TESIS DE GRADO -...

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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE MECÁNICA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQUIPO AUTOMÁTICO MEZCLADOR DE RESINAS

ADHESIVAS PARA LA EMPRESA PARQUET LOS PINOS”

BENAVIDES DOMÍNGUEZ JOSÉ LEONARDO GUANGA CUADRADO DIEGO RICARDO

TESIS DE GRADO

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO MECÁNICO

RIOBAMBA – ECUADOR 2013

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ESPOCH Facultad de Mecánica

CERTIFICADO DE APROBACIÓN DE TESIS

2011-12-20

Yo recomiendo que la Tesis preparada por:

BENAVIDES DOMÍNGUEZ JOSÉ LEONARDO

Titulada:

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQUIPO AUTOMÁTICO

MEZCLADOR DE RESINAS ADHESIVAS PARA LA EMPRESA PARQ UET

LOS PINOS”

Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:

INGENIERO MECÁNICO

Ing. Geovanny Novillo A.

DECANO DE LA FAC. DE MECÁNICA Nosotros coincidimos con esta recomendación:

Ing. Aníbal Viñán DIRECTOR DE TESIS

Ing. Geovanny Novillo A. ASESOR DE TESIS

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CERTIFICADO DE APROBACIÓN DE TESIS

2011-12-20

Yo recomiendo que la Tesis preparada por:

GUANGA CUADRADO DIEGO RICARDO

Titulada:

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQUIPO AUTOMÁTICO

MEZCLADOR DE RESINAS ADHESIVAS PARA LA EMPRESA PARQ UET

LOS PINOS”

Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:

INGENIERO MECÁNICO

Ing. Geovanny Novillo A.

DECANO DE LA FAC. DE MECÁNICA Nosotros coincidimos con esta recomendación:

Ing.Aníbal Viñán DIRECTOR DE TESIS

Ing. Geovanny Novillo A. ASESOR DE TESIS

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CERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESIS

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: BENAVIDES DOMÍNGUEZ JOSÉ LEONARDO

TÍTULO DE LA TESIS:“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQU IPO AUTOMÁTICO MEZCLADOR DE RESINAS ADHESIVAS PARA LA EMPRESA PARQUET LOS PINOS” Fecha de Examinación: 2013-04-29 RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:

COMITÉ DE EXAMINACIÓN APRUEBA NO APRUEBA

FIRMA

Ing. Telmo Moreno (PRESIDENTE TRIB. DEFENSA)

Ing. Aníbal Viñán (DIRECTOR DE TESIS)

Ing. Geovanny Novillo (ASESOR)

* Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.

RECOMENDACIONES:

El Presidente del Tribunal certifica que las condiciones de la defensa se han cumplido.

f) Presidente del Tribunal

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CERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESIS

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: GUANGA CUADRADO DIEGO RICARDO TÍTULO DE LA TESIS: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQ UIPO AUTOMÁTICO MEZCLADOR DE RESINAS ADHESIVAS PARA LA EMPRESA PARQUET LOS PINOS” Fecha de Examinación: 2013-04-29 RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:

COMITÉ DE EXAMINACIÓN APRUEBA NO APRUEBA

FIRMA

Ing. Telmo Moreno (PRESIDENTE TRIB. DEFENSA)

Ing. Aníbal Viñán (DIRECTOR DE TESIS)

Ing. Geovanny Novillo (ASESOR)

* Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.

RECOMENDACIONES:

El Presidente del Tribunal certifica que las condiciones de la defensa se han cumplido.

f) Presidente del Tribunal

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DERECHOS DE AUTORÍA

El trabajo de grado que se presenta, 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) Benavides Domínguez José Leonardo f) Guanga Cuadrado Diego Ricardo

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DEDICATORIA

Este trabajo lo dedico a Dios por ser quien siempre ha estado presente en mi vida

familiar y estudiantil, siempre dándome el aliento necesario cuando más lo he

necesitado.

A mis queridos Padres Ana Cuadrado y Edgar Guanga por su inmenso amor y

confianza que han depositado en mí, a mis hermanos Vinicio y Daniela por su continuo

aliento de superación, ami esposa Carolina, quien siempre me supo apoyar en todo

momento y a mi hijo Juan Diego, por ser hasta ahora el motor que impulsa mi vida.

Diego Ricardo Guanga Cuadrado

El presente trabajo se lo dedicado a mis Padres, María Eugenia Domínguez y Adriano

Benavides, por nunca dejarme solo en este largo y duro viaje, logrando alcanzar el

objetivo propuesto, a mi hermano Luis, por su ejemplo de superación, a mis familiares,

quienes siempre me apoyaron y su preocupación constante, a mis maestros y amigos.

José Leonardo Benavides Domínguez

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AGRADECIMIENTO

Al finalizar mi carrera estudiantil en la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo,

específicamente en la Escuela de Ingeniería Mecánica quiero expresar el más sincero de

mis agradecimientos, en primer lugar a Dios por siempre estar a mi lado llenándome de

bendiciones. A mis padres Edgar y Anita por todo su apoyo moral y económico, que

nunca faltó. A nuestros grandes maestros que con sus enseñanzas han logrado que hoy

cumpla con un objetivo más de mi vida profesional en especial a nuestro Director y

Asesor de tesis; Ing. Aníbal Viñán e Ing. Geovanny Novillo. A mis amigos y

compañeros por las grandes experiencias compartidas, a toda mi familia ya amigos

cercanos por nunca dejarme solo cuando más lo he necesitado y por ultimo al, Ing.

Pablo Arias quien nos ayudo con el planteamiento y ejecución de la tesis.

Diego Ricardo Guanga Cuadrado

Agradezco a la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, en especial a la Escuela

de Ingeniería Mecánica, por brindarnos la oportunidad de obtener una profesión y ser

personas útiles a la sociedad, a mis maestros, compañeros y amigos por sus invalorables

aportes.

A los miembros del Tribunal, Ingenieros. Geovanny Novillo y Aníbal Viñán, al igual

que al, Ing. Pablo Arias por la ayuda y guía brindada en la elaboración del presente

trabajo de tesis.

A mis padres, hermano, abuelos, tías y tíos por la confianza depositada en mi persona

durante todos estos años.

José Leonardo Benavides Domínguez

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CONTENIDO

Pág.

1. GENERALIDADES 1.1 Antecedentes ............................................................................................................................. 1 1.2 Justificación .............................................................................................................................. 1 1.2.1 Justificación técnica .................................................................................................................. 1 1.2.2 Justificación económica ............................................................................................................ 1 1.3 Objetivos ................................................................................................................................... 2 1.3.1 Objetivo general. ....................................................................................................................... 2 1.3.2 Objetivos específicos ................................................................................................................. 2 2. MARCO TEÓRICO 2.1 Equipos de mezclado de fluido ................................................................................................. 3 2.2 Clasificación de los mezcladores .............................................................................................. 3 2.2.1 Según la frecuencia de rotación ................................................................................................ 3 2.2.2 Según la forma de movimiento o flujo del líquido ..................................................................... 4 2.2.3 Según el tipo de agitador. ......................................................................................................... 5 2.3 Tipos de mezclado .................................................................................................................... 7 2.3.1 Mezclado heterogéneo .............................................................................................................. 7 2.3.1.1 Mezcla líquido-líquido .............................................................................................................. 7 2.3.1.2 Mezcla líquido- sólido ............................................................................................................... 8 2.4 Relaciones, ecuaciones y coeficientes ....................................................................................... 9 2.4.1 Viscosímetro de cilindros concéntricos ..................................................................................... 9 2.4.2 Determinación de la viscosidad aparente ................................................................................. 9 2.4.3 Modelo reológico .................................................................................................................... 10 2.4.4 Pasos a seguir para el diseño y cálculo de un mezclador ....................................................... 11 2.4.5 Potencia consumida en un mezclador de fluidos no newtonianos .......................................... 12 2.5 Fundamentos de control digital ............................................................................................... 15 2.5.1 Clasificación de los sistemas de control ................................................................................. 15 2.5.2 Programación ......................................................................................................................... 16 3. DISEÑO DEL MEZCLADOR 3.1. Resinas Adhesivas ................................................................................................................... 18 3.2. Principios de funcionamiento .................................................................................................. 19 3.3 Parámetros de diseño .............................................................................................................. 20 3.3.1 Determinación del diagrama reológico .................................................................................. 20 3.3.2 Determinación de la densidad ................................................................................................ 24 3.4. Análisis y selección de alternativas ......................................................................................... 25 3.4.1 Selección del agitador más óptimo y eficaz ............................................................................ 25 3.4.2 Agitador de ancla .................................................................................................................... 25 3.4.2.1 Parámetros geométricos del revolvedor de ancla ................................................................... 25 3.4.2.2 Determinación del número de revoluciones ............................................................................ 26 3.4.2.3 Determinación de la potencia de accionamiento .................................................................... 27 3.4.2.4 Cálculo del tiempo de homogenización................................................................................... 28 3.4.3 Agitador de tornillo ................................................................................................................. 29 3.4.3.1 Parámetros geométricos del revolvedor de tornillo ................................................................ 29 3.4.3.2 Determinación del número de revoluciones ............................................................................ 30 3.4.3.3 Determinación de la potencia de accionamiento .................................................................... 31 3.4.3.4 Cálculo del tiempo de homogenización................................................................................... 33 3.5. Diseño del sistema de mezclado.............................................................................................. 33 3.5.1 Diseño del eje horizontal ........................................................................................................ 33 3.5.1.1 Peso total del recipiente .......................................................................................................... 33

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3.5.1.2 Diagrama de fuerzas del eje horizontal .................................................................................. 35 3.5.1.3 Cálculo de fuerzas cortantes y momentos flectores ................................................................ 35 3.5.1.4 Diagrama de fuerzas cortantes y momentos flectores ............................................................. 38 3.5.2 Diseño del eje vertical ............................................................................................................. 40 3.5.2.1 Determinación de fuerzas que actúan sobre el eje vertical..................................................... 40 3.5.2.2 Diagrama de fuerzas del eje vertical ...................................................................................... 42 3.5.2.3 Diagrama de esfuerzos fluctuantes del eje vertical ................................................................. 45 3.5.2.4 Esfuerzos equivalentes ............................................................................................................ 47 3.5.3 Selección de rodamientos ........................................................................................................ 50 3.5.3.1 Análisis dinámico .................................................................................................................... 51 3.5.3.2 Análisis estático ...................................................................................................................... 53 3.5.4 Selección de soporte o chumacera .......................................................................................... 53 3.5.5 Diseño del tanque .................................................................................................................... 54 3.5.5.1 Cálculo de la presión .............................................................................................................. 54 3.5.5.2 Recipiente de pared delgada ................................................................................................... 54 3.5.6 Diseño del engrane interior .................................................................................................... 55 3.5.7 Diseño del muelle .................................................................................................................... 57 3.5.7.1 Diseño del cuerpo ................................................................................................................... 57 3.5.7.2 Diseño del gancho ................................................................................................................... 59 3.6 Diseño del sistema reductor de velocidades ............................................................................ 60 3.6.1 Sistema de transmisión directa ............................................................................................... 60 3.6.2 Sistema de transmisión con reductor de velocidad ................................................................. 61 3.6.3 Sistema de transmisión con reductor de velocidad de bandas y poleas .................................. 62 3.7 Desplazamiento del fluido ....................................................................................................... 64 3.8 Diseño estructural ................................................................................................................... 66 3.8.1 Cargas que actúan en la estructura ........................................................................................ 67 3.8.2 Análisis de tensiones ............................................................................................................... 67 3.8.3 Análisis de desplazamientos .................................................................................................... 68 3.9 Diseño eléctrico....................................................................................................................... 69 3.9.1 Circuitos eléctricos ................................................................................................................. 69 3.9.1.1 Circuito de Potencia ............................................................................................................... 69 3.9.1.2 Circuito de Mando .................................................................................................................. 70 3.10 Programación y automatización .............................................................................................. 71 3.10.1 Programación del logo ........................................................................................................... 71 3.10.2 Automatización del mezclador ................................................................................................ 74 3.10.3 Esquema de la automatización en el logo ............................................................................... 75 3.10.3.1 Funciones usadas en el logo ................................................................................................... 76 4. CONSTRUCCIÓN, MANTENIMIENTO Y COSTOS 4.1 Componentes de la máquina y tecnología de la construcción ................................................. 78 4.2 Operaciones tecnológicas ........................................................................................................ 78 4.3 Flujo grama de construcción y montaje .................................................................................. 81 4.4 Operación y mantenimiento .................................................................................................... 82 4.4.1 Manual de operación .............................................................................................................. 83 4.4.2 Manual de mantenimiento ....................................................................................................... 91 4.5 Pruebas .................................................................................................................................... 92 4.6 Análisis de costos .................................................................................................................... 93 4.6.1 Costos directos ........................................................................................................................ 93 4.6.1.1 Materiales y accesorios........................................................................................................... 93 4.6.1.2 Mano de obra ......................................................................................................................... 97 4.6.1.3 Equipos y herramientas.......................................................................................................... 98 4.6.1.4 Transporte ............................................................................................................................ 98 4.6.2 Costos indirectos .................................................................................................................... 99 4.6.3 Costos totales ......................................................................................................................... 99 4.6.4 Costos por operación y mantenimiento .................................................................................. 99

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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones ......................................................................................................................... 101 5.2 Recomendaciones .................................................................................................................. 101 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRAFÍA LINKOGRAFÍA ANEXOS PLANOS

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LISTADE TABLAS

Pág. 1 Determinación de la densidad ............................................................................... 24 2 Operaciones tecnológicas ejecutadas en la construcción de la máquina mezcladora de resinas adhesivas ........................................................................... 79 3 Posibles problemas prácticos a encontrarse durante el trabajo de mezclado ........................................................................................................... 91 4 Pruebas mecánicas ................................................................................................. 92 5 Pruebas eléctricas y electrónicas ........................................................................... 93 6 Costos por materiales y accesorios mecánicos ...................................................... 96 7 Costos por materiales y accesorios eléctricos y electrónicos ................................ 97 8 Costos por mano de obra ....................................................................................... 97 9 Costos por equipos y herramientas ....................................................................... 98 10 Costos por transporte ............................................................................................ 98 11 Valor total costos directos .................................................................................... 98 12 Costos indirectos .................................................................................................. 99 13 Costos totales ........................................................................................................ 99 14 Consumo eléctrico ............................................................................................... 100 15 Costos totales por operación y mantenimiento .................................................... 100

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LISTA DE FIGURAS

Pág. 1 Tipos de movimientos del fluido en un mezclador .............................................................. 4 2 Posiciones típicas de los ejes en los mezcladores ................................................................ 5 3 Tipos de mezcladores según su agitador .............................................................................. 6 4 Curvas que representan la variación de Po, según m y Rem ............................................. 14 5 Diagrama de cuerpo libre del eje horizontal ...................................................................... 35 6 Diagrama de cuerpo libre del eje horizontal tramo A-C .................................................... 36 7 Diagrama de cuerpo libre del eje horizontaltramo A-D ..................................................... 37 8 Diagrama de cuerpo libre del eje horizontal tramo A-B .................................................... 38 9 Diagrama de fuerzas cortantes del eje horizontal .............................................................. 39 10 Diagrama de momentos flectores del eje horizontal .......................................................... 40 11 Diagrama de Presiones en el eje vertical ........................................................................... 41 12 Diagrama de cuerpo libre del eje vertical .......................................................................... 43 13 Diagrama de cuerpo libre del eje vertical plano xy, xz ...................................................... 44 14 Fuerzas aplicadas sobre el eje vertical en el plano xz ....................................................... 45 15 Diagrama de fluctuaciones del eje a flexión ...................................................................... 46 16 Diagrama de fluctuaciones del eje a carga axial ................................................................ 47 17 Diagrama de Fluctuaciones del eje a carga axial ............................................................... 48 18 Diagrama de cuerpo libre del eje horizontal con rodamientos ........................................... 51 19 Chumacera CMB ............................................................................................................... 54 20 Tanque para mezclado ....................................................................................................... 55 21 Sistema de transmisión directa .......................................................................................... 62 22 Sistema de transmisión con reductor de velocidad ............................................................ 63 23 Transmisión con reductor de velocidad (bandas y poleas). ............................................... 64 24 Reductor de velocidad ....................................................................................................... 65 25 (a) Campo flujo en plano vertical Esquema ...................................................................... 66 (b) Distribución de presión sobre superficie cilíndrica en r = 0.45D ................................ 66 26 Ilustración del campo de flujo en canal abierto en el recipiente ........................................ 66 27 Vista isométrica de la estructura ........................................................................................ 68 28 Fuerzas que actúan en la estructura ................................................................................... 68 29 Resultados de tensiones, Solid Word 2010 ....................................................................... 69 30 Resultados de desplazamientos, Solid Word 2010 ............................................................ 70 31 Circuito de potencia del sistema de mezclado ................................................................... 71 32 Circuito de mando del sistema de mezclado ...................................................................... 72 33 Imagen de LOGO Siemens ................................................................................................ 73 34 Ilustración del bloque en el display ................................................................................... 73

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LISTA DE ANEXOS

A Principales tipos de mezcladores lentos

B Valores del coeficiente K para los tipos básicos de mezcladores rotativos.

Datos constructivos del viscosímetro rotacional

C Número de potencia para distintos tipos de mezcladores lentos

D Dependencia del criterio Ntm en el número de Reynolds de algunos tipos de mezcladores

E Datos del viscosímetro obtenidos en el laboratorio EIM

Resultados obtenidos

F Gráfica

G Gráfica vs.

H Propiedades mecánicas de los aceros

I Propiedades del acero inoxidable 304

J Esfuerzos permisibles

K Factores de modificación de acabado superficial para el acero

Factores de confiabilidad con una desviación estándar del 8% dellímite de fatiga

L Valores de orientación para selección de motores

M Factores de esfuerzos estáticos

N Catálogo de rodamientos CMB

O Catálogo de soporte de rodamiento o chumacera

P Especificaciones técnicas acero inox 304

Q Flecha admisible

)( Nf γτ &=

τLog NLogγ&

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RESUMEN

El diseño y construcción de una máquina automática mezcladora de resinas adhesivas, surge

como una necesidad imperiosa de la empresa “Parquet Los Pinos”, ya que ésta ha establecido

la necesidad de ampliar sus líneas de producción e incursionar en la elaboración de resinas

adhesivas, en el mercado regional y nacional; así como también, se ha propuesto reducir los

costos de resina que son rubros significativos para ofrecer precios de venta óptimos en el

mercado.

La máquina consiste de un mezclador, compuesto por un motor con una potencia previamente

calculada que proporciona el movimiento a un tornillo helicoidal que, por medio de un sistema

reductor de velocidades, gira a una velocidad angular adecuada para obtener una mezcla

homogénea de todos los elementos constitutivos de la resina.

El sistema de mezclado requiere un cambio de sentido de giro durante este proceso se usarán

relés de estado sólido comandados y accionados por medio del Módulo Lógico Universal

Siemens (LOGO), que desactivael motor de acuerdo con el tiempo requerido, que deberá ser

previamente digitado.

Además, la máquina posee un sistema de calentamiento necesario para iniciar el proceso de

mezclado y usa un quemador de gas licuado. Este proceso también lo controla el Logo, ya que

da las señales de activación tanto del chispero como del solenoide de gas simultáneamente,

permitiendo el encendido automático del quemador: al llegar a la temperatura indicada por el

operario en el display, una termocuplada la señal de finalizado del proceso de calentamiento e

inicio del proceso de mezclado propiamente dicho.

Con la construcción de la máquina se obtiene mejores rendimientos que encaminan a las

empresas de Chimborazo a contar con ventajas competitivas en los precios ofrecidos al

mercado.

Se recomienda dar el mantenimiento señalado que aseguren la vida útil de la máquina.

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ABSTRACT

Thedesing and construction of an automatic mixing machine resins arises like a must of the

“Parquet Los Pinos”, enterprise for it establishes the need of amplifying its production lines and

go within the elaboration of adhesive resins in both the regional and national market; also has

been proposed to reduce the cost of resin because they are significant items to offer optimal

prices sale in the market.

The machine consists of a mixer made of a motor with a previously calculated power that

enables movement to a helicoidal screw that, by means of a reducing speed system, turns around

to an adequate speed to obtain an even mixture of all the elements constituting the resin.

The mixing system requires of a counterclockwise movement during this mixes process. Solid

state relays commanded and activated by de Siemens Universal Logic Module (LOGO) will be

used. This module disactivates the motor according to the required time that will have to be

resetted before.

Beside, the machine has a heating system necessary to initiate the mixing process and uses a

liquefied gas burner. This process is also controlled by the module since it gives the activation

signals both of the sparker and the gas solenoid simultaneously, allowing the automatic starting

of the burner, on arriving to the temperature indicated by the operator in the display, a

thermocouple gives the signal that the heating process has finished and has begun the very

mixing process.

With the construction of the machine obtained the best performance that guide to the

Chimborazo companies to count with competitive advantage in the pricesoffered at market.

Recommended to give the maintenance that ensure the lifetime of machine

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CAPÍTULO I

1. GENERALIDADES

1.1 Antecedentes

Existen empresas ecuatorianas y de la región, de donde se pueden obtener resinas

adhesivas, pero en la zona centro del país no contamos con este tipo de empresas por

lo que PARQUET LOS PINOS pretende ingresar en el mercado nacional y porque no

decirlo internacional, mediante la implementación de la línea de producción de

resinas.

De esta manera constituye de gran importancia dar un adecuado funcionamiento a

este proceso con la utilización de un equipo mezclador de resinas adhesivas,

automatizando los tiempos y las diferentes velocidades según las propiedades del

fluido.

1.2 Justificación

1.2.1 Justificación técnica. Parquet los Pinos empresa que ha establecido la

necesidad de ampliar sus líneas de producción. Pretende incursionar en la elaboración

de resinas adhesivas, para lo cual se ha creído indispensable diseñar y construir un

equipo automático mezclador. De ésta manera se contribuirá al fortalecimiento de la

empresa.

1.2.2 Justificación económica. La presente tesis pretende mejorar la economía de

la empresa, por medio de la construcción de un mezclador de resinas adhesivas, pues

en la actualidad los costos de adquisición de resinas representan un gasto significativo

para la empresa,lo que se convierte en un inconveniente que con la implementación

de este equipo se reducirá significativamente los egresos económicos de la empresa.

Siendo de esta manera la construcción del proyecto de tesis y la Escuela de Ingeniería

Mecánica una oportunidad de desarrollo sustentable en la industria ecuatoriana.

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1.3 Objetivos.

1.3.1 Objetivo general.Diseñar y construir un equipo automático mezclador de

resinas adhesivas para la empresa Parquet los Pinos de la ciudad de Riobamba.

1.3.2 Objetivos específicos

Estudiar las alternativas de mezclado y seleccionar la más confiable tanto técnica

como económicamente.

Estudiar las posibles alternativas de mezclado para evitar al máximo la contaminación

ambiental.

Realizar el diseño más adecuado de un equipo mezclador de resinas adhesivas.

Automatizar el equipo mediante la utilización de micro controladores, para optimizar la

mezcla.

Construir el equipo de acuerdo con las necesidades de la empresa PARQUET LOS

PINOS.

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CAPÍTULO II

2. MARCO TEÓRICO

2.1 Equipos de mezclado de fluido[1]

Los equipos de mezclado de fluidos son muy diversos dependiendo del tipo de fluido y

de las características que se deseen dar al mismo.

Estos equipos tienen la función de homogenizar en términos de concentración y

temperatura una mezcla. La finalidad última dependerá de la etapa del proceso, que

en este caso será el mezclado de líquidos miscibles.

Los sistemas de equipos de mezclado más comunes y utilizados en la industria,

corresponden a mezclas líquido/líquido, basadas en principios razonables y con un

poder predictivo razonable.

Estos equipos están constituidos por sistemas de mezclado horizontal o vertical.

2.2 Clasificación de los mezcladores

En la práctica se usan diferentes tipos de mezcladores y se dividen según diferentes

puntos de vista.

• Según la frecuencia de rotación.

• Según la forma de movimiento o flujo del líquido.

• Según el tipo de agitador

2.2.1 Según la frecuencia de rotación.

• Mezcladores Lentos: Trabajan con una cantidad más baja de revoluciones y

generalmente (D/d) ≤ 2.

Donde:

D=diámetro del recipiente

d=diámetro del revolvedor

• Mezcladores Rápidos. Trabajan con altas revoluciones y en algunos casos el

eje del mezclador está unido directamente con el eje del motor eléctrico y

generalmente (D/d) ≥ 3.

2.2.2 Según la forma de movimiento o flujo del líquido

• Mezcladores Axiales

eje del recipiente, pertenecen a este grupo por ejemplo los mezcladores tipo

hélice, paletas inclinadas, tornillos sin fin, entre otros (

• Mezcladores Radiales

pertenecen a este grupo principalmente los mezcladores tipo turbina (

• Mezcladores Tangenciales

planos perpendiculares al eje del recipiente, a esta

principalmente los mezcladores lentos de paletas o de ancla (

Figura 1

Fuente: Geankoplis

Los mezcladores rápidos se

que está provisto con cuatro topes perpendiculares (cuyo ancho es de 0.1 D) (

1a, 1b) los que impiden la rotación del líquido y con ello la formación de un remolino

central. En algunos casos, el

vista tecnológico, por lo que se produce en el recipiente el remolino central (

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Según la forma de movimiento o flujo del líquido

Mezcladores Axiales . El movimiento del líquido en lo fundamental es paralelo al


hélice, paletas inclinadas, tornillos sin fin, entre otros (figura1a

Mezcladores Radiales . Forman en el recipiente un flujo en dirección radial,

tenecen a este grupo principalmente los mezcladores tipo turbina (

Tangenciales . Forman en el recipiente un flujo tangencial en los

planos perpendiculares al eje del recipiente, a esta

principalmente los mezcladores lentos de paletas o de ancla (figura1c).

Figura 1. Tipos de movimientos del fluido en un mezclador

Fuente: Geankoplis, Procesos de Transporte y operaciones Unitarias

Los mezcladores rápidos se colocan generalmente concéntricamente en el recipiente

que está provisto con cuatro topes perpendiculares (cuyo ancho es de 0.1 D) (

) los que impiden la rotación del líquido y con ello la formación de un remolino

central. En algunos casos, el uso de los topes no es conveniente desde el punto de

vista tecnológico, por lo que se produce en el recipiente el remolino central (

fundamental es paralelo al


figura1a).

Forman en el recipiente un flujo en dirección radial,

tenecen a este grupo principalmente los mezcladores tipo turbina (figura1b).

Forman en el recipiente un flujo tangencial en los

grupo pertenecen

figura1c).

Tipos de movimientos del fluido en un mezclador

, Procesos de Transporte y operaciones Unitarias

colocan generalmente concéntricamente en el recipiente

que está provisto con cuatro topes perpendiculares (cuyo ancho es de 0.1 D) (figura

) los que impiden la rotación del líquido y con ello la formación de un remolino

uso de los topes no es conveniente desde el punto de

vista tecnológico, por lo que se produce en el recipiente el remolino central (figura 2a).

Figura 2. Posiciones típicas de los ejes en los mezcladores

Fuente: Geankoplis, Procesos de Trans

La presencia del remolino central disminuye la intensidad del mezclado y puede

conducir también a la succión (entrada) del aire en el líquido. La formación del

remolino central se puede limitar, colocando el mezclador fuera d

(figura 2b); por ejemplo oblicuamente al eje del recipiente.

2.2.3 Según el tipo de agitador

• Mezcladores de tres hojas o propulsor marino

ayuda a obtener máxima turbulencia, se emplea a altas velocidades (hasta

1800rpm). Aplicable a fluidos viscosos, su agitador raramente supera las 18

pulgadas de diámetro (

• Mezcladores de hojas Planas

tienen un diseño simple. El comportamiento de su agitador es el má

(figura 3b).

• Mezclador de disco y hojas

posee un efecto estabilizante, se encuentran también con hojas curvas, cubren

entre el 30 y 50% del diámetro del estanque

• Mezcladoresde turbina cubierta

principalmente para emulsiones y dispersiones

• Mezcladores de disco con dientes de sierra

agitador tipo propulsor se aplica para emulsiones y aspersiones y produce un

efecto local sin la necesidad de bafles

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Fuente: Geankoplis, Procesos de Transporte y operaciones Unitarias



remolino central se puede limitar, colocando el mezclador fuera del eje del recipiente

por ejemplo oblicuamente al eje del recipiente.

Según el tipo de agitador

Mezcladores de tres hojas o propulsor marino . Produce un flujo axial que



pulgadas de diámetro (figura 3a).

Mezcladores de hojas Planas . Producen flujo radial el cual choca con la pared,

tienen un diseño simple. El comportamiento de su agitador es el má

Mezclador de disco y hojas . Produce corrientes radiales y axiales. El disco


y 50% del diámetro del estanque (figura3c).

turbina cubierta . Forma un flujo radial intenso, se lo utiliza

principalmente para emulsiones y dispersiones (figura 3d).

Mezcladores de disco con dientes de sierra . Este mezclador posee un


efecto local sin la necesidad de bafles (figura 3e).


porte y operaciones Unitarias



el eje del recipiente

Produce un flujo axial que



Producen flujo radial el cual choca con la pared,

tienen un diseño simple. El comportamiento de su agitador es el más predecible

Produce corrientes radiales y axiales. El disco


Forma un flujo radial intenso, se lo utiliza

Este mezclador posee un


-6-

• Mezcladores de paletas de ancla. Su agitador se ajusta a las paredes del

tanque, cubren entre el 50 y 80% del recipiente, son malos mezcladores pero

previenen la adhesión de materiales pegajosos. Promueven la buena

transferencia de calor con las paredes (figura 3f).

Figura 3. Tipos de mezcladores según su agitador

Fuente: Stanley, ChemicalProcessEquipment

• Mezcladores de compuerta. Son mezcladores tipo paleta, para velocidades

relativamente bajas. Sus estanques son amplios y bajos, se utilizan para

mezclas de fluidos viscosos y que requieran poco esfuerzo de corte (figura 3g).

• Mezcladores de impulsores huecos. Se los utiliza a altas velocidades

principalmente donde se requiera disipar gases (figura 3h).

• Mezcladores de hélice con calefacción. Producen un movimiento directo hacia

todo el fluido, barren la superficie de las paredes de estanque. Se pueden usar

efectivamente con Reynolds bajos y para líquidos muy viscosos (figura 3i).

-7-

2.3 Tipos de Mezclado [2]

2.3.1 Mezclado heterogéneo. El mezclado heterogéneo, generalmente de dos

fases, mutuamente insoluble, se presenta en tres sistemas.

• Líquido – Gas

• Líquido – Líquido

• Líquido – Sólido

De acuerdo con el tipo de trabajo que se pretende realizar los únicos sistemas que

interesará investigar son los dos últimos mencionados anteriormente.

El objetivo del mezclado en estos sistemas es generalmente la intensificación de la

transferencia de la masa. El flujo de masa (m� ) se puede expresar con la ecuación:

m� � k� � S � ∆c (1)

Donde:

k�………… Es el coeficiente de transferencia de la masa

S………….. Es la superficie entre fases

∆c………. Es el límite entre fases.

De la ecuación se desprende, que el objetivo principal del mezclado en estos sistemas

será:

Alcanzar la mayor superficie posible entre fases.

Obtener altos valores del coeficiente de transferencia de masa.

2.3.1.1 Mezcla líquido – líquido.En sistemas monofásicos la potencia consumida

deberá ser calculada utilizando la densidad y viscosidad la de la mezcla.

La densidad de la mezcla (�) se calcula con la relación:

� � � � � � �1 � �� (2)

Donde:

� ...... Es la densidad del líquido dispersado.

� ….. Es la densidad del líquido dispersante.

� ….. Es la concentración volumétrica de la fase dispersa.

-8-

En el caso de no tener los datos anteriores disponibles para hallar la densidad de la

mezcla se la puede hallar de una forma práctica, pesando una cierta cantidad de

volumen de mezcla y aplicando la siguiente ecuación:

� � ��

(3)

Donde:

��…… Es la masa de la mezcla.

��…… Es el volumen de la mezcla.

La viscosidad aparente (��) de la mezcla se puede calcular con la expresión:

�� !"

� #1 � �.%�!"��&��'�&

( (4)

Donde:

��…… Es la viscosidad el líquido dispersante.

�)…… Es la viscosidad el líquido dispersado.

Esta ecuación se recomienda para la concentración de la fase dispersa Cv< 0.3.

2.3.1.2 Mezcla líquido – sólido.La potencia consumida, para este caso, se calcula en

la zona turbulenta, igual que para el líquido puro, con tal de sustituir como densidad de

la suspensión (�), la calculada mediante la siguiente ecuación:

� � � � * � �1 � �� (5)

Donde:

*……. Es la densidad del sólido.

…….. Es la densidad del líquido.

Esta forma de cálculo da buenos resultados para los valores de la concentración

volumétrica � +10%. Con mayores concentraciones volumétricas, la potencia real es

mayor, que la calculada.

-9-

Las suspensiones de granos finos concentrados presentan el comportamiento de un

fluido no Newtoniano.

El objetivo principal del cálculo, en este caso es lograr la suspensión de todas las

partículas sólidas, en la fase líquida, y no en el fondo del recipiente, con eso se logra

la superficie máxima entre las fases para la transferencia de masa.

2.4 Relaciones, ecuaciones y coeficientes [3]

2.4.1 Viscosímetro de cilindros concéntricos. Es un viscosímetro que está

compuesto de un cilindro interior y uno exterior, el cilindro exterior es hueco y el

interior macizo, el exterior permanece fijo, mientras que el interior se lo hace girar,

entre los dos cilindros existe un espacio en el cual se coloca el material del cual se

quiere medir su viscosidad.

El viscosímetro con el cual se cuenta en el laboratorio de la ESPOCH para realizar la

identificación de la viscosidad del fluido, necesarias para el diseño del mezclador es el

de cilindros concéntricos. A continuación se indican los detalles referentes a dicho

viscosímetro y además el procedimiento a seguir para realizar las pruebas.

2.4.2 Determinación de la viscosidad aparente.El objetivo principal de esta prueba

es determinar cómo varia la viscosidad aparente en función de la velocidad angular.

Para lo cual se deberá registrar los siguientes parámetros experimentales:

• Radio del cilindro rotor, Rc (m)

• Radio del tambor, Rt (m)

• Longitud del cilindro Rotor, L (m)

• Peso real, Prr (Kg)

• Tiempo en dar una revolución el tambor, t (s)

• Radio del recipiente, Rr (m)

• Con estos datos se determinaran:

• Esfuerzo cortante, τ (Pa)

• Gradiente de velocidad Newtoniano, Nγ& ( )1−s

• Viscosidad aparente, amµ (Pa.s)

-10-

Por medio de las siguientes ecuaciones:

(6)

(7)

(8)

La grafica se construye mediante la siguiente función:

(9)

Se representa el modelo reo lógico real con la siguiente ecuación:

(10)

El procedimiento a seguir es el siguiente:

• Colocar al eje de sujeción del cilindro rotor en el mandril.

• Ajustar el eje de sujeción mediante la llave.

• Verter el líquido en el recipiente.

• Introducir el recipiente por el agujero de la parte inferior de la placa.

• Colocar el soporte debajo del recipiente.

• Colocar los diferentes pesos en el porta pesas, desde, 0,1 gr. hasta 100 gr.

• Medir y anotar el tiempo que se demora en dar una vuelta el tambor polea para

los diferentes pesos.

2.4.3 Modelo reológico.Esta prueba es necesaria para determinar la variación del

esfuerzo cortante en función del gradiente de velocidad:

Se registran los siguientes parámetros:

LR

RgP

c

tRR

...2

..2π

τ =

v

r

c

N N

R

R.

1

.42

−

= πγ&

Nam γ

τµ&

=

( )Nf γτ &=

( )nNf γτ &=

( )stv

-11-

• Tiempo en dar una revolución el tambor,

• Índice de flujo, n

• Índice de consistencia, K

Con estos datos se determina:

• Esfuerzo cortante a cualquier gradiente de velocidad,

• Gradiente de velocidad real,

• Viscosidad no newtoniana real,

• Viscosidad efectiva,

Las ecuaciones que se utilizan son:

(11)

(12)

(13)

(14)

2.4.4 Pasos a seguir para el diseño y cálculo de un mezclador

Definición del volumen de la mezcla, para obtener su altura que por lo general es igual

a su diámetro, este valor puede variar de acuerdo a las normativas de recipientes

cilíndricos.

Se procede a seleccionar el tipo de agitador o revolvedor de acuerdo a las

propiedades físicas de la mezcla principalmente su viscosidad y tipo de fluido.

τ

( )1−swγ&

( )sPa.η

( )sPaef .µ

vn

r

c

w N

R

Rn

−

=2

1.

.4πγ&

Wγτη&

=

Wn

n

D

v γ&.1.3

.4.8

+=

( )Dvw

ef .8τµ =

-12-

El diámetro del revolvedor será de acuerdo a las normas, teniendo en cuenta que la

relación D/d se cumpla de acuerdo al Anexo B.

Determinación de la velocidad angular en rpm, esta velocidad la obtendremos teniendo

en cuenta parámetros como:

• El objetivo y tiempo de mezclado.

• Requisitos tecnológicos como consistencia, viscosidad deseada, color, etc.

Como orientación técnica para esto se tiene que:

• En mezclados rápidos la potencia específica está entre 150 y 950 W/m3.

• Para mezcladores lentos donde se tiene que mezclar fluidos de alta viscosidad la

potencia especifica está entre 600 y 1500 W/m3.

Luego de obtener la potencia específica (Ep), se procede al cálculo de la Potencia,

mediante la fórmula P=Ep.V, donde y seguidamente se determina el número de rpm

del agitador.

Para obtener la potencia real del motor debemos tomar en cuenta las siguientes

perdidas.

• Pérdidas por transmisión.

• Pérdidas por ubicación del eje mezclador.

• Pérdidasen los sellos.

Por último procedemos a la automatización del proceso mediante un panel de control o

mando previamente analizado y estudiado.

2.4.5 Potencia consumida en un mezclador de fluidos no newtonianos.Para

determinar la potencia consumida en un mezclador de fluidos no newtonianos se debe

tomar en cuenta algunos términos y se la puede expresar de la siguiente manera.

(15)

En la ecuación 14, la expresión K

dN mn ρ.. 22−

se denomina número de Reynolds, para

líquidos no newtonianos Rem.

La ecuación adimensional para la alimentación en la zona de flujo lento se reduce a:

0,..

,..

22

31=

−

+ nK

dN

dNK

Pf m

n

n

ρ

-13-

(16)

Donde:

P=Potencia consumida por el mezclador.

k=Constante del modelo reológico del fluido no newtoniano.

n=Índice de flujo del modelo reológico del fluido no newtoniano.

Debido a que en la zona del flujo lento Rem es bajo, y por ende las fuerzas de inercia

también son bajas respecto a las fuerzas de presión y de viscosidad la ecuación 2.15

se la puede expresar de la siguiente manera:

(17)

Al introducir en la ecuación 16 el criterio del número de alimentación (Po), puede ser

expresada de la siguiente manera.

(18)

Sabiendo que:

(19)

Finalmente de la ecuación 18 se despeja la incógnita buscada que es la potencia P.

La desventaja de este método consiste en que para mezclador sería necesario obtener

varias curvas con diferentes índices de flujo (n). Muy similar a lo mostrado en la figura

4.

0,.. 31

=

+ n

dNK

Pf

n

)(.. 31

nCdNK

Pn

=+

m

nCPo

Re

)(=

53.. dN

PPo

mρ=

-14-

Figura 4.Curvas que representan la variación de Po, de acuerdo al

índice de flujo m y de Rem

Fuente: Fort, Capacidad de Bombeo de Mezcladores

La desventaja anterior se elimina aplicando el método desarrollado por Metzer-Otto los

cuales trabajan su ecuación, con las propiedades reológicas del fluido analizado.

Como primer paso en el desarrollo de este método esta hallar la velocidad efectiva de

deslizamiento ( ) la misma que ellos suponían que era proporcional a la velocidad

del mezclador (N), para esto se debe aplicar la siguiente ecuación:

(20)

Donde:

K: depende solo del tipo de mezclador y de la geometría revolvedor- recipiente los

valores de k obtenidos experimentalmente, aparecen en el Anexo C.

Posteriormente obtenían la viscosidad efectiva aplicando la siguiente

fórmula:

(21)

A continuación encontraban el número de Reynolds aplicando la ecuación:

(22)

efγ&

Nkef *=γ&

1)*(* −= nef NkKµ

efµ

ef

mdN

µρ..

Re2

=

-15-

Una vez determinado el número de Reynolds se acude al Anexo C en la cual se

encuentra el número de alimentación Po el mismo que está en función de Reynolds y

del tipo de mezclador.

Seguidamente de encontrado Po se procede a despejar la potencia P de la ecuación

2.18 y luego reemplazar todos los datos y así obtener la potencia.

2.5 Fundamentos de control digital [4]

La ingeniería de control formula leyes matemáticas para el gobierno de sistemas

físicos conforme a una serie de especificaciones. Esta disciplina es esencial para el

desarrollo y automatización de procesos industriales. Los avances en el control

automático brindan los medios adecuados para lograr el funcionamiento óptimo de

cualquier sistema dinámico, por tanto, resulta muy conveniente que los ingenieros

posean un amplio conocimiento de esta materia.

2.5.1 Clasificación de los sistemas de control. Los sistemas de control se pueden

clasificar de diversos modos. Si se atiende a la varianza en el tiempo de la ley de

control se puede distinguir:

Control fijo o estándar. Los parámetros de la ley de control no varían en el tiempo.

Es interesante cuando las leyes del actuador y de la planta son fijas. Como ya se ha

apuntado, se llama control robusto a aquel que funciona correctamente ante errores en

la modelización de la planta.

Control adaptable (gainscheduling). La ley de la planta cambia, y se puede decidir

para cada ley un controlador distinto.

Control adaptativo (adaptive control). Se va cambiando el control variando los

parámetros del modelo. Sirve para aquellos sistemas en los que el modelo de la planta

varía con el tiempo.

Si se atiende al número de entradas y de salidas que posee el sistema:

• Sistemas SISO (single input, single output): Poseen una única entrada y una

salida.

• Sistemas MIMO (multiple input, multiple output): Poseen varias entradas y

salidas.

-16-

Si se atiende a la linealidad del sistema se puede distinguir:

Sistemas lineales: Las ecuaciones diferenciales que describen al sistema, tanto a la

planta como al controlador, son lineales.

Sistemas no lineales: Las ecuaciones diferenciales que describen al sistema no son

lineales. En unos casos la falta de linealidad se da en la planta y, en otros casos, en el

propio controlador.

Si se atiende a la continuidad del sistema se puede distinguir:

Sistemas continuos: La ley de control posee información de la planta y actúa en todo

instante de tiempo.

Sistemas muestreados o discretos: La ley de control recibe información y actúa en

determinados instantes que suele imponer un reloj.

Si se atiende a los parámetros de las ecuaciones diferenciales que describen al

sistema se puede distinguir:

Sistemas de parámetros concentrados: El sistema esta descrito por ecuaciones

diferenciales ordinarias.

Sistemas de parámetros distribuidos: El sistema esta descrito por medio de

ecuaciones diferenciales en derivadas parciales. Un ejemplo de sistema de este tipo

puede ser el control de la transmisión de calor a través de una superficie o volumen, o

el control de la vibración de un punto de una membrana.

2.5.2 Programación. Un lenguaje de programación es un idioma artificial diseñado

para expresar computaciones que pueden ser llevadas a cabo por máquinas como las

computadoras. Pueden usarse para crear programas que controlen el comportamiento

físico y lógico de una máquina, para expresar algoritmos con precisión, o como modo

de comunicación humana. Está formado de un conjunto de símbolos y reglas

sintácticas y semánticas que definen su estructura y el significado de sus elementos y

expresiones.

Al proceso por el cual se escribe, se prueba, se depura, se compila y se mantiene el

código fuente de un programa informático se le llama programación.

-17-

También la palabra programación se define como el proceso de creación de un

programa de computadora, mediante la aplicación de procedimientos lógicos, a través

de los siguientes pasos:

• El desarrollo lógico del programa para resolver un problema en particular.

• Escritura de la lógica del programa empleando un lenguaje de programación

específico (codificación del programa).

• Ensamblaje o compilación del programa hasta convertirlo en lenguaje de

máquina.

• Prueba y depuración del programa.

• Desarrollo de la documentación.

Objetivos de la programación

La programación debe perseguir la obtención de programas de calidad. Para ello se

establece una serie de factores que determinan la calidad de un programa. Algunos de

los factores de calidad más importantes son los siguientes:

Corrección. Un programa es correcto si hace lo que debe hacer tal y como se

estableció en las fases previas a su desarrollo.

Claridad. Es muy importante que el programa sea lo más claro y legible posible, para

facilitar así su desarrollo y posterior mantenimiento, incluso por otro programador.

Eficiencia. Al hablar de eficiencia de un programa, se suele hacer referencia al tiempo

que tarda en realizar la tarea para la que ha sido creado y a la cantidad de memoria

que necesita.

Portabilidad. Un programa es portable cuando tiene la capacidad de poder ejecutarse

en una plataforma, ya sea hardware o software, diferente a aquélla en la que se

elaboró. Esto permite que el programa pueda llegar a más usuarios más fácilmente.

-18-

CAPÍTULO III

3. DISEÑO DEL MEZCLADOR

3.1 Resinas adhesivas [5]

Es un material capaz de mantener unidos dos materiales sólidos proporcionando la

fuerza de atracción física necesaria entre las dos superficies.

El material al cual se adhiere el adhesivo se denomina sustrato o adherente.

La naturaleza exacta de las composiciones no es difundida por los fabricantes, pero la

siguiente composición es típica de muchos adhesivos:

• Polímero. Forma la masa del adhesivo y contribuye a su resistencia en las

3 dimensiones.

• Solvente. Debe estar presente para llevar el adhesivo al estado líquido.

• Cargas. Se agregan para reducir costos o mejorar ciertas propiedades como la

fluidez o la resistencia al despegue.

• Adhesivadores. Sustancias que contribuyen al pegado mientras el adhesivo

está todavía húmedo o sin curar.

• Plastificantes. Ablandan la película final del adhesivo e imparten flexibilidad.

• Aditivos Varios. Como, retardadores de inflamación, estabilizadores de luz,

colorantes y los agentes de control de viscosidad, son los casos más típicos.

Propiedades

Para el pegado de parquet y pisos de madera.

• Alto agarre inicial.

• Rápido secado.

• Alta adherencia inicial.

• Muy buena adherencia final.

• Adecuado para pisos calefaccionados.

-19-

Estructura molecular

Las resinas adhesivas son una mezcla compleja de moléculas a causa de los

compuestos que se le agregan (componentes). Las moléculas viscosas que atraen y

realmente tienen las superficies unidas son polímeros orgánicos. Las moléculas de

éstos (polímeros) contienen carbono e hidrógeno y también átomos de oxígeno,

nitrógeno, silicio, cloro, etc.

Densidad

La densidad de las resinas adhesivas según la norma ASTM D-1475 A 25 °C es de

1.01 a 1.02 gr/ml; lo que equivale a una densidad de 1010 a 1020 kg/m3.

3.2 Principios de funcionamiento

La máquina consiste en un mezclador, el cual está compuesto por un motor con una

potencia previamente calculada el cual proporciona el movimiento a un tornillo

helicoidal, el mismo que por medio de un sistema reductor de velocidades gira con una

velocidad angular adecuada para obtener una mezcla homogénea de todos los

elementos que se utilizan para obtener la resina.

El sistema de mezclado requiere un cambio de sentido de giro durante el proceso de

mezclado, para lo cual se utilizan relés sólidos comandados y accionados por medio

del Módulo Lógico Universal Siemens (LOGO), para accionar o desactivar el motor de

acuerdo al tiempo requerido, el cual deberá ser previamente seteado.

Además la máquina posee un sistema de calentamiento el cual es necesario al iniciar

el proceso de mezclado y se usa un quemador de gas licuado de petróleo. Este

proceso también lo controla el Logo, ya que nos da las señales de activación tanto del

chispero como de la solenoide de gas simultáneamente, permitiendo la encendido del

quemador automáticamente: al llegar a la temperatura indicada por el operario en el

display, una termocupla nos da la señal de finalizado del proceso de calentamiento e

inicio del proceso de mezclado propiamente dicho.

-20-

3.3 Parámetros de diseño [6]

Para la determinación de los parámetros de diseño es necesario el uso del diagrama

reológico para fluidos no newtonianos ya que este nos permite determinar las

propiedades físicas y mecánicas del fluido y así poder partir en el diseño de la

máquina.

3.3.1 Determinación del diagrama reológico.Para lo cual se usará el viscosímetro

rotacional, que se encuentra disponible en el laboratorio de Mecánica de Fluidos de la

Escuela de Ingeniería Mecánica ESPOCH, el mismo que servirá para la obtención de

todos los datos necesarios para la determinar el modelo reológico correspondiente a

este fluido.

Los pasos para determinar el modelo reológico se hacen referencia en el capítulo 2,

los cuales se muestran a continuación para la identificación del fluido.

a. Cálculo del esfuerzo cortante ( τ):

Para esto con la ayuda de la ecuación 6 calculamos el esfuerzo cortante para cada

uno de los pesos tomados en las pruebas del viscosímetro rotacional, estos datos se

especifican en el Anexo E2y los cálculos se los realizará para la primera columna de

esta tabla.

(6)

b. Cálculo del gradiente de velocidad newtoniano ( N

•γ ):

Utilizamos la ecuación 7.

LR

RgP

c

tRR

...2

..2π

τ =

)076.0()0125.0)(2831.6(

)012.0)(81.9)(01.0(2

=τ

Pa777.15=τ

-21-

(7)

Luego de obtener los valores de gradiente para cada uno de los pesos procedemos a

realizar la gráfica τ vs. N

•γ , como se ve en el Anexo F, y luego de analizar esta grafica

podemos concluir que el fluido es pseudoplástico.

Para determinar el diagrama reológico se grafica Log τ vs. Log N

•γ (anexo 7). Para

determinar el modelo reológico utilizamos la ecuación de Oswald – De Waele la misma

que se anota a continuación:

(23)

c. Determinación de los parámetros Kyn:

Para la gráfica logarítmica delAnexoG se halla la ecuación:

(24)

De la ecuación 24 se tiene que el índice de flujo n será igual a:

De la ecuación 24 también se tiene que el índice de consistencia K será igual a:

v

r

c

N N

R

R.

1

.42

−

= πγ&

01721.0.

040405.0

0125.01

.42

−= πγ N&

( )11464.2 −= sNγ&

nNK ).(γτ &=

( ) 8087.09655.0 00 +

=•

NLogLog γτ

9655.0

log

log

1

2

1

2

=

=

•

•

γ

γ

ττ

n

-22-

Al sustituir los valores de n y K en la ecuación 23 se tiene que el modelo de este fluido

es el siguiente:

d. Cálculo de la viscosidad aparente para Nv = 0.5 2966 RPS:

Aplicando la ecuación 7 se tiene que:

Con ayuda de la ecuación 2.6 se calcula el esfuerzo cortante a dicho gradiente de

velocidad:

La viscosidad aparente según la ecuación 2.7 será:

e. Cálculo de la viscosidad no newtoniana real par a Nv = 0.52966 RPS:

Para un fluido pseudo - plástico el gradiente de velocidad real se obtiene con ayuda de

la ecuación 11.

( )

( )

4372.6

10

)log(

log.log)log(

log.)log(log

4324234

00

00

==

=

−=

+=

•

•

K

K

K

nK

nK

N

N

γτ

γτ

9655.0)(4372.6 Nγτ &=

sPaam

am

Nam

.1670.7

6051.6

836.39

=

=

=

µ

µ

γτµ&

vn

r

c

w N

R

Rn

−

=2

1.

.4πγ&

16051.6 −= snγ&

Pa836.39

)605.6(4372.6 9655.0

==

ττ

-23-

Con ayuda de la ecuación 12 se procede a calcular la viscosidad no newtoniana real

que será:

f. Cálculo de la viscosidad efectiva:

Con la ayuda de la ecuación 13 para un fluido pseudo - plástico y luego de reemplazar

los respectivos valores en dicha ecuación se tiene que:

Por la ecuación 14 la Viscosidad efectiva será:

( )

sPa

Dv

ef

ef

wef

.100.4

7148.9

836.39

.8

=

=

=

µ

µ

τµ

vw N

−

=9655.0

2

040405.0

0125.01.9655.0

.4πγ&

18016.9 −= swγ&

sPa

W

.0644.4

8016.9

836.39

=

=

=

η

η

γτη&

7148.9.8

801.91)9655.0.(3

)9655.0.(4.8

.1.3

.4.8

=

+=

+=

D

v

D

v

n

n

D

vWγ&

-24-

3.2.2 Determinación de la Densidad.Para esto se cuantifica tanto la masa como el

volumen de la mezcla, y posteriormente se obtiene la densidad de la mezcla para una

mayor exactitud en la obtención de dicho valor se tomaron algunas medidas, las

mismas que se presentan en la Tabla I y posteriormente se sacó una densidad media (

mρ) mediante la siguiente ecuación:

(25)

TABLA 1. Determinación de la densidad

MASA (gr) VOLUMEN (m3) DENSIDAD (gr/m3) DENSIDAD (kg/m3)

1 50,6388 0,00005 1012776 1012,277

2 101,8729 0,0001 1018729 1018,729

3 142,492 0,00014 1017800 1017,800

Losdatosse obtuvieron en el laboratorio de química y farmacia de la ESPOCH, ya que

contamos con una balanza analógica-digital, para poder obtener datos experimentales

con una precisión de hasta milésimas de gramos.

Cabe indicar que la masa del fluido es la que se obtuvo al restar, la masa del

recipiente de la masa total leída en la balanza.

Con estos datos procedemos a calcular la densidad media como se muestra a

continuación:

p

mnmmm η

ρρρρ +++=

.......21

3

)/)(800.1017729.1018277.1012( 3mKgm

++=ρ

3.268.1016 mKgm =ρ

m

mm v

m=ρ

-25-

3.4 Análisis y selección de alternativas

3.4.1 Selección del agitador más óptimo y eficaz. Para la selección del agitador

más idóneo analizaremos dos tipos de agitadores, teniendo en cuenta las siguientes

variables:

• Potencia

• Eficacia en la calidad de la mezcla

• Tiempo de mezclado

3.4.2 Agitador de ancla. Para este tipo de agitador se procederá a calcular todos

losparámetros necesarios para tomar la decisión más idónea y son los siguientes:

3.4.2.1 Parámetros geométricos del revolvedor de ancla

a. Determinación del diámetro del revolvedor (d)

Tomando en cuenta las especificaciones encontradas en el Anexo A para este tipo de

revolvedor se tiene:

(26)

De la ecuación 26 se calcula el valor de d:

md

d

705.011.1

776.0

=

=

b. Determinación de la altura del revolvedor ( vh )



(27

De la ecuación 27 se calcula el valor de vh :

11.1=d

D

8.0=d

hv

-26-

mh

mh

dh

v

v

v

564.0

705.0*8.0

8.0

===

c. Determinación del ancho del revolvedor (h)



(28)

De la ecuación 28 se calcula el valor de h :

mh

mh

dh

0846.0

705.0*12.0

12.0

===

d. Determinación de la altura residual (H2)



(29)

De la ecuación 29 se calcula el valor de 2H :

mH

mH

dH

038.0

705.0*055.0

055.0

2

2

2

===

3.4.2.2 Determinación del número de revoluciones (N). Para esto se parte de que la

velocidad periférica (v) en un mezclador lento no debe ser mayor a 2 m/s de lo cual

aplicando la ecuación 30 se tiene que:

(30)

12.0=d

h

055.02 =d

H

60

.. πdNv =

-27-

Despejando N y posteriormente reemplazando datos se tendrá:

rpmNm

N

d

vN

18.54705.0*

2*60..60

=

=

=

π

π

El valor del número de revoluciones que anteriormente se obtuvo es el valor crítico, es

decir, no se podrá rebasar ese número de revoluciones.

3.4.2.3 Determinación de la potencia de accionamiento (P).Para encontrar la potencia

de accionamiento se aplicara el método de Metzler Otto el cual está indicado en el

capítulo II, los pasos a seguir son los siguientes:

a. Velocidad efectiva de deslizamiento efγ&:

A esta velocidad se le conoce también como deformación del fluido, para determinarla

se aplicara la ecuación 19, la misma que se indica a continuación:

Nkef .=γ&

Del Anexo B.1 para el mezclador de ancla k= 15.8 por lo cual se tiene que:

1267.14

6018.54

*8.15

−=

=

sef

ef

γ

γ

&

&

b. Viscosidad efectiva

Para esto se deberá utilizar la ecuación 20 la misma que permitirá encontrar la

viscosidad efectiva del líquido a mezclar a la velocidad efectiva de deslizamiento antes

indicada:

1. −= nefef K γµ &

El índice de consistencia K y el índice de flujo n son los datos

sPaef

ef

.873.5

)267.14.(4372.6 19655.0

=

= −

µµ

-28-

c. Cálculo del número de Reynolds

Con ayuda de la ecuación 6 se procede a calcular el número de Reynolds para lo cual

se utilizaran los datos antes calculados.

NOTA: Tomar en cuenta que al reemplazar la velocidad de mezclador esta deberá ser

reemplazada en la ecuación en rev/seg.

66.77Re

)60(873.5

)/268.1016.()705.0.(18.54Re

..Re

32

2

=

=

=

mKg

dN

ef

m

µρ

d. Número de potencia Po

Para esto se recurrirá al AnexoC. Donde el valor de Po para el numero de Reynolds

encontrado anteriormente es: 5.3=Po

Como último paso en el cálculo de la potencia de accionamiento se debe aplicar la

ecuación 38:

mNd

PPo

ρ.. 35=

De la ecuación 38 se despejara P y se procederá a reemplazar:

3.4.2.4 Cálculo del tiempo de homogenización.Para esto se precisará de la ayuda del

Anexo D en el cual se encontrara el valor del producto N.tm, el cual al igual que el

número de potencia Po será hallado con ayuda de Reynolds.

wattsP

P

NdPP mo

126.456

)268.1016(*)60

18.54(*)705.0(*)5.3(

...

35

35

=

=

= ρ

segNtm

Ntm

Ntm

9.6060

18.5455

55

=

=

=

-29-

3.4.3 Agitador de tornillo.Para este tipo de agitador se procederá a calcular todos

los parámetros necesarios para tomar la decisión más idónea y son los siguientes:

3.4.3.1 Parámetros geométricos del revolvedor de tornillo

a. Determinación del diámetro del revolvedor (d)

Tomando en cuenta las especificaciones encontradas en elAnexoA para este tipo de


(31)

De la ecuación 31 se calcula el valor de d:

md

d

7054.01.1

776.0

=

=

b. Determinación de la altura del revolvedor ( vh )



(32)

De la ecuación 27 se calcula el valor de vh :

mh

mh

dh

v

v

v

8112.0

7054.0*15.1

15.1

===

c. Determinación del paso del revolvedor (s)



(33)

1.1' =

d

D

15.1=d

hv

1=d

s

-30-

De la ecuación 28 se calcula el valor de h :

ms

ms

ds

7054.0

7054.0*1

*1

===

d. Determinación del diámetro del cilindro (D’)

De acuerdo con las especificaciones encontradas en el Anexo A para este tipo de


(34)

De la ecuación 34 se calcula el valor de D’:

e. Determinación de la altura del cilindro (H’)

De acuerdo con las especificaciones encontradas en el Anexo A para este tipo de


(35)

De la ecuación 35 se calcula el valor de H’:

3.4.3.2 Determinación del número de revoluciones (N).Para esto se parte de que la

velocidad periférica (v) en un mezclador lento no debe ser mayor a 2 m/s de lo cual

aplicando la ecuación 36 se tiene que:

1.1' =

d

D

60

.. πdNv =

mD

mD

dD

776,0'

7054.0*1.1'

1.1'

===

5.1'' =

D

H

mH

mH

DH

164.1'

776.0*5.1'

'5.1'

===

-31-

(36)

Despejando N y posteriormente reemplazando datos se tendrá:

rpmNm

N

d

vN

15.54705.0*

2*60.

.60

=

=

=

π

π

El valor del número de revoluciones que anteriormente se obtuvo es el valor crítico, es

decir, no se podrá rebasar ese número de revoluciones.

3.4.3.3 Determinación de la potencia de accionamiento (P)

Para encontrar la potencia de accionamiento se aplicara el método de Metzler Otto el

cual está indicado en el capítulo II, los pasos a seguir son los siguientes:

a. Velocidad efectiva de deslizamiento efγ&:

A esta velocidad se le conoce también como deformación del fluido, para determinarla

se aplicara la ecuación 19, la misma que se indica a continuación:

Nkef .=γ&

Del Anexo B.1 para el mezclador de tornillo se tiene que k= 16.8 por lo cual se tiene

que:

1162.15

6015.54

*8.16

−=

=

sef

ef

γ

γ

&

&

b. Viscosidad efectiva

Para esto se deberá utilizar la ecuación 2.20 la misma que permitirá encontrar la

viscosidad efectiva del líquido a mezclar a la velocidad efectiva de deslizamiento antes

indicada:

-32-

1. −= nefef K γµ &

El índice de consistencia K y el índice de flujo n son los datos

sPaef

ef

.861.5

)162.15.(4372.6 19655.0

=

= −

µµ

c. Cálculo del número de Reynolds

Con ayuda de la ecuación 6 se procede a calcular el número de Reynolds para lo cual

se utilizarán los datos antes calculados.

NOTA: Tomar en cuenta que al reemplazar la velocidad de mezclador esta deberá ser

reemplazada en la ecuación en rev/seg.

867.77Re

)60(861.5)/268.1016(*)7054.0(*15.54

Re

..Re

32

2

=

=

=

mkg

dN

ef

m

µρ

d. Número de potencia Po

Para esto se recurrirá al Anexo C. Donde el valor de Po para el numero de Reynolds

encontrado anteriormente es:

4=Po

Como último paso en el cálculo de la potencia de accionamiento se debe aplicar la

ecuación 18:

De la ecuación 18 se despejara P y se procederá a reemplazar.

Obteniendo así la potencia requerida:

mNd

PPo

ρ.. 35=

wattsP

P

NdPP mo

89.521

)268.1016(*)60

15.54(*)7054.0(*)4(

...

35

35

=

=

= ρ

-33-

3.4.3.4 Cálculo del tiempo de homogenización.Para esto se precisara de la ayuda del

Anexo C, donde se encontrará el valor del producto N.tm, el cual al igual que el

número de potencia Po será hallado con ayuda de Reynolds.

Luego del análisis para cada uno de los tipos de agitadores, se optó por seleccionar el

agitador de tornillo por ser el que menor tiempo de homogenización nos entrega,

además resulta más recomendable para este tipo de fluido másviscoso.

3.5 DISEÑO DEL SISTEMA DE MEZCLADO

3.5.1 Diseño del eje horizontal. [7]

3.5.1.1 Peso total del recipiente (P’)

(37)

Dónde:

mf= Peso total del fluido.

tnq= Peso del tanque.

mtr= Peso del motor.

pbm= Peso delabase del motor.

El peso del fluido se calcula con la ecuación 38:

rdprfmtrtnqmfP ++++='

segNtm

Ntm

Ntm

15,5360

18.5448

48

=

=

=

-34-

(38)

De la ecuación 37 se tiene que:

La carga distribuida (q), se obtiene mediante la ecuación 39:

(39)

Donde:

P’= Carga puntual que actúa sobre el eje.

d= Distancia donde actúa la carga distribuida.

KgP

KgP

3.628'

)5.63.288.647.528('

=+++=

Kgmf

mmkgmf

mmkgmf

vmf

7.528

)52.0).(/(25.1016

))(1.1*4

).(/(25.1016

.

33

323

==

=

=

φπρ

m

N

m

Kgq

m

Kg

d

Pq

025.789451.805

78.0

3.628'

==

==

vmf .ρ=

d

Pq

'=

rdprfmtrtnqmfP ++++='

-35-

3.5.1.2 Diagrama de fuerzas del eje horizontal

Figura 5.Diagrama de cuerpo libre del eje horizontal

Fuente: Autores

3.5.1.3 Cálculo de fuerzas cortantes y momentos flectores

Tramo –AC

Figura 6. Diagrama de cuerpo libre del eje horizontal tramo A-C

KgRb

KgRb

PRb

Ma

33.30233.1

)64.0(3.628

0)64.0´()33.1(

0

=

=

=−=∑

KgRa

KgKgRa

RbPRa

Fy

97.325

33.3023.628

0´

0

=−=

=+−=∑

-36-

Fuente: Autores

Tramo A-D

Figura 7. Diagrama de cuerpo libre del eje horizontal tramo A-D

Fuente: Autores

KgRaV

VRa

Fy

97.325

0

0

===−

=∑

)(97.325

0.

0

xMf

MfxRa

Mc

==−

=∑

=→==→=

mKgMfx

MfxSi

.49.8125.0

00

XV

XV

XV

VXPRa

Fy

51.80534.527

37.20151.80597.325

)25.0(51.80597.325

0)25.0'.('

0

−=+−=−−==−−−

=∑

−=→==→=

KgVx

KgVxSi

33.30303.1

96.32525.0

-37-

Tramo A-B

Figura 8. Diagrama de cuerpo libre del eje horizontal tramo A-B

Fuente: Autores

XXXMf

XXXMf

MfX

PxRa

Md

.68.10075.402.97.3252

37.20151.805.97.325

02

25.0''.

0

2

2

+−=

+−=

=−

−−

=∑

=→==→==→=

mKgMfx

mKgMfx

mKgMfx

Si

.95.1103.1

.49.5064.0

.49.8125.0

KgV

KgKgRaPV

VPPa

Fy

33.302

97.3253.628'

0'

0

=−=−=

=+−=∑

( )

XMf

XXMf

MfXPxRa

Mb

.33.30211.402

11.4023.62897.325

064.0'.

0

−=+−==+−−

=∑

-38-

3.5.1.4 Diagramas de fuerza cortante y momento flector

Figura 9.Diagrama de fuerzas cortantes del eje horizontal

Fuente: Autores.

Figura 10.Diagrama de momentos flectores del eje horizontal

=→==→=

mKgMfx

mKgMfxSi

.033.1

.71.9003.1

404.0

33.30297.32525.254

)78.0(

33.30297.325

==−

−=

a

aa

aa

-39-

Fuente: Autores

Para el cálculo del eje se asume un diámetro para sacar el coeficiente de seguridad n

y según este coeficiente elegir el diámetro del eje real.

ASUMIMOS:

El esfuerzo máximo se lo considera en los puntos críticos que son donde empieza y

termina la carga distribuida. Se observa en la figura que el esfuerzo máximo es:

M = 888.88N.m = 90.61Kg.m

Según el Anexo Hse puede determinar los datos del límite de fluencia de tipos de

tratamientos para el acero de transmisión 1040 que es el que se elige para esta

aplicación

Acero

3max .

.32

d

Mf

πσ =

md 0381.0=

3max )0381.0.(

).61.90.(32

m

mKg

πσ =

2max 41.16687885 mKg=σ

n

Syxyx =+ 22 τσ

maxσSy

n =

2

2

41.16687885

48.29523750

mKg

mKgn =

76.1=n

==−

==−2

2

/23.49909197711040

/48.29523750421040

mKgKpsiSyCD

mKgKpsiSyHR

2

2

41.16687885

23.49909197

mKg

mKgn =

-40-

Tomando en cuenta el factor de seguridad n podemos decir que el diámetro

seleccionado para este eje es adecuado. De acuerdo a la recomendación referida al

Anexo I.

3.5.2 Diseño del eje vertical[7]

3.5.2.1 Determinación de las fuerzas que actúan sobre el eje vertical

Figura 11. Diagrama de Presiones en el eje vertical

Fuente: Autores

Se toma en cuenta para el diseño del eje las cargas y esfuerzos que actúan en él. Y

después del análisis se determina que el eje está sometido a flexión, torsión y carga

axial.

Primero se procede a obtener las fuerzas según el fluido y se tiene que:

(40)

(41)

Donde:

Po= Presión en la superficie del tanque.

99.2=n

1..1

..

hgP

hogPo

ρρ

==

Geometría fija

-41-

P1= Presión al fondo del tanque.

Luego se tiene que:

Pero P1 también es igual a:

(42)

Dónde:

F= Fuerza al fondo del recipiente.

A= Área del recipiente.

Despejando se tiene que:

Está fuerza F1se utiliza para la carga distribuida que actúa sobre el eje.

Para la carga axial se toma en cuenta el área del tornillo revolvedor por lo que se tiene

que:

(43)

Dónde:

N= Número de espiras del tornillo

2

23

7.109411

10.1.81.9.25.10161

m

NP

ms

m

m

KgP

=

=

A

FP =1

NF

mm

NF

APF

85.4210

4729.0.7.10941

.

1

221

11

=

=

=

)..(12 NAPF =

KgF

mm

NF

3.1306

3.39.0.7.10941

2

222

=

=

-42-

3.5.2.2 Diagrama de fuerzas del eje vertical

Figura 12. Diagrama de cuerpo libre del eje vertical

Fuente: Autores

Tanto en el plano XY como en el plano XZ las fuerzas son equivalentes por lo que se

realiza un solo análisis para esos dos planos.

KgRb

KgRb

RbP

Ma

01.1431.1

)64.0(62.214

0)1.1()64.0´(

0

=

=

=−=∑

KgRa

KgKgRa

RbPRa

Fy

6.71

01.14362.214

0´

0

=−=

=+−=∑

-43-

Plano Xy-Xz

Figura 13. Diagrama de cuerpo libre del eje vertical Plano XY y XZ

Fuente: Autores

NXV

VPRa

Fy

44.70201.1740

0''

0

2 +−=

=−−=∑

=→==→=

=→=

KgVx

KgVx

KgVx

Si

01.14303.1

28.275.0

6.710

358044.702

03

''.

0

XXMf

MfX

PxRa

Mb

−=

=−

−

=∑

=→==→=

=→=

mKgMfx

mKgMfx

mKgMfx

Si

.0075.01.1

.44.285.0

.00

2,

,,

,

,

01.17402

.

03.3480

1.1

)9.3()8.3(

xxq

p

xq

x

qq

figuraAbcfiguraABC

==

=

=

∆≅∆

-44-

Plano XZ

Figura 14.Fuerzas aplicadas sobre el eje vertical en el plano XZ

Fuente: Autores

El eje vertical en el plano XZ está sometido a torsión por lo que se procede a calcular

el torque mediante la ecuación 3.22:

Donde:

P= Potencia necesaria para el mezclado.

N= Número de revoluciones del eje.

K= Factor de conversión según las unidades.

N

kPT

.=

mKgT

mNT

segrad

KwT

.41.13

.55.131

/67.5

)1000(746.0

==

=

1000/

.: =→

==

= ksegradN

mNTKwPSi

segradN

rev

rad

seg

revN

/67.5

1

2

60

min1

min15.54

=

= π

=

=

mKgMf

mKgMf

yz

xy

.36.30

.36.30

0.352m

F

-45-

3.5.2.3 Diagramas de esfuerzos fluctuantes del eje vertical

Flexión

Figura 15. Diagrama de fluctuaciones del eje a flexión

Fuente: Autores

( ) ( )

0

24.30924.309

.

.32

2

3

2

3

22

3

=

+

=

+=

=

f

ddf

f

d

Mf

m

Ra

fYZfXYRa

f

σ

σ

σσσπ

σ

333max

333

333

).(296.68

.

).41.14(16

.

max.16

).(24.309

.

).36.30(32

.

.32

).(24.309

.

).36.30(32

.

.32

d

mKg

d

mKg

d

Td

mKg

d

mKg

d

Mfd

mKg

d

mKg

d

Mf

fyz

fxy

===

===

===

ππτ

ππσ

ππσ

-46-

Axial

Figura 16. Diagrama de fluctuaciones del eje a carga axial

Fuente: Autores

Para este esfuerzo se toma en cuenta el área de la hélice y el número de hélices (x), y

se tiene que:

2

2

22

41.5543..

4).3.1306(..

4.

dxy

dxy

Xd

Fxy

m

m

m

=

=

=

σ

πσ

πσ

A

Fxy

xy

m

a

2

0

=

=

σ

σ

-47-

Torsión

Figura 17.Diagrama de Fluctuaciones del eje a torsión

Fuente: Autores

3.5.2.4 Esfuerzos equivalentes

( ) ( )( )2

22

.

3

afeqa

aCaTaxyafeqa

Kf σσ

ττσσσ

=

+++=

3

22

3

2

3

33.437.

24.30924.309.

dKf

ddKf

eqa

eqa

=

+

=

σ

σ

0

296.68.

)41.13.(16.

.16

3

3

3

=

=

=

=

a

m

m

T

d

d

d

T

τ

τ

πτ

πτ

-48-

Según la tabla del Anexo H.1 se encuentra las propiedades del acero inoxidable que

se utilizó para el eje.

SegúnGoodman se tiene que:

(44)

Dónde:

Se= Límite de fatiga.

Sut= Resistencia máxima a la tensión.

Según de Marin se tiene que:

(45)

Los valores de K son factores que modifican distenciones del límite de fatiga del

elemento.

( ) ( )

( ) ( )

2

64

2

3

2

2

22

22

03.1399383.76839

296.683

41.554

3

3

dd

dd

eqm

eqm

mTmxyeqm

mCmTmxymfeqm

+=

+

=

+=

+++=

σ

σ

τσσ

ττσσσ

====

−MPapsiSut

MPapsiSyINOXAISIMATERIAL

62037.89923

31068.44961304/

nSutSeeqmeqa 1=+

σσ

'...... SekgkekdkckbkaSe=

-49-

ka= Factor de modificación de acabado superficial para el acero.

kb= Factor de modificación según el tamaño y forma.

kc= Factor de modificación según la confiabilidad.

kd= Factor de modificación según la temperatura.

ke= Factor de modificación según la concentración de tensiones.

Kg= Factor de modificación por algún otro motivo.

Para el cálculo del eje se asume un diámetro para sacar el coeficiente de seguridad n

y según este coeficiente elegir el diámetro del eje real, para esto utilizamos las

ecuaciones 44 y 45.

Se asume un primer diámetro d=3.8cm

Primer intento

Según el Anexo J1

Eje en mm entonces:

Según el Anexo J2 para una confiabilidad del

Por tener una temperatura de trabajo menor a 450°C

Como no se cuenta con ranuras q=0

==

)(45.0'

)(5.0''

tracciónSutSe

flexiónSutSeSe

76.0=ka

835.0=kb

097.0097.0 )1.38(189.1)(189.1 −− == mmdekb

99%

1=kd

82.0=kc

kfke

1=

)1(1 −+= ktqkf

1=kt

1=ke

10 =→= kfq

-50-

Al reemplazar los valores en la ecuación 3.22 y 3.23 se tiene que:

Tomando en cuenta el factor de seguridad n podemos decir que el diámetro

seleccionado para este eje es adecuado. De acuerdo a la recomendación referida al

Anexo I.

3.5.3 Selección de rodamientos. Para la selección de las chumaceras debemos

seleccionar los rodamientos de acuerdo a las cargas presentes en el eje.

Figura 18. Diagrama de cuerpo libre del eje horizontal con rodamientos

2/39.13851972

)2/47.31611073(4382.0

)68.44961)(1)(1)(82.0)(835.0)(64.0(

mKgSe

mKgSe

psiSe

===

7.1

1033.057.0

1

79.63222156

03.1399383.76839

39.13851972

33.437

1

643

=

=+

=+

+

=+

n

n

nddd

nSutSeeqmeqa σσ

-51-

Fuente: Autores

Rodamiento A

Datos:

d = diámetro interno

N = número de revoluciones por minuto

d = 11/2 pulg. = 3.81 cm

N = 1 rpm

(45)

RAy = 325.95 Kg

Fr = Fuerza radial aplicada

RAz=0 entonces:

3.5.3.1 Análisis dinámico

(46)

Donde:

Po = Carga estática equivalente.

Xo = Factor radial para carga estática (Rodamientos de contacto angular=1).

KNKgFr

RayFr

19.395.325 ===

YoFaXoFrPo +=

22 RazRayFr +=

-52-

Yo = Factor de empuje para carga estática.

Los rodamientos rígidos con una hilera de bolas de contacto angular soportan cargas

radiales y axiales, tienen una adaptabilidad angular relativamente pequeña. Los

rodamientos rígidos de bolas obturados están exentos de mantenimiento y posibilitan

construcciones sencillas. Por su gran variedad de aplicaciones y debido a su precio

económico, los rodamientos son los más usados entre todos los tipos de rodamientos.

Donde:

Xo = 1 Radial de bolas de contacto angular

Fa = 0

Entonces:

(47)

Donde:

C= Capacidad de carga dinámica.

fl= Factor devida(3.5 grandes batidoras)ANEXO K.

Lh = Duración 22000 horas.

fn= Factor de velocidad.

(48)

Donde:

p= Exponente de vida (3 rodamiento de bolas).

0=AXIALF

KNPo

KgPo

Po

19.3

95.325

)95.325)(1(

===

n

l

f

fPC =

p

n nf 3

1.33

=

-53-

n= Velocidad (rpm).

3.5.3.2 Análisis estático

(49)

Donde:

fs = Factor de esfuerzos estáticos (1.2 para exigencias normales) ANEXO L.

Co = Capacidad de carga estática.

Por lo tanto seleccionamos el rodamiento UC 208 del CATÁLOGO CMB ANEXO M de

donde se tiene que:

3.5.4 Selección de soporte ochumacera

Con el rodamiento seleccionado se procede a determinar el soporte o chumacera. La

ubicación del soporte es de 180º y con el diámetro interno de los rodamientos se

procede a seleccionar una chumacera CMB UCP 208. AnexoN.

Figura 19. Chumacera CMB.

22.21

3

1.33

3 ==nf

KNC

KNC

02.5

22.2

5.319.3

=

=

oso PfC .=

)19.3(2.1 KNCo =

KNCo 83.3=

CALCULADODISPONIBLE CC ≥

-54-

Fuente: Catálogo CMB.

3.5.5 Diseño del tanque.

Figura 20. Tanque para mezclado

Fuente: Autores

3.5.5.1 Cálculo de la presión

(50)

Donde:

P= Presión al fondo del tanque.

hgP ..ρ=

-55-

ρ= Densidad del fluido1016.25 Kg/m3.

g= Gravedad.

h= Altura del recipiente 1.22m.

Luego se tiene que:

3.5.5.2 Recipiente de pared delgada.

(51)

Donde:

σt= Esfuerzo tangencial.

P= Presión interna 12162.683 N/m2.

D= Diámetro del tanque - 0.78m.

t= Espesor del tanque 0.004m.

Sy= Límite de fluencia del material 235 MPA. Anexo O.

σt<Sy

118.5861 MPa< 325MPa

2

23

683.12162

22.1.81.9.25.1016

m

NP

ms

m

m

KgP

=

=

Syt

DPt ≤=

*2

*σ

MPam

Nt

m

mm

Nt

m

mm

Nt

5861.1183.118586159

004.0*2

78.0*683.12162

004.0*2

78.0*683.12162

2

2

2

==

=

=

σ

σ

σ

74.258.118

325

=

=

nMPa

MPan

-56-

Tomando como referencia el Anexo I, el coeficiente de seguridad obtenido es

aceptable.

3.5.6 Diseño del engrane interior

Datos conocidos

Engrane

Potencia = 0.25HP (Potencia en el volante accionado por el obrero)

N1 (rpm)=5

#Dientes= 12

Factor de Seguridad= 4

Angulo de Contacto (°)=20

Material

Hierro Fundido

Sy= 40 Kpsi

Sut= 60 Kpsi

HB= 180

Paso diametral (P)

(52)

Donde:

N = # de dientes del piñón.

d= diámetro de paso (pulgadas).

Velocidad en la línea de paso

(53)

Potenciatransmitida

d

NP =

603.2

12

=

=

P

P

fpmV

V

mpfdN

V

65.212

5).03.2.(

)..(12

1

=

=

=

π

π

-57-

(54)

Factor de velocidad Kv

Engranajes de hierro fundido

(55)

Ancho de la cara

Factor de Lewis= 0.245

(56)

Comprobación

(57)

3p < F < 5p

1.6< 2< 2.6

3.5.7 Diseño del muelle

3.5.7.1 Diseño del cuerpo

Datos:

• d = 2 mm

• D = 20 mm

• Ls = 205 mm

lbWt

Wt

V

HPPotenciaWt

6.310166.2

)25.0.(33000

)(.33000

=

=

=

996.0

600

600

=

+=

Kv

VKv

Pp

π=

2

..

.

=

=

F

KvYn

SyPWt

F

-58-

• Fmax= 4N

• Fmin=0

Índice del muelle

(58)

Donde:

D= Diámetro exterior.

d= Diámetro de la espira.

Coeficiente de wah

(59)

(60)

Esfuerzos

(61)

d

DC =

05.15.0

1

14.110

615.0

4)10(4

1)10(4

615.0

44

14

=+=

=+−−=

+−−=

CKs

Kw

CC

CKw

2

3

23

3

37.13

.

..8

37.13)2(

)20)(2(805.1

.

..8

mmNd

DFmk

mmN

d

DFak

m

sm

a

sa

=

=

==

=

τπ

τ

πτ

πτ

10220 ==C

2

2

minmax

minmax

FFF

FFF

m

a

+=

−=

-59-

(62)

Límitede fatiga

(63)

Límite de fluencia

(64)

Teoría de soderberg

(65)

(66)

3.5.7.2 Diseño del gancho

2

2

77.337

)320(08.1

1814.0

'1

mmNSse

mmNSse

k

kk

Ssek

kSse

s

wf

fc

=

=

=

=

koSsy

n

n

Ssy

koSse

n

n

Sse

ma

ma

a

a

.1137.1337.13

8.709

.1037.13

77.337

−=+

=+

=

=+⇒

−===

=⇒

ττ

ττ

τ

τ

2

2

146.0

8.709577.0

29.127475.0

05.16992

1880

mmNSySsy

mmNSutSy

d

ASut

m

==

==

===

-60-

Coeficiente de Wahl

(67)

Esfuerzos

(68)

Límite de fatiga

(69)

(70)

3.6 Diseño del sistema reductor de velocidades

3.6.1 Sistema de transmisión directa (Alternativa A)

Se selecciona un motor eléctrico que proporcione le potencia y velocidad requeridas.

105.152.9

11

212

=+=

+=+

==

w

ii

i

i

mw

k

r

d

r

dr

r

rk

2

32

32

96.25

32.256366.0

)2(

)92(32105.1

2.

2.4

324

mmN

xd

Mk

d

F

GmGa

Ga

Ga

wGa

==

+=

+=

+=

ττ

τππ

τ

ππτ

2

'

45.762

)5.0(897.0

.

mmNSe

SutSe

SekSe e

=

==

konn

n

.15

105.0

1

1700

96.25

45.762

96.25

−=

=

=+

nSutSema 1=+ ττ

-61-

El eje del agitador se conecta directamente al eje del motor eléctrico que se dispone

verticalmente. En la figura se muestra un esquema de esta alternativa.

Figura 21. Sistema de transmisión directa

Fuente: Autores

Ventajas:

• Facilidad de diseño.

• Facilidad de montaje.

• Bajo costo.

• No hay necesidad de utilizar un reductor de velocidad.

Desventajas:

• Dificultad para encontrar un motor eléctrico que brinde la potencia necesaria y

que proporcione velocidades medias para el funcionamiento del impulsor de

tornillo.

• Al colocar el motor eléctrico en posición vertical se incrementa la altura de la

máquina.

3.6.2 Sistema de transmisión con reductor de velocidad(Alternativa B). Se

selecciona un reductor de velocidad, de acuerdo con la velocidad y potencia

proporcionadas en el eje del motor eléctrico seleccionado y con la velocidad requerida

por el agitador. Se acopla el reductor de velocidad al motor, y a su vez, el eje del

-62-

agitador al reductor de velocidad. En la figura se muestra un esquema de esta

alternativa.

Figura 22. Sistema de transmisión con reductor de velocidad

Fuente: Autores

Ventajas:

• Facilidad de diseño.

• Facilidad de montaje.

• Facilidad para obtener la velocidad requerida para el funcionamiento del impulsor

de tornillo.

• Se puede disminuir la altura de la maquina al utilizar un reductor de velocidad

que cambie el plano del movimiento rotatorio de vertical a horizontal.

Desventaja:

• Costo del reductor.

• Al utilizar un diseño adoptivo, existe la dificultad de encontrar un reductor de

velocidad que satisfaga las necesidades que existen en cuanto a velocidad y

potencia.

3.6.3 Sistema de transmisión con reductor de velocidad de bandas y poleas

(Alternativa C). Se diseña y construye un sistema de transmisión y reducción de

velocidad de bandas y poleas planas, de acuerdo con la velocidad proporcionada por

el eje del motor eléctrico seleccionado y con la velocidad requerida en el eje del

agitador.

-63-

Se acopla el reductor de velocidad de bandas y poleas planas al motor y luego el eje

del agitador ha dicho reductor. En la figura se muestra un esquema de esta alternativa.

Figura 23. Transmisión con reductor de velocidad (bandas y poleas)

Fuente: Autores

Ventajas:

• La construcción del reductor de velocidad de bandas y poleas planas resulta ser

más económico que la adquisición del reductor de velocidad seleccionado.

• Posibilidad de diseñar el sistema con mayores distancias entre centros.

• Al diseñar el sistema, es posible obtener la relación de transmisión necesaria

para obtener la velocidad requerida del eje del agitador.

• Este sistema resulta ser más económico que el de transmisión con reductor de

velocidad seleccionado.

Desventajas:

• Al ser las bandas planas elementos flexibles, que pueden deslizar sobre las

poleas, no es posible obtener una velocidad constante en el eje del agitador.

• Dificultad de montaje, ya que se requiere que la distancia entre centros sea

variable para poder tensar las bandas.

• Es necesario diseñar y construir el sistema.

• Este sistema resulta ser más costoso que el de transmisión directa.

-64-

Después de analizar todas las alternativas, considerando la funcionalidad, el espacio

disponible, la estética de la máquina y tomando en cuenta los requerimientos de la

empresa tomamos la Alternativa B; que es la adquisición de un moto reductor que

presenta las siguientes características:

ReductortranstecnoCM 090 (90S4)

P = 1.5 Kw

Vent. = 1800 rpm

Vsal. = 60 rpm

i = 30

Figura24.Reductor de velocidad

Fuente: Autores

3.7 Desplazamiento del fluido

La característica principal del flujo en el recipiente es un flujo descendente en la región

cerca de la pared exterior, cual es arrastrado por la cinta de la hoja debido a la

rotación del impulsor. Esta es seguida por una corriente ascendente en la región

interior, para completar un bucle de flujo.

El campo de flujo se complica por tener algunos bucles menores en el borde interior de

la hoja del impulsor. La distribución de la presión en una superficie cilíndrica en r =

-65-

0,45 D (correspondiente a la superficie en la mitad del ancho de la hoja de la cinta) se

muestra en la figura 3.20 (b).kj

Figura 25. (a) Campo flujo en plano vertical (b) Distribución de presión

sobre la superficie cilíndrica en r = 0.45D

Fuente: Yeng-Yung Tsui, Flow Characteristics in mixers agitated by helical ribbon.

Figura 26. Ilustración del campo de flujo en el recipiente como flujo en canal

abierto

Fuente: Yeng-Yung Tsui, Flow Characteristics in mixers agitated by helical ribbon.

Se puede detectar que la presión en el fondo del recipiente es mayor que en la parte

superior y existe una diferencia de presión cruzando el canal formado por la hoja del

impulsor.

-66-

La causa de los patrones de flujo visto en la figura 3.20 se puede ilustrar en un dibujo

esquemático del flujo en un canal abierto. Como se muestra en la figura 3.21; el canal

abierto está formado por la hoja del impulsor y la pared del vaso. El muro en la parte

inferior es el eje impulsor. La parte abierta de la región inferior representa la región del

núcleo en el recipiente. La separación entre la cuchilla y la pared del vaso se ignora.

Para un impulsor con una sola cuchilla sólo hay un canal formado y por un impulsor de

doble cuchilla dos canales.

El flujo puede considerarse periódica con respecto a los lados del canal. Se supone

que el impulsor permanece inmóvil y la pared del recipiente se mueve a una velocidad

Vw.

Esta velocidad se descompone en una componente Vcalo largo del canal y un Vt

componente en la dirección transversal.

El ángulo de paso αse define como el ángulo helicoidal de la cinta de la hoja con

respecto al plano horizontal.

El flujo en el canal es conducida por el componente de velocidad Vc, que da lugar a un

aumento de presión de la clavija en la parte superior del tanquePout en la parte inferior

de la figura 26. Debido al gradiente de presión adverso, el flujo inverso en la parte

abierta (es decir, la parte inferior) del canal, correspondiente a la secuencia

ascendente en la región interior del recipiente en la figura 25. El flujo en la dirección

transversal inducida por los resultados de la FP en una presión P en el lado izquierdo

del canal y una menor presión Ps en el lado derecho. El lado de presión de la hoja y el

lado de succión hacia el lado superior de la cuchilla.

Como resultado de la diferencia de presión entre los dos lados de la cuchilla, los

vórtices secundarios dirigen desde el lado de presión (el lado inferior de la hoja) al lado

de succión (el lado superior de la hoja) se forman en el borde interior de la hoja, como

se observa en la figura 25ª.

3.8 Diseño estructural

-67-

El análisis de esfuerzos que actúan sobre la estructura del mezclador serán realizados

por mediante el paquete SOLIDWORK.

Figura 27.Vista isométrica de la estructura

Fuente: Autores

3.8.1 Cargas que actúan en la estructura

Figura 28.Fuerzas que actúan en la estructura

Fuente: Autores

Las reacciones que soportan la bancada son resultado del peso total de la máquina y

se encuentran en los elementos marcados.

A= 325.95 kgf

B= 302.33kgf

3.8.2 Análisis de tensiones

-68-

Figura 29.Resultados de tensiones, Software CAE

Fuente: Autores

Distribución de tensiones en la Bancada, material ASTM A36.

Límite elástico = 250 MPa 36 Kpsi

Máximo valor de tensión 2051.2 psi

El coeficiente de seguridad es > 10

3.8.3 Análisis de desplazamientos.

Figura 30.Resultado de desplazamiento, Software CAE.

-69-

Fuente: Autores

La Distribución del desplazamiento en la bancada del mezclador tiene una flecha

máxima 0.035mm.

Tomando como referencia el Anexo P la flecha admisible es:

Los desplazamientos inducidos son lo suficientemente pequeños como para pasar por

alto los cambios en la rigidez debidos a las cargas.

3.9 Diseño eléctrico

3.9.1 Circuitos eléctricos

Motor trifásico (Sistema de mezclado)

Figura 31. Circuito de potencia del sistema de mezclado

[ ]

[ ][ ] cmy

y

ly

1.0300

30300

=

=

=

-70-

Fuente: Autores

Figura 32. Circuito de mando del sistema de mezclado

M 3~

R S T

C1 C2

a a

b b

1 3 5 1 3 5

2 4 6

U V W

X Y Z

e1

e2

R

b0

1

e

2

b13

4

b2 1

13

14

b23

4

b1 1

C1

13

14

C2

-71-

Fuente: Autores

Funcionamiento

Cuando se trata de invertir el giro de un motor trifásico se lo puede ejecutar a través de

2 contactores, esto quiere decir que la inversión de giro se efectuará por medio del

pulsante b1 y el contactor C1 para el giro normal, mientras que para invertir el giro se

lo efectuará a través del pulsante b2 y el contactor C2.

Esta inversión la podemos realizar automáticamente es decir que si está funcionando

en un sentido de giro directamente podemos cambiar su sentido de giro. Con el

pulsante b0 puedo apagar el motor el cualquier instante.

3.10 Programación y automatización

Programar en LOGO básicamente no es más que un esquemaeléctrico representado

de una forma diferente.

3.10.1 Programar LOGO

Bornes

Como bornes identificamos todas las conexiones y estados que se pueden utilizar en

LOGO.

Figura 33. Imagen de LOGO Siemens

-72-

Fuente: Link, www.siemens.com/LOGO/

Las entradas se designan con la letra I y una cifra. Si observa la parte frontal de

LOGO, verá en la parte superior los bornes de las entradas.

Las salidas se designan con la letra Q y una cifra. Los bornes de las salidas se hallan

en la parte inferior.

Para escribir el programa se dispone de las siguientes entradas, salidas y marcas: I1

hasta I24, AI1 hasta AI8, Q1 hasta Q16, AQ1 y AQ2, M1 hasta M24 y AM1 hasta AM6.

También puede utilizar los bits S1 hasta S8 del registro de desplazamiento, 4 teclas de

cursor C _, C _, C _ y C _ y 16 salidas no conectadas X1 hasta X16. Encontrará más

detalles al respecto en el capítulo 4.1. MANUAL LOGO

Bloques

En LOGO, un bloque es una función que convierte información de entrada en

información de salida. Antes era necesario cablear los distintos elementos en el

armario eléctrico o en la caja de conexiones.

Al elaborar el programa debe conectar bornes con bloques. A tal efecto, basta con

elegir la conexión deseada en el menú Co. El menú Co debe su nombre al término

inglés “Connector” (borne).

Funciones lógicas

-73-

Los bloques más sencillos son funciones lógicas:

Bastante más eficientes son las funciones especiales:

• Relé de impulsos

• Contador de avance/retroceso

• Retardo de activación

• Interruptor de software

En el capítulo 4 del MANUAL LOGO aparece una relación completa de las funciones

de LOGO.

Representación de un bloque en el display de LOGO

En la ilustración mostramos un display típico de LOGO. No es posible representar más

de un bloque al mismo tiempo. Por ello, hemos previsto números de bloque para

ayudar al usuario a controlar un circuito en conjunto.

Figura 34. Ilustración del bloque en el display

-74-

Fuente: Link, www.siemens.com/LOGO.

Introducir e iniciar el programa

Ya ha conectado LOGO a la red y ha conectado la tensión.

• En el display aparece ahora lo siguiente:

• Conmute LOGO en el modo de programación pulsando la tecla ESC.

Acontinuación pasará al menú principal de LOGO:

• En el primer lugar de la primera fila aparece el símbolo “>”.

Pulsando las teclas y se desplaza el “>” verticalmente.Posicione el “>” en

“Program.” y pulse la tecla OK.

Además, LOGO pasará al menú Programación.

• También aquí podrá desplazar el símbolo “>” mediante lasteclas. Ponga “>” en

“Edit.” (para Editar, es decirIntroducir) y pulse la tecla OK.

• Ponga “>” sobre “EditPrg” (para editar programa) y pulsela tecla OK. LOGO! le

mostrará la primera salida:

-75-

Ahora se encuentra en el modo Programación. Pulsándolas teclas y pueden elegirse

las demás salidas. Ahorapuede introducir su programa.

3.10.2 Automatizar el mezclador

A continuación explico el funcionamiento automático del sistema de mezclado:

• Al activar el Arranque (ON), ser activa el solenoide de gas (Q3)simultáneamente

con el chispero (Q4) encendiendo el quemador; iniciando el calentamiento del

fluido del tanque.

• Una vez que la temperatura del fluido alcanza la temperatura seteada en el

Indicador digital (MT-511R), se activa la entrada I4; la cual activa a Q1 y el

bloque B2 simultáneamente, empezando el giro anti horario del moto reductor y

activando el tiempo tras el cual debe desactivarse la válvula de gas para apagar

el quemador.

• Al activarse el giro anti horario del moto reductor se activa el bloque B5; el cual

activa el tiempo que debe girar el moto reductor.

• Después de transcurrido el tiempo del bloque B5 se activa el bloque B9 que es

el tiempo de parada del motor para cambio de giro.

• Al terminar la pausa se activa Q2 que permite el giro horario del moto reductor y

activa el bloque B6 que es el tiempo de para del moto reductor.

• Una vez terminado todo el proceso se debe activar siempre Parada (OFF), para

resetear todo el sistema.

-76-

3.10.3 Esquema de la automatización en el LOGO.

-77-

3.10.3.1 Funciones usadasen el LOGO

Retardo a la desconexión

En el retardo a la desconexión se desactiva la salida sólo tras un tiempo

parametrizable.

Retardo a la conexión

Mediante el retardo a la conexión se conecta la salida sólo tras un tiempo

parametrizable.

-78-

Relé autoenclavador

La salida Q es activada a través de una entrada S. La salida es repuesta nuevamente

a través de otra entrada R.

-79-

CAPÍTULO IV

4. CONSTRUCCIÓN, MANTENIMIENTO Y COSTOS

4.1 Componentes de la máquina y tecnología de la co nstrucción

En la construcción, montaje e instalación de la mezcladora se usaron las siguientes

máquinas y herramientas.

• Flexómetro

• Arco de sierra

• Soldadora eléctrica

• Amoladora

• Taladro de mano

• Taladro de pedestal

• Torno

• Calibrador pie de Rey

• Entenalla

• Escuadra

• Limas

• Brocas

4.2 Operaciones tecnológicas

• Dentro de las operaciones instaladas en la máquina está el sistema de

mezclado.

• El sistema de control del moto reductor vienen a constituir la parte fundamental

de la tesis ya que nos permite la rotación adecuada del agitador de acuerdo a la

mezcla.

• El tablero de control.

-80-

Tabla 2.Operaciones tecnológicas ejecutadas en la construcción de la máquina

mezcladora de resinas adhesivas

SISTEMA ELEMENTO N º OPERACIÓN

TECNOLÓGICA

TIEMPO

(Días)

SISTEMA

CONTENEDOR

DE LA MEZCLA

Contenedor 1 Trazado 0.5

2 Corte (plasma) 0.5

3 Doblado 0.5

4 Soldado 4

5 Pulido 1

Refuerzo 6 Trazado 0.5

7 Corte (plasma) 1

8 Va rolado 1

9 Taladrado 0.5

10 Soldado 2

11 Pulido 1

SISTEMA ELEMENTO N º OPERACIÓN

TECNOLÓGICA

TIEMPO

(Días)

SISTEMA DE

MEZCLADO

Base del moto

reductor

12 Trazado 0.5

13 Corte (guillotina) 0.5

14 Soldado 1

15 Pulido 0.5

Acople eje-motor 16 Selección 0.5

17 Montaje 0.5

Eje Principal 18 Selección 1

19 Montaje 0.5

Hélices del tornillo 20 Trazado 2

21 Corte (plasma) 1

22 Soldado 2

23 Pulido 1

Bocín

24 Selección 0.5

25 Montaje 0.5

-81-

SISTEMA ELEMENTO N º OPERACIÓN TECNOLÓGICA

TIEMPO (Días)

SISTEMA

SOPORTE –

GIRO

Estructura 26 Selección Perfil 1

27 Trazado 1

28 Corte 0.5

29 Soldado 2

30 Pulido 1

31 Pintado 0.5

Eje de Soporte 32 Selección 2

33 Corte 0.5

34 Montaje 1

Chumaceras 35 Selección 0.5

36 Montaje 0.5

Engranaje

Interior

37 Selección 0.5

38 Montaje 0.5

Volante 39 Selección 0.5

40 Corte 0.5

41 Soldado 1

42 Montaje 0.5

Pedal-bloqueo 43 Corte 1

44 Montaje 1

SISTEMA

ELÉCTRICO Y

ELECTRÓNICO

Caja térmica 45 Selección 1

46 Montaje 0.5

Cableado eléctrico 47 Tendido 2

48 Empalmado 1

Automatización 49 Montaje 2

50 Pruebas 1

Tablero de

control

51 Montaje 2

52 Pruebas 1

Programación 53 Desarrollo 4

54 Compilación 2

TOTAL 57

-82-

Cabe mencionar que a estos tiempos no se les consideró los tiempos muertos que son

los que ocasionan demora en la construcción de la máquina.

4.3 Flujograma de construcción y montaje

4.4 Operación y m

4.4.1 Manual de operación

a) Seguridad del sistema de m

Avisos de seguridad

Esta señal de peligro aparece en su manual. Siempre que aparezca esta señal lea

con atención lo que dice. SU SEGURIDAD DEPENDE DE ESTOS AVISOS.

En este manual también debería buscar otras dos palabras: AVISO e IMPORTANTE.

Aviso: Puede prevenir que haga algo perjudicial para la máquina o los bienes de

terceros.

Importante: puede ayudarle a realizar un mejor trabajo o facilitar su trabajo de alguna

manera.

Aclaraciones Importantes

No opere este equipo hasta que no haya leído cuidadosamente y comprendido las

secciones SEGURIDAD y FUNCIONAMIENTO de este manual y de los manuales de

cualquier otro equipo que utilice.

Su seguridad personal y la de

este equipo.

Respete todas las leyes federales, estatales, municipales y normas específicas de la

industria.

-84-

mantenimiento

peración

Seguridad del sistema de m ezclado



este manual también debería buscar otras dos palabras: AVISO e IMPORTANTE.

Puede prevenir que haga algo perjudicial para la máquina o los bienes de

puede ayudarle a realizar un mejor trabajo o facilitar su trabajo de alguna

Aclaraciones Importantes



cualquier otro equipo que utilice.

Su seguridad personal y la de terceros dependen de su cuidado y atención al operar




este manual también debería buscar otras dos palabras: AVISO e IMPORTANTE.

Puede prevenir que haga algo perjudicial para la máquina o los bienes de

puede ayudarle a realizar un mejor trabajo o facilitar su trabajo de alguna



terceros dependen de su cuidado y atención al operar


Seguridad general

La seguridad es importante. No deje de informar acerca de cualquier

la puesta en marcha o el funcionamiento de la máquina. Informe si:

Oye: golpes o cualquier otro ruido poco común.

Huele: aislante quemado, metal caliente, goma quemada, aceite quemado.

Siente: Cambios en el funcionamiento del equipo.

Ve: problemas en las conexiones y los cables o en otros equipos.

Informe: sobre cualquier cosa que vea, sienta, huela u oiga que pueda ser insegura o

diferente de lo esperado.

Utilice vestimenta de protección adecuada

Utilice guantes, zapatos de seguridad,

de protección personal que sea necesario.

Quítese las joyas y anillos y no use vestimenta suelta, ni pelo largo que se pueda

enganchar en los controles o máquinas móviles.

-85-

La seguridad es importante. No deje de informar acerca de cualquier

la puesta en marcha o el funcionamiento de la máquina. Informe si:

golpes o cualquier otro ruido poco común.

aislante quemado, metal caliente, goma quemada, aceite quemado.

Cambios en el funcionamiento del equipo.

problemas en las conexiones y los cables o en otros equipos.

sobre cualquier cosa que vea, sienta, huela u oiga que pueda ser insegura o

diferente de lo esperado.

Utilice vestimenta de protección adecuada

Utilice guantes, zapatos de seguridad, anteojos de protección, y cualquier otro equipo

de protección personal que sea necesario.


enganchar en los controles o máquinas móviles.

La seguridad es importante. No deje de informar acerca de cualquier anomalía durante

aislante quemado, metal caliente, goma quemada, aceite quemado.

sobre cualquier cosa que vea, sienta, huela u oiga que pueda ser insegura o

anteojos de protección, y cualquier otro equipo


Seguridad eléctrica

Asegúrese de que los cables de alimentación tengan una conexión adecuada

a tierra. Una conexión a tierra adecuada disminuye el peligro de recibir una

descarga eléctrica. Inspeccione frecuentemente los cables de alimentación y la unidad

para asegurarse de que no estén d

deben ser reemplazados o reparados por un técnico especializado.

AVISO: Desconecte la máquina de la fuente de alimentación antes de realizar

cualquier tarea de mantenimiento o de calibración.

Asegúrese de conectar siempre la unidad a la fuente de alimentación correcta como se

especifica en el manual.

No opere este equipo en ambientes peligrosos

El motor eléctrico no es a prueba de explosión y solo admite alimentación trifásica. La

operación de este componente en un ambiente peligroso puede causar una explosión

o un accidente fatal debido al alto voltaje que se maneja.

-86-

que los cables de alimentación tengan una conexión adecuada



para asegurarse de que no estén dañados. Los componentes que estén dañados

deben ser reemplazados o reparados por un técnico especializado.

: Desconecte la máquina de la fuente de alimentación antes de realizar

cualquier tarea de mantenimiento o de calibración.

conectar siempre la unidad a la fuente de alimentación correcta como se

especifica en el manual.

No opere este equipo en ambientes peligrosos


componente en un ambiente peligroso puede causar una explosión

o un accidente fatal debido al alto voltaje que se maneja.

que los cables de alimentación tengan una conexión adecuada



añados. Los componentes que estén dañados

: Desconecte la máquina de la fuente de alimentación antes de realizar

conectar siempre la unidad a la fuente de alimentación correcta como se


componente en un ambiente peligroso puede causar una explosión

Lash élices de la mezcladora son filosas

Las Hélices de la mezcladora están bien afiladas y pueden cortar. Nunca

intente quitar los residuos cuando la mezcladora esté conectada. Tenga mucho

cuidado cuando utilice la mezcladora y cuando manipule la unidad.

AVISO: Desconecte la mezcladora de la fuente de alimentación y

reductor de la parte superior del recipiente del mezclador antes de realizar tareas de

mantenimiento o de calibración.

b) Panorama g eneral

Las operaciones principales son:

Encendido. Simultáneamente se activa el chispero con la válvula de

Calentamiento. Se calienta el fluido del tanque hasta la temperatura

acuerdo a las necesidades

Cargar. Una vez que la temperatura es adecuada agregamos todas las sustancias

químicas necesarias para la obtención de la resina.

Mezclado. Una vez que el fluido alcanza la temperatura requerida inicia el mezclado

por medio del accionamiento del motor en sentido horario y antihorario

Vaciado. Vertimos las resinas en los recipientes adecuados de acuerdo a la necesidad

del cliente.

Inspección. Se deberá examinar visual y técnicamente

Además se deberá inspeccionar

-87-

élices de la mezcladora son filosas


residuos cuando la mezcladora esté conectada. Tenga mucho

cuidado cuando utilice la mezcladora y cuando manipule la unidad.

Desconecte la mezcladora de la fuente de alimentación y


mantenimiento o de calibración.

eneral

Las operaciones principales son:

Simultáneamente se activa el chispero con la válvula de

Se calienta el fluido del tanque hasta la temperatura

acuerdo a las necesidades.

Una vez que la temperatura es adecuada agregamos todas las sustancias

químicas necesarias para la obtención de la resina.

Una vez que el fluido alcanza la temperatura requerida inicia el mezclado

por medio del accionamiento del motor en sentido horario y antihorario

Vertimos las resinas en los recipientes adecuados de acuerdo a la necesidad

Se deberá examinar visual y técnicamente que el volante este asegurado

Además se deberá inspeccionar las conexiones eléctricas del motor y del LOGO.


residuos cuando la mezcladora esté conectada. Tenga mucho

Desconecte la mezcladora de la fuente de alimentación y retire el moto


Simultáneamente se activa el chispero con la válvula de gas.

Se calienta el fluido del tanque hasta la temperatura calibrada de

Una vez que la temperatura es adecuada agregamos todas las sustancias

Una vez que el fluido alcanza la temperatura requerida inicia el mezclado

por medio del accionamiento del motor en sentido horario y antihorario.

Vertimos las resinas en los recipientes adecuados de acuerdo a la necesidad

que el volante este asegurado.

las conexiones eléctricas del motor y del LOGO.

Control panel

Control panel

• Display. Muestra

del fluido

• (ON). Sirve para iniciarel proceso de mezclado que es

el proceso.

• (OFF). Sirve para resetear el proceso y poder reiniciar otro proceso de mezclado.

• Sistema de control (ON/OFF).

panel de control

Energía eléctrica

Todo el equipo eléctrico y las fuentes de alimentación deben estar ubicados en lugares

seguros. Si esto no se hace se puede producir una explosión y un accidente fatal.

Vea lasespecificaciones de este manual para conocer los requisitos de energía.

Asegúrese de elegir el lugar adecuado para el sistema eléctrico.

-88-

Muestra la temperatura seteada y el aumento paulatino de temperatura

Sirve para iniciarel proceso de mezclado que es automático

Sirve para resetear el proceso y poder reiniciar otro proceso de mezclado.

Sistema de control (ON/OFF). Activa o corta el suministro de energía de todo el




se de elegir el lugar adecuado para el sistema eléctrico.

y el aumento paulatino de temperatura

automático durante todo

Sirve para resetear el proceso y poder reiniciar otro proceso de mezclado.

Activa o corta el suministro de energía de todo el




Motor eléctrico

El motor del sistema de mezclado debe

refrigerado por un ventilador para garantizar una larga vida útil.

La operación de estos componentes en un

explosión o un accidente fatal.

c) Funcionamiento

Lea antes de operar

Antes de operar esta máquina, lea atentamente el manual y mantenga una copia junto

a la máquina para referencia futura.

Guarde el manual en su caja

de su máquina.

Energía eléctrica

Aviso: Conecte la unidad a la fuente de alimentación adecuada teniendo en cuenta

que se trata de una línea trifásica. Asegúrese de elegir un lugar adecuado para

sistema eléctrico.

Si la unidad no se enciende, fíjese si está encendido el breaker de alimentación.

-89-

El motor del sistema de mezclado debe estar totalmente cerrado y es

refrigerado por un ventilador para garantizar una larga vida útil.

La operación de estos componentes en un ambiente peligroso puede causar una

explosión o un accidente fatal.


a la máquina para referencia futura.

Guarde el manual en su caja protectora cuando no lo utilice. Este manual forma parte

Conecte la unidad a la fuente de alimentación adecuada teniendo en cuenta

que se trata de una línea trifásica. Asegúrese de elegir un lugar adecuado para


estar totalmente cerrado y es

ambiente peligroso puede causar una


protectora cuando no lo utilice. Este manual forma parte

Conecte la unidad a la fuente de alimentación adecuada teniendo en cuenta

que se trata de una línea trifásica. Asegúrese de elegir un lugar adecuado para el


-90-

Si la unidad sigue sin arrancar a pesar de haber accionado el breaker, comuníquese

con el personal de operación encargados del diseño de la unidad para obtener

asistencia.

Ubicación de la mezcladora

Asegúrese de que el volante de giro proporcione al recipiente una posición

completamente horizontal antes que se presione el botón ON para que el sistema

inicie con el proceso.

Comienzo del mezclado

Encienda el motor de la mezcladora e inicie la operación. Asegúrese de que el

volumen del fluido no sobrepase el límite establecido

El sistema continuará hasta que el sensor dé la señal correspondiente y luego de un

determinado tiempo continuar con el proceso.

Luego del mezclado

Apague el motor de la mezcladora. Vierta la resina en los recipientes de acuerdo a la

necesidad del cliente.

d) Mantenimiento

Mantenimiento preventivo

Para asegurar un rendimiento óptimo, limpie la máquina regularmente y realice un

mantenimiento constante de la misma. Con un cuidado y mantenimiento razonable,

esta máquina tendrá una vida útil de muchos años. Por tanto, es importante tener un

programa establecido para su mantenimiento.

-91-

Proteja la máquina contra la intemperie siempre que sea posible

Desconexión de la energía eléctrica

Siempre desconecte la unidad de la fuente de energía eléctrica antes de hacer

cualquier mantenimiento, para evitar el riesgo de recibir una descarga eléctrica. Cubra

todos los elementos eléctricos y electrónicos además del tablero control antes limpiar

la máquina.

Contactores (relés)

Los contactores utilizados en el control de la máquina de mezclado son relés de

estado sólido (accionamiento electrónico) por lo tanto tendrán larga vida útil.

Engrase

Mantenga las partes móviles lubricadas diariamente con grasa.

Giro del recipiente (engranes del volante)

Aceite

-92-

Lubrique diariamente:

• Rodamientos tanto de los volantes como de las guías.

• Engranes, catalinas y chumaceras.

4.4.2 Manual de mantenimiento

La máquina de mezclado está constituida por varios sistemas, los cuales son:

• Sistema de mezclado.

• Sistema de soporte y giro.

• Sistema de automatización.

Para asegurar un funcionamiento adecuado, se sugiere el siguiente plan de

mantenimiento preventivo:

Inspección diaria.

Tabla 3. Posibles problemas a encontrarse durante el trabajo de mezclado

Problema Posible Causa

Vibración

excesiva en el

recipiente

1. Pernos de sujeción del motor a la estructura flojos.

2. Necesidad de lubricación.

3. Mal acople del motor con la caja de reducción.

Ruptura de las

hélices del

agitador

1. Uso continuo sin mantenimiento.

2. Sobrecarga debido a un fluido demasiado viscoso.

3. Agrietamiento en la soldadura eje – hélice.

Corte de

secuencia en el

panel de control.

1. Los sensores no se encuentran emitiendo señal al

sistema de control, es decir la separación entre el emisor

y receptor es demasiado grande.

2. Daño de los sensores por sobrecarga eléctrica o por

tiempo de duración útil del mismo.

Recomendaciones:

• Lubricar diariamente los rodamientos, piñones, y chumaceras.

• Verificar la adecuada alineación del recipiente antes de accionar la máquina.

-93-

• Tomar en cuenta el tipo de fluido a mezclar.

a. Inspección semanal

• Limpieza General de la máquina.

b. Inspección mensual.

• Realizar una inspección minuciosa de todos los sistemas de giro con la finalidad

de identificar algún posible defecto o problema.

• Chequear el normal funcionamiento de los contactores y sensores.

• Verificar la adecuada lubricación de todas las partes móviles de la máquina.

4.5 Pruebas

Objetivo

Verificar el correcto funcionamiento de la máquina en función de los sistemas:

mecánicos, eléctricos y electrónicos.

Tabla 4. Pruebas mecánicas

ACTIVIDAD SE DETECTÓ PROBLEMAS

SI NO COMENTARIO

Giro del Tanque X Al momento de instalar al mezclador notamos

que el giro del volante estaba trabado por lo

que colocamos aceite y lubricamos el eje y

solucionamos esta dificultad.

Instalación del

motor

X Al momento de encender el motor existía un

movimiento inusual la base por lo que

colocamos un soporte de caucho.

Colocación del

Eje Vertical

X Al momento de acoplar el eje al motor

pudimos notar que existía un desbalance del

eje cuando este giraba por lo que colocamos

un bocín.

-94-

Tabla 5. Pruebas eléctricas y electrónicas

Elemento

Inspeccionado

SE DETECTÓ PROBLEMAS

SI NO COMENTARIO

Circuito de

control

electrónico

X Al iniciar las respectivas pruebas existía un

problemas con las actividades por lo que tuvimos

que probar varias veces con la programación del

LOGO hasta encontrar la programación correcta que

cumpla todas las expectativas del cliente.

Circuito eléctrico

de potencia

X Luego de haber verificado todas y cada una de las

conexiones del circuito de potencia se procedió a

probar el equipo con sus respectivas cargas;

constatando que todo estaba normal.

4.6 Análisis de costos

4.6.1 Costos directos

4.6.1.1 Materiales y accesorios

Tabla 6. Costos por materiales y accesorios mecánicos

ACERO DE TRANSMISIÓN

DETALLE CANTIDAD PREC.UNIT SUBTOTAL (USD)

Acero de transmisión, d=1½ in,

L=550mm 1 32 15,40

Eje de acero inoxidable, d=1 ½ in,

L=1350mm 1 45,5 108,00

123,40

-95-

PERNOS, TUERCAS Y ARANDELAS

DETALLE CANTIDAD PRECIO UNIT. (USD)

SUBTOTAL (USD)

Pernos 1/2 x 2 in 8 0,35 2,80

Pernos 3/8 x 11/2 in 4 0,25 3,20

Pernos 3/8 x 2 in 4 0,25 1,00

Pernos ¼ x 3 in 1 0,20 0,20

Pernos 3/8 x ¾ in (hexagonal) 8 0,60 4,80

Tuercas, d= 1/2 in 8 0,05 0,4

Tuercas, d= 3/8 in 8 0,05 0,4

Tuercas, d= 1/4 in 1 0,05 0,2

Arandela de presión 3/8 in 12 0,10 1,20

Arandelas planas, 3/8 in 4 0,08 0,32

Arandelas planas, 1/2 in 8 0,12 0,96

15,48

PLANCHAS

DETALLE CANTIDAD PREC.UNIT SUBTOTAL (USD)

Planchas de Acero Inoxidable AISI 304 ;

2,44 x 1,22m; e=1,5mm 1 180,00 180,00

Planchas de Acero Inoxidable AISI 304 ;

2,44 x 1,22m; e=2mm ½ 160 80,00

260,0

PERFILES

DETALLE CANTIDAD PRECIO UNIT. (USD)

SUBTOTAL (USD)

Perfil estructural en G200 x 50 x

15mm, e=3mm, L=6mts 1 28,00 28,00

Perfil estructural Cuadrado 100 x

50mm,e=2mm L=6mts 1 20,00 20,00

Tubo Acero Inoxidable AISI

304,d=½ in ; L=3mts 1 50,00 50,00

98,00

-96-

RODAMIENTOS Y CHUMACERAS

DETALLE CANTIDAD PRECIO

UNIT. (USD)

SUBTOTAL

(USD)

Rodamiento UC 208, d=40mm /

de=80mm 4 5,50 22,00

Chumacera-piso CBM UCP208,

di=40mm 4 9,00 36,00

58,00

FUNDICIÓN

DETALLE CANTIDAD PRECIO

UNIT. (USD)

SUBTOTAL

(USD)

Piñón planetario 60 dientes,

di=50,8mm / de=300mm 1 90,00 90,00

Piñón sencillo B 12dientes,

di=25,4mm / de=110mm 1 25,00 25,00

115,00

OTROS

DETALLE CANTIDAD PRECIO UNIT.

(USD)

SUBTOTAL

(USD)

Tubo Galvanizado 1 in,

e=3mm para volante 1 12,00 12,00

Pintura sintética 2 8,40 16,80

Grasa liviana 2 1,00 2,00

58,80

COSTO TOTAL POR MATERIALES Y ACCESORIOS MECÁNICOS 700,68 USD

-97-

Tabla 7. Costos por materiales y accesorios eléctricos y electrónicos

EQUIPOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS

DESCRIPCIÓN CANTIDAD PRECIO UNIT.

(USD)

SUBTOTAL

(USD)

Moto reductor eléctrico LAFERT; 3Ø,

2hp, 60 rpm 1 731,36 731,36

Siemens LOGO 1 167,43 167,43

Caja Térmica 1 15,00 15,00

Gabinete metálico 30x40x15 cm 1 34,00 34,00

Breaker trifásico 40 amperios 1 34,75 34,75

Breaker monofásico 16 amperios 1 6,52 6,52

Relay estado sólido monofásico 1 26,96 26,96

Relay estado sólido trifásico 2 68,00 136,00

Control de Temperatura, con

termistor 1 81,23 81,23

Solenoide de Gas Genebre ½” 1 91,49 91,49

Adaptador AD-12V 1ª 1 8,00 8,00

Push button switch XB2-BW 1 10,50 10,50

Cinta espuma blanca doble faz 1 5,8 5,8

Cinta Aislante 3M ¾ 4 0,37 1,48

Tubo BX ½” 2 1,25 2,50

Espagueti fibra/vidrio 6mm #2 4 0.62 2,48

1355,50

-98-

CONDUCTOR

TIPO CANTIDAD PRECIO UNIT.

(USD)

SUBTOTAL

(USD)

Cable, AWG # 8 8 1,26 10,08

Cable, AWG # 12 10 0,52 5,20

Cable gemelo, AWG # 12 5 1,01 5,05

20,33

COSTOS TOTALES POR MATERIALES Y ACCESORIOS ELÉCTRIC OS

Y ELECTRÓNICOS 1375,83USD

4.6.1.2 Mano de obra.

Tabla 8. Costos por mano de obra

CATEGORI

A DETALLE

HORAS –

HOMBRE

COSTO x

HORA

SUBTOT

AL (USD)

Técnico –

mecánico

Trazado, Corte, Pulido, Taladrado, Baro

lado, Montaje 224 2,13 477,12

Soldador Soldadura Eléctrica, MIG 96 2,13 204,48

Pintor Estructura del mezclador 4 2,13 8,52

Electricista Instalación y revisión eléctrica 36 2,13 76,68

Ing. en

mecatrónica Automatización de la máquina 96 5,00 480,00

1246,8

COSTOS TOTALES MANO DE OBRA 1246,8 USD

-99-

4.6.1.3 Equipos y herramientas

Tabla 9. Costos por equipos yherramientas

MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS HORAS

EQUIPO

COSTO x

HORA

SUBTOTAL

(USD)

Soldadora mig 90 0,1 9,00

Plasma 30 0,08 2,40

Pulidora 70 0,08 5,60

Taladro 8 0,08 0,64

Herramienta menor 120 0,07 8,40

26,04

4.6.1.4 Transporte

Tabla 10. Costos por transporte

OPERACIONES UNIDAD CANTIDAD

PRECIO

UNIT. (USD)

SUBTOTAL

(USD)

Transporte de estructura y materiales

a la planta Km 10 3 30,00

Otros Km 4 1,25 5,00

35,00

Tabla 11. Valor total costos directos

COSTOS POR: SUBTOTAL (USD)

Mariales y Accesorios Mecánicos 700,68

Materiales y Accesorios Eléctricos y

Electrónicos 1375,83

Mano de Obra 1246,80

Equipos y Herramientas 26,04

Transporte 35,00

TOTAL COSTOS DIRECTOS 3384,35

-100-

4.6.2 Costos indirectos

Tabla 12. Costos indirectos

DETALLE CANTIDAD(%CD) SUBTOTAL

(USD)

Costo Ingenieril (Diseño y Supervisión) 10% 336,035

Imprevistos 5% 168,01

Utilidad 0 0,0

TOTAL COSTOS INDIRECTOS 504,05

4.6.3 Costos Totales

Los costos totales equivalen a la suma de los costos directos más los costos

indirectos, teniendo una equivalencia para nuestro caso de cuatro mil doscientos

dólares con setenta y cinco centavos.

TABLA 13.Costos totales

DETALLE SUBTOTAL (USD)

Total Costos Directos 3384,35

Total Costos Indirectos 504,05

TOTAL COSTOS 3888,4

4.6.4 Costos por operación y mantenimiento

De acuerdo al diseño realizado, se puede establecer un valor aproximado referente a

costos por operación y mantenimiento; cabe indicar que para obtener datos reales se

deberá considerar rangos de tiempo en los cuales la máquina esté funcionando

normalmente.

Para nuestro caso se toma como referencia los siguientes datos:

• Período de trabajo de la máquina al día= 6 horas

• Días laborales de trabajo al mes= 20 días

Por tanto para hallar el consumo eléctrico mensual se recurre a los datos técnicos

dados por el fabricante de cada motor u otro equipo electrónico que consuma una

potencia considerable.

-101-

En nuestro país el costo promedio por consumo de energía eléctrica es de 0,13 USD

por Kw-h; por tanto al realizar un análisis del consumo de nuestra máquina de

mezclado setiene:

TABLA 14.Consumo eléctrico

CONSUMO ELÉCTRICO

DETALLE WATTS HRS

TRABAJO KW-H/MES

Motor 3Ø, 2 hp, 1800 rpm 1491,4 120 178,96

Elementos electrónicos 50 120 6,00

Total Kw -h/mes 184,96Kw/h

Total a pagar mensualmente 24,04 USD

Otros datos a considerar serán el pago por operario, materiales de mantenimiento

como grasa, aceite y otros materiales de limpieza; los valores se detallan en la tabla

siguiente:

Tabla 15. Costos totales por operación y mantenimiento

VALORES POR OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LA MÁQUINA EN UN MES

Detalle Unidad Cantidad Prec. Unit (USD) Subtotal

(USD)

Consumo eléctrico mes 1 24,04 26,95

Operario mes 1 318 318,00

Grasa gr 2 2,5 5,00

Aceite para lubricación Lt 1 3 3,00

Material de limpieza gr 3 1 3,00

TOTAL (USD) 355,95

-102-

CAPÍTULO V

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones

Al concluir el trabajo de construcción, podemos decir seseleccionó la mejor alternativa de mezclado tanto económica como eficaz, parámetros que se comprobaron en las pruebas realizadas por la empresa. De entre las posibles alternativas para lograr una mezcla homogénea la selección del tornillo helicoidal fue acertada, proporcionando una condición aceptable dentro de los requerimientos técnicos de la empresa. La máquina se la automatizó, gracias al uso de programas computacionales, y al uso de equipos eléctricos y electrónicos que permitieron tener un desempeño adecuado. Gracias al análisis de costos, se justifica económicamente la construcción del mezclador, pues adquirirla de un proveedor resulta significativamente más costosa. Por todos los parámetros que se controlaron en las pruebas realizadas por la empresa para la obtención de la resina, se concluye que la máquina presenta un rendimiento aceptable.

5.2 Recomendaciones

Limpiar periódicamente la máquina, debido a que el ambiente en el cual se encuentra existe partículas dispersas que podrían ocasionar daños en el motor. Tener en cuenta el manual de operación para evitar daños y pérdidas de materia prima. Dar un RESET al sistema, al concluir con el proceso de mezclado, con la finalidad evitar problemas al momento de reiniciar.

-103-

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] POTTER, Marle C. Mecánica de fluidos.2da edición. México. 1998. Pág.67-70.

[2] DIAZ, A. Memorias. Seminario de reología. ESPOCH. Riobamba. 1997. Pág. 18-27

[3] URRUTIA, Fernando. Diseño y construcción de un viscosímetro rotacional.

Riobamba.1998. Pág.86 – 91.

[4] NISE, Norman S. Sistemas de Control para Ingeniería. Pág.87-103

[5] GEANKOPLIS, Christian. Procesos de transporte y operaciones unitarias. México.

Editorial continental 1982. Pág. 124-138.

[6] SHIGLEY, Joseph – Diseño de elementos de máquinas. 3ra. Edición, México.

1985. Pág.330-335.

-104-

BIBLIOGRAFÍA

FORT, I. Capacidad de bombeo de los mezcladores, CzechChem. Comun 1972.

LARBURU, Nicolás. Prontuario de Máquinas. 2da edición.

MARKS. Manual del Ingeniero Mecánico. MC GRAW HILL. 9na edición. Tomo1.

MORÁN, Iván. Apuntes de Diseño Mecánico. 3ra edición. 2005.

NORTON. Diseño de maquinaria. McGraw Hill 2000.

NOVILLO,G. Apuntes de diseño.

POTTER, Marle C. Mecánica de Fluidos. 2da edición. México 1998.

SHIGLEY,Joseph.Diseño en Ingeniería Mecánica. 3ra edición.Mc.Graw Hill. 1985.

STIOPIN, P.Resistencia de Materiales. 2da edición 1995.

FAG. Catálogo de rodamientos y chumaceras.

-105-

LINKOGRAFÍA

RESINAS ADHESIVAS

http://www.pasaimper.com/resinas&adhesivas%/propiedades

2012-02-06

http://www.eacfm.cse.polyu.edu.hk/.../download

2012-02-09

http://www.dega-plastics.com

2012-02-10

PARÁMETROS DE PROGRAMACIÓN

http://es.wikipedia.org/wiki/Programaci%C3%B3n

2012-03-13

MECANISMOS PARA DISEÑO MECÁNICO

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_A36

2012-08-

http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%20304.pdf

2012-10

http://idre-sa.com/hosting/idre/catalogos/cmb/pdf/CMB_chumaceras.pdf

2012-10

http://www.transtecno.com/media/downloads/Transtecno_AC_America_Latina_

2011.pdf

2012-11

http://jtelectric.com/documents/00144.pdf

2012-11

AUTOMATIZACIÓN

http://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-

ontroller/en/logicmodule- logo/Pages/Default.aspx

2013-02-07

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