2.5
Factor de concentración de esfuerzos Kt = 2.5
Resistencia de fluencia de material Sy = 448 Mpa
Mmax = [Nmm]
T= 98000 [Nmm]
Reemplazando la ecuación 2 tenemos:
√
Para evitar toda falla mecánica se requiere un eje como mínimo de 39 [mm]
para facilidad de trabajo y maquinado se escoge un eje de 2 [in] para el tren
de cuchillas circulares.
Selección de rodamientos
Po = Frad
Se tiene:
Frad1 = 0,7 [kN] ; Frad1 carga radial en el apoyo A
Frad2 = 2,2 [kN]; Frad1 carga radial en el apoyo B
Se realiza la selección en base a la carga mayor en este caso Frad2.
82
Factor de esfuerzo estático de 1.5.
Aplicando la ecuación 16 se tiene.
Co = 3,3 [kN]
Para evitar concentración de esfuerzos en el eje, en base a la capacidad de
carga estática (Co) se selecciona el rodamiento de de bolas NTN 6810 con
diámetro interno de 50 [mm], que soporta un Co hasta 6,10 [kN], que es
mayor a 3,3 [kN]. Ver anexo 11
Análisis con solidworks
El ritmo de trabajo del rodillo será normal en los puntos azules y en los
puntos rojos será el límite de ruptura es que puede empezar a fallas como
indica la figura 65.
Figura 65. Simulación solidworks eje de cuchillas circulares
4.6. CÁLCULO DE EJE DE CUCHILLAS
Para el cálculo del eje con el tren de cuchillas se procede a calcular las
fuerzas y reacciones que se presentan en la polea de 3.5 pulg (76.2 mm)
como se indica en la figura 66.
83
Figura 66. Fuerzas ejercidas en la polea
Con las ecuaciones y formulas realizadas en Mathcad se calculas todas las
fuerzas y el par de torsión
Datos para la fuerza F
Velocidades de salida Las revoluciones por minuto en la polea conducida determina el torque que
trasmite esta al eje. También la velocidad tangencial de la banda permitirá
conocer si las revoluciones y el tamaño de la polea son adecuadas para que
esta trabaje en un rango adecuado.
Datos inciales
Potencia de entrada Pm 1.5hp 1.1 103
W==
Diámetro polea conductora de 76.2mm=
Diámetro polea conducida ds 88.9mm=
Distancia entre centros Dc 220mm=
Velocidad entrada (RPM) 108.4rev
min=
84
Diagrama de cuerpo libre se representa en la figura 67.
Figura 67. Diagrama de cuerpo libre.
Velocidad de salida (RPM) s
de
ds
92.9rev
min==
Par de torsión de salida Ts
Pm
s
1.1 105
N mm==
Relación entre tensiones de
las bandas
n 5=
Fuerza lado flojo F1
2Ts
ds n 1-( )646.6N==
Fuerza lado tenso F2
2Ts n
ds n 1-( )3.2 10
3 N==
Fuerzas y par de torsión que se trasmiten al eje
Ángulo inclinación de las
bandas atan
ds de-
2Dc
1.7 °==
Fuerza de reacción en x Fx F1 F2+( ) cos( ) 3.9 103
N==
Fuerza de reacción en y Fy F2 F1-( ) sin( ) 74.6 N==
Par de TorsiónTp Ts 1.1 10
5 N mm==
85
Dónde:
Px = 3900 [N]
Py = 74.6 [N]
T = 110000 [Nmm]
Se calcula la fuerza ejercida por la carga distribuida con ecuación 17.
lc: longitud donde se encuentra distribuida la carga = 390 [mm]
Reemplazando la ecuación 17:
Con el diagrama de cuerpo libre se ubica y se calcula la fuerza cortante
para encontrar las fuerzas de las reacciones en los apoyos y el momento
flector máximo como se indica en la figura 68.
Figura 68. Fuerza cortante y Momento flector
86
Se calcula el momento máximo resultante
Mmax = √
Para el diseño del eje, se selecciona un acero de transmisión SAE 1018
donde:
= 598 [N/mm]
= 448 [N/mm2]
RESISTENCIA A LA FATIGA
= 299 [N/mm2]
FACTOR DE CORRECIÓN A LA FATIGA
De carga =
De tamaño =
De superficie =
De temperatura =
De confiabilidad = 90% de confiabilidad
N/mm2]
Utilizando un factor de seguridad N=2.5
87
Factor de concentración de esfuerzos Kt=2.5
Resistencia de fluencia de material Sy = 448 Mpa
Mmax= [Nmm]
T= 110000 [Nmm]
Para el punto P1 donde va alojada la polea, el par torsional es constante y el
momento de flexión es 0. Se reemplaza la ecuación 2:
√
Para evitar falla mecánica como mínimo se necesita un eje de 17,6 [mm],
para mejor operación y montaje se utilizará un diámetro de 50 [mm].
Para el diámetro de A ha B se reemplaza la ecuación 2:
√
Para evitar toda falla mecánica se requiere un eje como mínimo de 65 [mm]
para facilidad de trabajo se escoge un eje de 3 [in] para el tren de cuchillas
circulares.
Selección de rodamientos
Po = Frad
Se tiene:
Frad1 = 1,8 [kN] ; Frad1 carga radial en el apoyo A
Frad2 = 2 [kN] ; Frad1 carga radial en el apoyo B
Se realiza la selección en base a la carga mayor en este caso Frad2.
88
Factor de esfuerzo estático de 1.5
Aplicando la ecuación 16.
Co = 3 [kN]
Para evitar concentración de esfuerzos en el eje, en base a la capacidad de
carga estática (Co) se selecciona el rodamiento de bolas NTN 6810 con
diámetro interno de 50 [mm], que soporta un Co hasta 6,10 [kN], que es
mucho mayor a 3 [kN]. Ver anexo 11.
Análisis con solidworks
El ritmo de trabajo del rodillo será normal en los puntos azules y en los
puntos rojos será el límite de ruptura es que puede empezar a fallas, como
indica la figura 69.
Figura 69. Simulación de solidworks eje de cuchillas
4.7. DISEÑO DE CUCHILLAS
Para las cuchillas, se consideró el acero Böhler k100 ya que es un aceros
que presentan excelente tenacidad y apto para nitruración en baño de sal, lo
que permite un alto rendimiento en la fabricación de herramientas de corte y
estampado, como matrices de gran rendimiento con cortes complicados y
consecutivos, moldes para estampación, dientes de sierras, cuchillas.
89
Propiedades mecánicas figura 70:
Dureza obtenible: 63 – 65 Rockwell C.
El acero Böhler k100 se lo puede encontrar en las siguientes medias:
Barras Redondas: desde 10 [mm] a 523 [mm]
Platinas o Chapa: Ancho de la chapa aprox. 1000 [mm], largo de la
chapa aprox. 2000 [mm], espesor desde 1.5 [mm] a 30 [mm]
El tratamiento térmico realizado en las cuchillas de acero k100 se basó en
las siguiente grafica donde se calculó la media de la dureza que fue más
apropiada para el temple del material siendo 60 o 61 HRC (Rockwell C).
Figura 70. Grado de temple
90
4.8. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA Y BASTIDOR
4.8.1. BASTIDOR
La estructura y el bastidor estará fabricado de Acero estructural ASTM A 36
donde la resistencia a la fluencia es:
= 250 [N/mm2]
Masa total que va a soportar el bastidor se representa en la tabla 10.
Tabla 10. Tabla de masa de los elementos de la máquina trituradora
ELEMENTO PESO [kg]
Motor 5
Tapa 6
Caja 10
Ejes 23
Chumacera 10
Cuchillas 6
Polea 6
Carga 5
TOTAL 71
Dónde:
91
mmaq = masa de la maquina
Pmaq = fuerza ejercida (peso)
q = carga distribuida
Se realiza el análisis en uno de los extremos del bastidor como se observa
en la figura 71 donde se apoyan los elementos de corte como se indica en
la figura 72.
Figura 71. Fuerzas que actúan en el bastidor
Figura 72. Elementos de corte sobre el bastidor
fuerzas
92
Figura 73. Diagrama fuerza cortante y momento flector
Con el diagrama de la figura 73, se encuentra el momento máximo el cual
es se utilizará en los siguientes cálculos.
El esfuerzo máximo es igual al momento máximo sobre el módulo de sección
como se indica en la ecuación 17.
Ec. 19
93
Dónde:
Mmax = Momento máximo
S = Módulo de la resistencia de la sección [cm3]
Fs: factor de seguridad = 3
Reemplazando la ecuación 19, se calcula el módulo de la resistencia a la
sección (S), al momento máximo se multiplica por un factor de seguridad
(Fs) para evitar fallas al momento de seleccionar el tubo estructural.
5042 [mm3] = 0.5 [cm3]
Para seleccionar el tubo estructural adecuado se utiliza el catalogo IPAC,
para facilidad de trabajo y colocación de los elementos mecánicos como las
chumaceras, se selecciona un tubo estructural cuadrado de 38 [mm] (1 ½
[in]) con las siguientes características:
Base = 40 [mm]
Espesor = 1.5 [mm]
Peso = 1,77 [kg/m]
Área = 225 [mm2]
Inercia = 5.48 [cm4] = 54800 [mm4]
S (Modulo de resistencia de la sección) = W = 2.74 [cm3] = 2740 [mm3]
Inercia = 1.56 [cm]
Análisis con solidworks
Se puede realizar en análisis de pandeo en el bastidor para verificar si
soporta el peso de los elementos, los puntos azules y verdes indican que
trabajara normalmente y los puntos rojos será el límite de ruptura es que
puede empezar a fallas, los máximos esfuerzos serán en los extremos como
indica la figura 74.
94
Figura 74. Análisis del bastidor
4.8.2. CÁLCULO DE LA COLUMNA
El análisis se realiza en una de las columnas que esta como apoyo en la
estructura de la máquina, como se observa en la figura 75.
Figura 75. Columnas de soporte del bastidor
95
Para el análisis de las columnas se toman los siguientes datos.
Datos de la columna
Pesos total = 695 [N]
Longitud: L = 870 [mm]
Syt= 250 MPa = 250 [N/mm2]
Módulo de elasticidad del material: E= 200000 MPa = 200000 [N/mm2]
Constante de columna: K=2.1
N= 3 (factor de seguridad)
La carga crítica se calcula con la ecuación 20.
Ec. 20
Reemplazando la ecuación 20 se tiene:
Reemplazando la ecuación 4 se tiene el valor de la constante de columna:
√
Para el análisis se asume columna larga.
Dónde:
Se aplica la ecuación 5, donde se despeja Imin.
;
96
Para el análisis se asume un tubo estructural cuadrado ¾ [in] con un radio
mínimo (imin) al calculado:
Comparación:
253 125
Si cumple la condición de columna larga
Se selecciona un Tubo cuadrado estructural 1 ½ pulg, Catalogo IPAC por
facilidad de montaje de elementos mecánicos.
Comparación
rmin= 1,15
Donde la condición se sigue cumpliendo
Para en análisis se asume columna corta
Dónde:
Aplicando la ecuación 6 se tiene.
97
√(
)
Asumiendo del mismo perfil IPAC de ¾ [in] donde:
√(
) (
)
Se selecciona un Tubo cuadrado estructural 1 1/2[in], Catalogo IPAC con:
rmin= 1,56 [cm].
Comprobación
Análisis con solidworks
Se realiza el análisis de pandeo en la columna donde estará alojado todas
las fuerzas ejercidas en el bastidor, los puntos azules indican que no existe
sobre esfuerzo y en los puntos rojos serán donde la columna ya falla como
indica la figura 76.
98
Figura 76. Análisis columna
4.9. DISEÑO ELÉCTRICO Y CONTROL
4.9.1. CONSIDERACIÓN
Una vez seleccionado todos los elementos de control que llevara el sistema,
se procede a desarrollar la lógica de programación en forma detallada.
Se toma algunas consideraciones y limitaciones del equipo antes de
comenzar como:
El motor eléctrico tendrá dos modos de trabajo, giro en dirección de la
manecilla del reloj y viceversa controlada por la corriente de operación.
La velocidad de operación solo será en alta y baja velocidad.
Todas las consideraciones operación se observa en la figura 77.
99
Figura 77. Etapa de operación
4.9.2. DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN
Para la programación del controlador se utilizara el programa logo soft
confort en su versión 7.0.30, este programa es desarrollado por siemens.
Logo soft confort utiliza un ambiente de programación, para la obtención del
esquema se coloca bloques de programación libremente en la plataforma de
programa y se los une de acuerdo a la lógica requerida como se muestra en
la figura 78.
Logo soft confort facilita la labor del usuario. Mediante la simulación “off line”
del programa.
100
La programación del LOGO puede efectuarse directamente desde la teclas
situadas en la parte frontal del propio equipo.
4.9.3. DIAGRAMA DE BLOQUES DE OPERACIÓN MÁQUINA
TRITURADORA
Una vez realizado el diagrama de bloques como se observa en la figura 79.
La operación del diagrama de bloques es la siguiente:
La entrada I1 es la puesta en marcha de todo el sistema, es decir al
pulsar el botón de encendido todo el sistema es alimentado de
energía activando Q1.
La entrada I2 es el paro de emergencia del sistema, el usuario al
encontrar anomalías o mala operación, al pulsar el botón de paro
desenergiza el sistema dejando de operar, desactivando Q1.
La entrada I3 es la velocidad a bajas revoluciones (velocidad 1)
activando la salida Q3 y enviando la señal al variador de velocidad
operando el sistema en bajas revoluciones.
La entrada I4 es la velocidad a altas revoluciones (velocidad 2)
activando la salida Q4 y enviando la señal al variador de velocidad
operando el sistema en altas revoluciones.
La entrada I5 es él pulso de sobrecarga, el motor al trabajar y se
trabe, el variador esperara 90 s y enviara una señal activando I5
enviando a la salida Q2, activando al variador y realizando el cambio
de giro del motor.
En la figura 80, se representa el tablero eléctrico
ensamblado con todos sus componentes.
101
Figura 78. Interfaz de programación logo soft confort
Figura 79. Diagrama de bloques
102
Figura 80. Tablero eléctrico
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS
103
En este capítulo se hace referencia a la construcción, montaje y pruebas
realizadas en la etapa de operación y a los resultados obtenidos una vez
montada la máquina (figura 81) para demostrar la validez del proyecto.
Figura 81. Montaje de máquina trituradora.
5.1. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO
El prototipo triturador semiautomático para esponja de poliuretano se debe
realizar en un taller mecánico, el cual se encuentre equipado y cuente con
herramientas y equipos necesarios y suficientes para la construcción de los
elementos.
Cada elementos que conforman la el prototipo se los construye de acuerdo
a la ingeniería de detalle.
En la estructura principal de la maquina donde van todos los elementos, se
utiliza tubo estructural cuadrados ASTM A36, se los encuentra en
distribuidoras y casas comerciales de aceros.
104
Los ejes, se los fabrica de acero de transmisión SAE 1018, se los construye
con la ayuda de máquinas e instrumentos de precisión.
Para el sistema cinético se utilizar un motor de 2 HP, y un tablero de control
donde se utiliza pulsadores, un PLC Logo y un variador de frecuencia, el
cual tiene como función controlar las RPM.
La carcaza de protección de todo el sistema, se construye de láminas de
acero ASTM A36, con maquina dobladora se les da la forma requerida y en
su caso se unen con puntos de suelda eléctrica.
5.2. MONTAJE DEL PROTOTIPO
Se realiza el montaje del sistema de corte como se indica en la figura 82.
Figura 82. Eje con cuchillas circulares
Montaje de las cuchillas en los ejes con separadores.
Colocación en el tren de cuchillas, poleas y chumaceras.
Colocación de chavetas en las poleas
Se realiza el montaje del sistema de alimentación como se indica en la figura
83.
105
Figura 83. Rodillo guía
Montaje de chumaceras y polea en el eje de alimentación.
Colocación de chavetas en la polea.
Se realiza el ensamble del sistema de control como se indica en la figura 84.
Figura 84. Tablero de control
Colocación de los pulsadores, fisibles, en el cajetín metálico.
Colocación de guía metálica.
Colocación de fusibles, PLC Logo y variador de velocidad en la guía
metálica
106
Cableado entre los elementos y dispositivos eléctricos.
Una vez concluido el montaje de los sistemas que conforman la máquina,
se procede a su montaje final como se indica en la figura 85.
Figura 85. Máquina tritura de espuma de poliuretano
Ubicación de la estructura principal en el lugar de trabajo.
Montaje de los rodillos guías y de alimentación mediante la fijación de
las chumaceras en la estructura principal con pernos.
Montaje de los ejes con cuchillas mediante la fijación de las
chumaceras en la estructura principal con pernos.
Colocación de la bandeja base para la alimentación.
Se fija el tablero de control en la estructura de la mesa.
Colocación del sistema motriz (motor) en la estructura principal.
107
Se conecta sistema motriz con el tablero de control.
Verificación de poleas y ajuste de todos los pernos.
Colocación de temple de la banda del motor.
Colocación de la carcasa de protección de todo el sistema de
trituración.
DESCRIPCIÓN
El prototipo de trituradora semiautomática para esponja de poliuretano está
compuesta de una boca de alimentación, rodillos guías y ejes con cuchillas
de corte que se encuentran activada por un motor de 2 [HP], el cual está
comandado con un variador de velocidad que es activado mediante un
algoritmo de control que realiza un PLC Logo, donde se seleccionar la
velocidad de trabajo, se realizan paradas requeridas si se encuentra con
atascos en el sistema.
Los residuos y material reciclado de espuma de poliuretano que ingresan y
pasan por el sistema de corte, como producto final se tiene trozos de 30 a
45 [mm] de espesor siendo ideal para las molduras de los muebles.
5.3. PRUEBAS DE CORTE
El funcionamiento adecuado del sistema de trituración depende
principalmente de la alimentación de la espuma de poliuretano a la caja
trituradora, la posición de las cuchillas de corte y la velocidad del motor, por
lo que es necesario realizar algunas pruebas para verificar su desempeño.
Para realizar las pruebas requeridas se utilizó parámetro como el tiempo de
corte, vibraciones del eje al arrancar, la velocidad de giro del eje principal y
la cantidad de material reciclado alimentado, las pruebas se las realizó al
estar la máquina trituradora sin carga, con carga mínima y por último con
carga máxima.
108
5.3.1. PRUEBAS DE MOVIMIENTO DEL EJE DE CORTE SIN CARGA
Para la primera prueba, la máquina se encontraba sin espuma de
poliuretano en la alimentación como se puede observar figura 86.
Figura 86. Operación sin carga
Lo que se realizó es seleccionar diferentes tipos de velocidades que haga
rotar al eje principal de corte y se fue buscando una estabilidad para el eje
para evitar vibraciones.
Para realizar la ficha de control del sistema se propuso los siguientes
parámetros mencionados anteriormente en este caso será:
· Velocidad suministrada del motor al eje principal.
109
Tabla 11. Tiempo de estabilidad de las cuchillas
Como se demuestra en la tablas 11, se puede observar que el sistema se
equilibra y pierde las vibraciones desde 425 a 500 [rpm] dando una
operación de trabajo optima del eje.
Después de la prueba mencionada anteriormente, se comprobó el
funcionamiento correcto del eje principal de corte al trabajar con las
revoluciones encontradas.
110
5.3.2. PRUEBA DE CORTE CON CARGA MÍNIMA
Para la comprobación de corte de la espuma, se procede a alimentar con
cantidades pequeñas de cargas como se observa en la figura 87.
Figura 87. Operación con carga mínima
Para realizar la ficha de control del sistema se propusieron los siguientes
parámetros mencionados anteriormente en este caso será:
· Velocidad suministrada del motor al eje principal.
· Material reciclado (espuma de poliuretano)
Se realiza las pruebas activando y estabilizando al sistema para evitar toda
vibración en la trituradora de espuma, se procedió a alimentar con diferentes
cargas como se indica en la tabla 12.
111
Tabla 12. Análisis de tiempos de corte con carga mínima
Con en análisis realizado se observa en la gráfica de la tabla 12 que al ir
incrementando el material reciclado por la cantidad de material a corta el
incremento de tiempo es proporcional.
El tiempo de corte del material por cada [kg] de espuma de poliuretano la
máquina tarda 115 [s] aproximadamente 2 [min], al alimentar con más
cantidad de material el tiempo de corte se reduce esto eso se puedo
comprobar cuando se alimentó con los 2 [kg] de espuma el tiempo promedio
fue de 203 [s] siendo por cada 1 [kg] de espuma el tiempo de corte de 101
[s] llegando a ser 1.6 [min] aproximadamente.
112
5.3.3. PRUEBA DE CORTE CON CARGA MÁXIMA
Para este análisis se alimentó en su totalidad con material reciclado de
espuma (figura 88) siendo la carga máxima para las pruebas de corte.
Para realizar la ficha de control del sistema se propusieron los siguientes
parámetros mencionados anteriormente en este caso será:
Figura 88. Operación con carga máxima
· Velocidad suministrada del motor al eje principal.
· Carga máxima de material reciclado (espuma de poliuretano).
113
Tabla 13. Análisis de operación con carga máxima
Con el análisis realizado como se observa en la tabla 13, al haber
alimentado en su totalidad a la tolva de alimentación del material reciclado
existiendo una variación de pesos siendo un promedio de ingreso de 5,2
[kg].
Al realizar el análisis como se indica en la tabla 14, la producción ha
incrementado de un 12% a un 100% a lo máximo que puede producir la
máquina en el tiempo establecido.
Al calcular la media se tiene que el tiempo de corte del material por cada
carga máxima de espuma de poliuretano es de 416 [s] siendo
aproximadamente 7 [min], de acuerdo a lo planteado se demora 70 [min]
para la producción requerida, esto se puede ver en la tabla 15, donde el
tiempo se redujo de 240 [min] a 70 [min].
114
Tabla 14. Análisis en 1 [h] de producción
Tabla 15. Análisis del tiempo de producción
115
5.4. ANÁLISIS DE COSTOS
En esta sección se exponen los costos en los que se ha incurrido para la
construcción de la máquina trituradora semiautomática de espuma de
poliuretano, en los que se han dividido en servicios de fabricación, costos de
directos e indirectos.
SERVICIOS DE FABRICACIÓN
Los servicios de fabricación es parte de los costos de directos e incluyen
todos los costos realizados de mecanizados como: fresados, torneado,
suelda, tratamiento térmico. El costo total de este proceso se indica en la
tabla 16
Tabla 16 . Costos de fabricación
Servicio Valor Total (USD)
MECANIZADO 400
En la tabla 17, se indica los costos directos donde se resumen los costos de
materia prima que son generados por: la compra de los materiales
necesarios para la fabricación, los costos de elementos normalizados que
corresponden a elementos seleccionados en catálogos.
Tabla 17. Costos de materiales directos
Servicio Peso Cant Costo Unitario (US)
Subtotal (USD)
Plancha de ASTM A-36: (e= 2 mm)
1 30 30
Tubo cuadrado ASTM A36: 35x35
1 15 15
Acero de transmisión SAE 1018
16 kg ( ϕ 127 mm)
600mm 2.55 40,8
Acero de transmisión SAE 1018
12 kg (ϕ 25,4)
600 mm 2.55 30.6
Cuchillas circulares para tela
12 2 24
Platina de acero K100 platina
400x 10 mm
10.25 10.25
Polea Φ76.2 mm 3 mm 3.50 10.5
116
Polea Φ 38.1 mm
1 3 3
Polea Φ 177,8 mm
1 5 5
Chumacera NTN 6905
2 23 23
Chumacera NTN 6810
2 15 30
Chumacera NTN 6815
2 15 30
Banda de transmisión
1 6 6
Tablero metálico 1 40 40
PLC Logo 230 RC 1 160 160
Variador de frecuencia
1 260 260
Porta fusibles 2 4 8
Pulsadores 2 6 12
Selector de dos posiciones
1 7 7
Foco indicador 1 3 3
Alambre flexible #12 12000 mm 0.50/ m 6
Taipe 1 1.25 1.25
TOTAL 755.4
TOTAL COSTOS DIRECTOS
El total de costos directos es el valor total de los servicios de fabricación más
los costos de los materiales y elementos normalizados este valor se indica
en la tabla 18.
Tabla 18. Costo total directo
TOTAL COSTOS DIRECTOS = SERVICIO DE FABRICACION + COSTO TOTAL DE MATERIALES DIRECTOS
USD 1155,4
COSTO INDIRECTOS
En los costos indirectos son todos gastos externo ejecutado para la
realización del proyecto, se incluyen como: transporte de materiales,
Internet, impresiones, copias. El costo total de este proceso se indica en la
tabla 19.
117
Tabla 19. Costos indirectos
Costos Indirectos
Valor Total (USD)
Costos externos
200
COSTO TOTAL PROYECTO
Es el costo total del proyecto integrando los costos directos más los costos
indirectos y una porcentaje de 10% del total de costos por imprevistos, como
se indica en la tabla 20.
Tabla 20. Costo total máquina trituradora
CONCEPTO COSTO (USD)
COSTOS DIRECTOS 1155.40
COSTOS INDIRECTOS 200
IMPREVISTOS (10 % DE CD+CI) 135.54
TOTAL DEL PROYECTO USD 1490.94
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
118
6.1 CONCLUSIONES
En el proceso de construcción y operación de la máquina con un solo
eje de corte no se obtuvo resultados satisfactorios en cuanto a la
operación por lo que fue necesario añadirle otros elementos tales
como rodillos guías y cuchillas circulares en el cual la esponja ingresó
por la boca de alimentación por rodillos guías y fue cortada por
cuchillas circulares y desbastadas por el eje de cuchillas.
Con el diseño de la máquina se logró triturar la esponja de poliuretano
a las especificaciones planteadas, mediante la funcionalidad de los
componentes principales, como los ejes y el juego de cuchillas,
cumpliendo los objetivos establecidos de diseño, operación y
capacidad de trabajo.
Con el método de la casa de calidad se seleccionó la mejor alternativa
en cuanto al diseño y operación, en el que se integran los sistemas
mecánicos, eléctricos y de control, que permite asegurar el
cumplimiento de los requerimientos y expectativas del cliente.
Al diseñar y construir un mecanismo semiautomático de triturado de
espuma de poliuretano con rodillos guías, cuchillas, sistema de
control se logró satisfacer los parámetros funcionales y
requerimientos operacionales planteados al inicio de este trabajo,
tales como: reducir el tiempo de trabajo del operador, aumentar la
capacidad de producción del material.
Con la aplicación de la máquina se ha evitado el uso de herramientas
comunes como tijeras y estiletes para realizar los cortes de
poliuretano, y esto mejora los tiempos de producción, una mejora en
seguridad industrial al personal.
119
La máquina ha sido diseñada tomando en cuenta la capacidad que
tiene para satisfacer la necesidad de clientes y distribuidores
minoristas del sector.
Las pruebas ayudaron a que la máquina se encuentre en ópticas
condiciones para su operación, las pruebas se las realizó sin carga y
con carga en el sistema, llevando un registro mediante tablas de
control.
6.2 RECOMENDACIONES
Para futuras mejoras o modificaciones de la máquina se recomienda
adaptarle un sistema transportador que sea capaz de llevar a la
esponja reciclada a la boca de alimentación de la máquina y que sería
un perfeccionamiento a la alternativa seleccionada en el diseño.
Sería necesario plantear algunos requerimientos de control para la
máquina y así poder evitar el tener dificultades en el diseño mecánico
y eléctrico.
El eje debe estar centrado, las bandas deben estar tensadas lo
suficiente para evitar pedidas de transmisión de potencia, las cuchillas
circulares y rectangulares deben estar completamente afiladas para
realizar los desbastes y cortes de la esponja.
Se debe realizar una periódica evacuación de los residuos de esponja
cortada ya que su aglomeración puede provocar mal funcionamiento
en el sistema de corte.
Para el óptimo funcionamiento de la máquina y evitar paradas en el
sistema de corte, la alimentación de la esponja debe ser ubicada
manualmente en la boca de manera constante.
120
Llevar registros tanto de producción como de operación para
programar mantenimientos de forma periódica y evitar que los
elementos sufran desgastes prematuros e impedir bajas en su
producción.
121
BIBLIOGRAFÍA
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Poliuretano Aplicado. Madrid: Atepa.
Chang, R. (2010). Quimica. Mexico, D,F.: Mc Graw Hill.
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http://www.slideshare.net/itzti/tema8-motores-electricos. (s.f.).
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Universidad de los Andes.
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Mora Fraile, J. (2003). Máquina s Electricas. Madrid: McGrawHill.
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Ortiz, J. (2003). Las máquinas agrícolas y su aplicación. España: Mundi-
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Shingley, J. E. (2002). Diseño en ingenieria mecánica. Mexico: McGRAW-
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ESPE (2005). Diseño de una máquina trituradora picadora.
Siemens. (2014). Catálogo de productos
www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/poliuretano.html. (s.f.).
ANEXOS
122
Anexo 1. Variador de frecuencia
123
Anexo 2. Motor eléctrico trifásico
124
Anexo 3. Tratamiento térmico para acero K100
125
Anexo 4. Acero de transmisión SAE 1018
126
Anexo 5. Correas de distribución
127
Anexo 6. Tubo cuadrado
128
Anexo 7. Módulo lógico programable
129
Anexo 8. Accesorios de maniobra
130
Anexo 9. Tabla de coeficiente
131
Anexo 10. Factor de carga estático
132
Anexo 11. Catálogo de rodamientos
133
PLANOS
1 2 3 4 5 6 7 8
A
B
C
D
E
F
TOLERANCIA: PESO [Kg]: MATERIAL:
Acero A 36 Fecha Nombre
ENSAMBLE MAQUINA TRITURADORA ESCALA:
1:20 Dibujado
EDUARDO FERNANDEZ
Revisado Aprobado FIRMA / EMPRESA:
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
EQUINOCCIAL
DIBUJO Nº:
10 HOJA:
10 Edición
Modificación
Fecha Nombre
1 2 3 4 5 6 7 8
A
390
B
C
78 78
68 78
78
D 100
19,39
E
TOLERANCIA: PESO [Kg]: MATERIAL:
ACERO A36
Fecha Nombre ESCALA:
F
Dibujado EDUARDO
BASE CUCHILLA 1:5
FERNANDEZ
Revisado
Aprobado
FIRMA / EMPRESA: DIBUJO Nº: HOJA:
1 1
Edición Modificación Fecha Nombre
1 2 3 4 5 6 7 8
A
B 160
406 406
120
212,54
C 581,72
D 369,18 690
222,29°
230
36,64
230
581,72
E
TOLERANCIA: PESO [Kg]: MATERIAL:
ACERO A36
Fecha Nombre
CAJA
ESCALA:
F
Dibujado EDUARDO
FERNANDEZ
1:20
Revisado
Aprobado
FIRMA / EMPRESA: DIBUJO Nº: 2
HOJA:
2
Edición Modificación Fecha Nombre
1 2 3 4 5 6
A
590,36 B
C 50,80 D
1 2
A
B
C UNLESS OTHERWISE SPECIFIED: FINISH: DEBUR AND
DO NOT SCALE DRAWING
REVISION
DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS BREAK SHARP
SURFACE FINISH:
EDGES
TOLERANCES:
LINEAR:
ANGULAR:
NAME SIGNATURE DATE TITLE:
DRAWN EDUARDO MAQUINA TRITURADORA
FERNANDEZ
CHK'D
APPV'D
MFG
Q.A MATERIAL: DWG NO. A4
SAE 1018
EJE DE CUCHILLAS CIRCULARES
WEIGHT: SCALE:1:10 SHEET 1 OF 1
1 2 3 4 5 6 7 8
A
600
B 44,45
70 80
80
80
80
C
390
D 160
50
26,03
10
26,03
E
TOLERANCIA: PESO [Kg]: MATERIAL:
SAE 1018
F
Fecha Nombre
EJE CUCHILLAS
ESCALA:
Dibujado EDUARDO
FERNANDEZ
1:10
Revisado
Aprobado
FIRMA / EMPRESA: DIBUJO Nº: HOJA:
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA 4
4
Modificación EQUINOCCIAL
Edición Fecha Nombre
1 2 3 4 5 6 7 8
A
142
54,80
285
799,80
142
142
70
60,03
45
54,80
90,75
B 870
C
D
50,20
63,96 55
E 794,80
640,49
100
TOLERANCIA: PESO [Kg]:
MATERIAL:
ACERO A 36
Fecha Nombre ESCALA:
F
Dibujado EDUARDO
ESTRUCTURA 1:20
FERNANDEZ
Revisado
Aprobado
FIRMA / EMPRESA: DIBUJO Nº: HOJA:
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA 5
EQUINOCCIAL 5
Edición Modificación Fecha Nombre
1 2 3 4 5 6 7 8
A
10 393,58
B
22,80 42,80
C
393,58
D
300 300
25
42,93 51,65
E
TOLERANCIA: PESO [Kg]: MATERIAL:
ACERO A 36
F
Fecha Nombre
GUIA
ESCALA:
Dibujado EDUARDO
FERNANDEZ
1:10
Revisado
Aprobado
FIRMA / EMPRESA: DIBUJO Nº: HOJA:
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA 6 6
EQUINOCCIAL
Edición Modificación Fecha Nombre
1 2 3 4 5 6 7 8
A
B
551,22 C
D
25,40
E
TOLERANCIA: PESO [Kg]: MATERIAL:
SAE 1018
F Fecha Nombre
RODILLO 1
ESCALA:
Dibujado EDUARDO
FERNANDEZ 1:10
Revisado
Aprobado
FIRMA / EMPRESA: DIBUJO Nº: HOJA:
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA 7 7
EQUINOCCIAL
Edición Modificación Fecha Nombre
1 2 3 4 5 6 7 8
A
B
670,11 C
D
25,40
E
TOLERANCIA: PESO [Kg]: MATERIAL:
SAE 1018
F Fecha Nombre
RODILLO 2
ESCALA:
Dibujado EDUARDO
FERNANDEZ
1:20
Revisado
Aprobado
FIRMA / EMPRESA: DIBUJO Nº: 8
HOJA:
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
8
Edición Modificación Fecha Nombre EQUINOCCIAL
1 2 3 4 5 6 7 8
A
B
690
C
27,94 120
D
275 275
E
TOLERANCIA: PESO [Kg]: MATERIAL:
ACERO A 36
F
Fecha Nombre
TAPA
ESCALA:
Dibujado EDUARDO
FERNANDEZ
1:10
Revisado
Aprobado
FIRMA / EMPRESA: DIBUJO Nº: HOJA:
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA 9
9
Modificación EQUINOCCIAL
Edición Fecha Nombre