ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE...
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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE MECÁNICA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA DE AGITACIÓN PARA EL MEZCLADO DE PINTURAS LÍQUIDAS PARA LA LÍNEA ARQUITECTÓNICA”
INAQUIZA GUAÑA CRISTIAN RENATO
VIZUETE MONTERO IVÁN ENRIQUE
TESIS DE GRADO
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO MECÁNICO
RIOBAMBA – ECUADOR
2010
Espoch
Facultad de Mecánica
CERTIFICADO DE APROBACIÓN DE TESIS
CONSEJO DIRECTIVO
Fecha
Diciembre 21 de 2009
Yo recomiendo que la Tesis preparada por:
CRISTIAN RENATO INAQUIZA GUAÑA
Titulada:
Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:
“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA DE AGITACIÓN PARA
EL MEZCLADO DE PINTURAS LÍQUIDAS PARA LA LÍNEA ARQUITECTÓNICA”
INGENIERO MECÁNICO
f) Decano de la Facultad de Mecánica
Nosotros coincidimos con esta recomendación:
f) Director de tesis
f) Asesor de Tesis
Espoch
Facultad de Mecánica
CERTIFICADO DE APROBACIÓN DE TESIS
CONSEJO DIRECTIVO
Fecha
Diciembre 21 de 2009
Yo recomiendo que la Tesis preparada por:
IVÁN ENRIQUE VIZUETE MONTERO
Titulada:
Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:
“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA DE AGITACIÓN PARA
EL MEZCLADO DE PINTURAS LÍQUIDAS PARA LA LÍNEA ARQUITECTÓNICA”
INGENIERO MECÁNICO
f) Decano de la Facultad de Mecánica
Nosotros coincidimos con esta recomendación:
f) Director de tesis
f) Asesor de Tesis
Espoch
Facultad de Mecánica
CERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESIS
NOMBRE DEL ESTUDIANTE: CRISTIAN RENATO INAQUIZA GUAÑA
TÍTULO DE LA TESIS:
Fecha de Examinación: Diciembre, 21 de 2009.
“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA
DE AGITACIÓN PARA EL MEZCLADO DE PINTURAS LÍQUIDAS PARA LA LÍNEA
ARQUITECTÓNICA”
RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:
COMITÉ DE EXAMINACIÓN APRUEBA NO APRUEBA
FIRMA
ING. Geovanny Novillo ING. Pablo Fierro ING. Iván Cantos * Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.
RECOMENDACIONES:
El Presidente del Tribunal quien certifica al Consejo Directivo que las condiciones de la
defensa se han cumplido.
f) Presidente del Tribunal
Espoch
Facultad de Mecánica
CERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESIS
NOMBRE DEL ESTUDIANTE: IVÁN ENRIQUE VIZUETE MONTERO
TÍTULO DE LA TESIS:
Fecha de Examinación: Diciembre, 21 de 2009.
“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA
DE AGITACIÓN PARA EL MEZCLADO DE PINTURAS LÍQUIDAS PARA LA LÍNEA
ARQUITECTÓNICA”
RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:
COMITÉ DE EXAMINACIÓN APRUEBA NO APRUEBA
FIRMA
ING. Geovanny Novillo ING. Pablo Fierro ING. Iván Cantos * Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.
RECOMENDACIONES:
El Presidente del Tribunal quien certifica al Consejo Directivo que las condiciones de la
defensa se han cumplido.
f) Presidente del Tribunal
DERECHOS DE AUTORÍA
El trabajo de grado que presentamos, es original y basado en el proceso de
investigación y/o adaptación tecnológica establecido en la Facultad de Mecánica de la
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. En tal virtud, los fundamentos teóricos -
científicos y los resultados son de exclusiva responsabilidad de los autores. El
patrimonio intelectual le pertenece a la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.
f) Iván Enrique Vizuete Montero f) Cristian Renato Inaquiza Guaña
AGRADECIMIENTO
Un agradecimiento profundo a nuestros padres, por su apoyo sincero y desmedido que
nos lo dieron con tanto sacrificio para la culminación de este trabajo.
Gracias a la acertada dirección del Ing. Pablo Fierro, a la valiosa colaboración del Ing.
Iván Cantos y la asistencia técnica por parte del Ing. Ángel Cruz, ya que sin sus guías
y sugerencias acertadas no hubiera sido posible la culminación del presente trabajo.
Un profundo agradecimiento al Ing. Orlando Chimbo persona que nos financió la tesis,
que con su entusiasmo nos apoyó en los trabajos de construcción y pruebas de la
mezcladora para pintura.
Por último, gracias a las personas que de una u otra manera supieron colaborarnos e
hicieron posible la culminación de esta tesis.
f) Iván Enrique Vizuete Montero f) Cristian Renato Inaquiza Guaña
DEDICATORIA
Cristian Renato:
Dedico este trabajo a Dios, a mis padres, hermanos y amigos ya que debido a su apoyo
incondicional he podido realizar todas las cosas que me he propuesto.
Iván Enrique:
Dedico este trabajo a Dios, a mis padres y hermanos que con tanto amor y sacrificio,
me apoyaron a lo largo de toda mi vida, hasta lograr ser un Profesional, y haberme
forjado un futuro lleno de cosas maravillosas, y además, a todas las personas que han
hecho posible la realización de este proyecto.
TABLA DE CONTENIDOS
CAPÍTULO PÁGINA
1. GENERALIDADES.
1.1 Introducción................................................................................................................ 1
1.2 Justificación……………………………………………………………………………....… 1
1.3 Objetivos………………………………………………………………………………….… 2
1.3.1 Objetivo General……..……………………………………………………………………. 2
1.3.2 Objetivos Específicos………….……………………………………………………..…… 2
2. ANÁLISIS TEÓRICO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LA PINTURA LÍQUIDA.
2.1 Componentes de la pintura líquida……………………………………………………… 3
2.1.1 Características de la pintura líquida…………………….............................................. 4
2.1.2 Proceso de preparación de la pintura líquida………………....................................... 6
2.1.3 Proceso de mezclado de la pintura líquida……………………................................... 7
2.1.4 Análisis de resultados………………………………………………………..................... 8
3. ESTUDIO DE LOS MECANISMOS DE MEZCLADO Y SELECCIÓN DE LOS MISMOS.
3.1 Estudio de los mecanismos para obtener diferentes movimientos…………….…… 9
3.11 Análisis y selección de los tipos de mezclado.……………………............................. 13
3.1.2
3.1.3
3.1.4
Estudio de los mecanismos para obtener el sistema de mezclado………………...
Estudio del mecanismo de acoplamiento del recipiente………………………………
Estudio del soporte más adecuado…………………………………………………….
15
17
17
3.1.5 Estudio de los diferentes elementos electrónicos para el control del tiempo del agitador………………………………………………………………….………………… 18
3.2 Selección de los mecanismos a ser diseñados........................................................ 21
4. DISEÑO DEL SISTEMA DE AGITACIÓN PARA EL MEZCLADO DE PINTURA LÍQUIDA.
4.1 Diseño de la transmisión……………………………………………………………….. 23
4.2 Diseño de ejes.………...…………........................................................................... 37
4.2.1 Diseño del eje de poleas……………………………………………….………………. 37
4.2.2 Diseño del eje principal……………………............................................................. 64
4.3 Diseño del circuito eléctrico para el control de tiempo........................................... 83
4.4 Diseño de los mecanismos para obtener diferentes movimiento………………..... 84
4.4.1 Diseño del acoplamiento para el recipiente............................................................ 84
4.4.1.1 Diseño del tornillo de potencia……………………................................................... 84
4.4.1.2 Diseño de las placas móviles.................................................................................. 94
4.4.2 Diseño del bastidor…………………….................................................................... 103
4.4.3 Diseño del soporte.................................................................................................. 108
4.5 Diseño de los pernos............................................................................................ 118
4.5.1 Soporte tipo ‘U’.................................................................................................... 118
4.5.2 Diseño de los pernos que une el soporte tipo u con el sistema de acople delRecipiente…………………………………………………………….…………..……. 131
5. CONSTRUCCIÓN, INSTALACIÓN Y PRUEBAS DEL PROTOTIPO.
5.1 Construcción del mezclador de pintura líquida por agitación…….……….….…... 140
5.1.1 Desarrollo del trabajo de construcción................................................................. 140
5.1.2 Proceso de construcción del sistema de agitación para el mezclado de pintura
para la línea arquitectónica……………………………………………………………. 140
5.1.3 Materiales utilizados en el sistema de agitación para el mezclado de pintura………………………………………………………………………………......... 141
5.1.4 Instrumentos y equipos utilizados......................................................................... 142
5.1.5 Adquisición de materiales y equipos....................................................................... 142
5.1.6 Inspección de los elementos constitutivos.............................................................. 142
5.1.7 Montaje (proceso)..…………………....................................................................... 143
5.1.8
5.1.9
Pintura…….…………………..……………………….………………………………....
Tecnología de la construcción………………………..………………………………..
148
149
5.3 Pruebas y resultados del mezclador de pintura líquida por agitación………….. .. 155
5.3.1 Equipo utilizado.......................................................................................... .......... 155
5.3.2 Pruebas de los tiempos de mezclado..………..................................................... 156
5.3.3 Eficiencia del sistema.…………..……………………………………………………. 156
5.3.4 Resultados de todo el conjunto del agitador....................................................... 157
6. MANTENIMIENTO Y ANÁLISIS DE LOS COSTOS DEL SISTEMA.
6.1 Mantenimiento y limpieza de la Máquina……………………………………...……... 158
6.1.1 Mantenimiento regular.…………………….............................................................. 158
6.1.2 Limpieza interna y externa.………………………………..…..………………………. 160
6.1.3 Lubricar.…………………….................................................................................... 160
6.1.4 Verifique las bandas del sistema........................................................................... 160
6.2 Análisis de costos……………………….................................................................. 161
BIBLIOGRAFÍALINKOGRAFÍAANEXOSPLANOS
6.2.1 Costos directos........................................................................................................ 161
6.2.2 Costos Indirectos.………………….......................................................................... 163
6.2.3. Costo total............................................................................................................... 163
7. Conclusiones y Recomendaciones
7.1 Conclusiones………………………………………………………………….…………. 164
7.2 Recomendaciones………………………………………………………..……………. 166
LISTA DE TABLAS
TABLA PÁGINA
3.1 Selección de los tipos de mezclado.………………………………... 13
3.2 Mecanismos para obtener la agitación ……………………….…… 15
4.3 Datos de selección.…………………………………………………… 36
4.4 Elementos eléctricos………………………………………………… 83
5.5 Herramientas requeridas..…………………………………………… 149
5.6 Horas – proceso……………………………………………………… 153
5.7 Mantenimiento regular.………………………….…………………… 158
6.8 Costo de materiales………………………………………….………. 161
6.9 Costo horas-hombre.…………………………………………….…… 162
6.10 Costo horas-maquina.…………………………………………...…… 162
6.11 Costo total del prototipo..…………………………………………….. 163
LISTA DE FIGURAS
FIGURA
PÁGINA
2.1 Componentes de la pintura líquida.……………………………………………………………. 3
2.2 Fabricación de la pintura.…………………………………………………………………….…. 7
3.3 Soporte tipo“U”……………………………………………………………………………...……. 17
4.4 Gabinete de mezclado………………………………………………………………………...… 22
4.5 Transmisión 1………………………………………………………………………………..…… 26
4.6 Transmisión 2. …………………………………………………………………………………… 35
4.7 Ejes de las poleas.………………………………………………………………………………. 37
4.8 Fuerzas ejercidas por la polea 1………………..…………………………………………….. 37
4.9 Fuerzas ejercidas por la polea 2……………………………………………………………… 41
4.10 Diagrama de cuerpo libre 3D………………………………………………………………….. 45
4.11 Diagrama de cuerpo libre plano X, Y………………………………………………………….. 45
4.12 Diagrama de fuerza cortante.…………………………………………………….…………….. 46
4.17 Diagrama de esfuerzo fluctuante.……………………………..………………………………. 51
4.18 Diagrama de torsión.………………………………………………..…………………………… 52
4.19 Diagrama de cuerpo libre.……………………………………...…………………………..…… 55
4.20 Chavetero 1……………………………………………………………………………..……… 61
4.21 Diagrama de cuerpo libre 3D……………………………………………………………….…. 64
4.22 Diagrama de cuerpo libre plano X,Y………………………………………………………….. 64
4.23 Diagrama de fuerza cortante.………………………………………………………………...… 66
4.24 Diagrama de momentos.………………………………………………….…………………….. 66
4.25 Diagrama de cuerpo libre plano X, Z………………………………………….……………….. 67
4.26 Diagrama de fuerza cortante..………………………………………………………………….. 68
4.27
4.28
4.29
4.30
4.31
4.32
4.33
4.34
4.35
4.36
4.37
4.38
4.39
Diagrama de momentos.………………………………………………………………...………
Esfuerzo fluctuante………………………………………………………………………………
Esfuerzo de torsión……………………………………………………………………………….
Diagrama de cuerpo libre………………………………………………………………………..
Chavetero 2……………………………………………………………………………………….
Circuito eléctrico………………………………………………………………………………….
Diagrama del tornillo de potencia……………………………………………………………….
Esfuerzo de torsión……………………………………………………………………………….
Esfuerzo de tracción……………………………………………………………………………..
Diagrama de la distribución de la placas………………………………………………………
Esfuerzo de flexión……………………………………………………………………………….
Diagrama de cuerpo libre………………………………………………………………………..
Diagrama de fuerza cortante……………………………………………………………………
68
71
72
74
81
84
85
86
88
94
94
95
96
4.40
4.41
4.42
4.43
4.44
4.45
4.46
4.47
4.48
4.49
4.50
4.51
4.52
4.53
4.54
4.55
4.56
5.57
5.58
5.59
5.60
5.61
5.62
5.63
5.64
5.65
5.66
5.67
5.68
5.69
6.70
Diagrama de momento flector…………………………………………………………………..
Diagrama de cuerpo libre………………………………………………………………………..
Diagrama de fuerza cortante……………………………………………………………………
Diagrama de momento flector………………………………………………………………….
Diseño del bastidor con el programa SAP 2000……………………………………..……….
Soporte tipo”U”……………………………………………………………………………………
Esfuerzo de flexión……………………………………………………………………………….
Diagrama de fuerza cortante……………………………………………………………………
Diagrama de momento flector…………………………………………………………………..
Diagrama de fuerza cortante……………………………………………………………………
Diagrama de momento flector…………………………………………………………………..
Esfuerzo de corte…………………………………………………………………………………
Gráfico de la fluctuación de las fuerzas………………………………………………………..
Gráfico del perno…………………………………………………………………………………
Distancia de los pernos………………………………………………………………………….
Fluctuación de las fuerzas………………………………………………………………………
Gráfico del perno 2……………………………………………………………………………….
Gabinete de mezclado…………………………………………………………………………...
Tornillo de potencia………………………………………………………………………………
Eje guía……………………………………………………………………………………………
Placas fijas………………………………………………………………………………………...
Soporte tipo “U”…………………………………………………………………………………...
Polea fija…………………………………………………………………………………………..
Eje principal……………………………………………………………………………………….
Carcasa del bastidor……………………………………………………………………………..
Gabinete de mezclado…………………………………………………………………………...
Carcasa……………………………………………………………………………………………
Transmisión……………………………………………………………………………………….
Montaje de la máquina de mezclado…………………………………………………………...
Muestras de pintura mezclada………………………………………………………………….
Fotos de mantenimiento…………………………………………………………………………
96
98
99
99
103
108
108
109
110
112
112
113
118
119
120
131
132
143
144
144
145
146
146
147
148
150
151
152
153
157
160
LISTA DE ABREVIACIONES
A Área.
F Fuerza.
Densidad
g Aceleración de la gravedad =9.81m/seg2
hp Potencia en caballos de vapor
P Potencia en hp
m Masa .
T Torque, Tensión
M Momento flector máximo
n Factor de seguridad
I Momento de inércia
! Peso específico
E Módulo de elasticidad.
L Longitud
L Avance
H Altura
R Confiabilidad
V Fuerza cortante, velocidad
W Peso.
N Número de revoluciones
R,K Relación de transmisión
Pc Potencia corregida
Pm Potencia de la motriz
Pa Potencia transmisible por banda
Cx,i Factores de corrección
C1 Constante de ponderación
p Diámetro primitivo
D Diámetro de la polea conducida
d Diámetro de la polea motriz
Arco de contacto
! Ángulo de abrazamiento
" Coeficiente de rozamiento
! Velocidad angular
Diámetro
Sut Límite a la fractura
Sy Límite de fluencia
Se Límite a la fatiga
Ka Coeficiente de acabado superficial
Kb Coeficiente de tamaño
Kc Coeficiente de confiabilidad
Kd Coeficiente de temperatura
Ke Coeficiente de concentración de tensiones
Kf Coeficiente de mayoración de esfuerzos
q Sensibilidad a las ranuras
Kt Coeficiente de factores de concentración de esfuerzos
"eqaEsfuerzo equivalente amplitud
"eqmEsfuerzo equivalente medio
R Reacción
C Capacidad de carga dinámica
Lh Horas de trabajo
FL Factor de vida
Fn Factor de velocidad
dt Diámetro de tracción
#eqa Esfuerzo de torsión amplitud
#eqm Esfuerzo de torsión medio
"fmax Esfuerzo de flexión máximo
"f minEsfuerzo de flexión mínimo
LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1: Propiedades acero estructural A36.
ANEXO 2:
ANEX0 3:
ANEXO 4:
ANEXO 5:
ANEXO 6:
ANEXO 7:
ANEXO 8:
ANEXO 9:
ANEXO 10:
ANEXO 11:
ANEXO 12:
Ecuación de Marín.
Índice de rugosidad o aspereza superficial.
Diagrama de sensibilidad de las ranuras.
Diagrama para factores teóricos para concentración de esfuerzos.
Factor de servicio.
Corrección de potencia.
Sección de la correa.
Diámetros primitivos mínimos.
Correas trapeciales.
Prestaciones de las correas trapeciales
Caballos de fuerza.
.
SUMARIO
Se ha Diseñado, Construido y Probado un Sistema de Agitación para el Mezclado de
Pinturas Líquidas para la Línea Arquitectónica, de la Empresa “LA MAGIA DEL COLOR”
de la ciudad de Riobamba provincia del Chimborazo perteneciente al Sr. Ing. Orlando
Chimbo.
El propósito es mezclar homogéneamente pintura, donde se consideró la carga máxima
tanto del tarro de pintura (20 litros), como los elementos que constituye el gabinete de
mezclado, de esta manera se seleccionó los elementos necesarios, tanto para diseño
como la construcción.
Con estos antecedentes el sistema de agitación para el mezclado de pintura líquida debe
ser el más adecuado para mezclar homogéneamente la pintura, considerando que debe
tener dos movimientos específicos a la vez y un sistema de control de tiempo.
De esta manera se seleccionó el mezclador giroscópico que permite cumplir con los
requerimientos mencionados anteriormente.
Los materiales requeridos se los encuentra fácilmente en el mercado, considerando el
costo de los mismos y su resistencia.
El sistema de mezclado para pintura líquida consta de un circuito eléctrico para controlar
el tiempo necesario de funcionamiento de la misma, con la finalidad de ahorrar energía
eléctrica y poder mezclar desde tarros de 1 litro hasta 20 litros, con tiempos suficientes de
2,5 y 4 minutos respectivamente.
SUMMARY
An Agitation System was designed, constructed and tested for mixing liquid paints for
the Architectonic line of the enterprise LA MAGIA DEL COLOR of Riobamba city,
Chimborazo Province, belonging to Engineer Orlando Chimbo. Its purpose is
homogeneously mixing paint.
The maximum load was considered both of the paint can (20 liters) and the elements
which up the mixing device. This way the necessary elements both of the design and
construction were selected. With this background the agitation system for liquid paint
mixing must be the most adequate one for homogeneously mixing paint considering that
it must have two specific movements at the same time and a time control system. Thus
the gyroscope mixer permitting to accomplish the two above requirements. The required
materials are found easily in the market considering their cost and resistance. The
mixing system for liquid paint has an electric circuit to control the necessary time of its
functioning so as to save electric energy and be able to mix from 1-| cans to 20-| ones
with sufficient times of 2.5 – 4 minutes respectively.