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DISEÑO DE DOSIFICADORA INDUSTRIAL DE MEZCLA PARA LA
EMPRESA GLADY’S DELICATESSES C.A, PLANTA SAN DIEGO
Autores: Alvarado L. Stephanie B. C.I.: 21.030.129
Mendoza V.Andrés L. C.I.: 23.410.374
Urb. Yuma II, Calle Nº 3, Municipio San Diego
Teléfono: (0241) 8714240 (Master) - Fax: (0241) 871239
ix
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DEMECÁNICA
DISEÑO DE DOSIFICADORA INDUSTRIAL DE MEZCLA PARA LA EMPRESA GLADY’S DELICATESSES C.A, PLANTA SAN DIEGO
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de
INGENIERO MECÁNICO
Autores:Alvarado L. Stephanie B. C.I.:21.030.129
Mendoza V. Andrés L. C.I.: 23.410.374
Tutor : Ing. Giovanni Pizzella
San Diego, Febrero de 2015
x
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE MECÁNICA
ACEPTACIÓN DEL TUTOR
Quien suscribe, Ingeniero Giovanni Pizzella portador de la cédula de
identidad
N° 4.455.859, en mi carácter de tutor del trabajo de grado presentado por los
ciudadanos Stephanie Alvarado y Andrés Mendoza, portadores de la cédulas de
identidad N° 21.030.129 y 23.410.374, (respectivamente), titulado “DISEÑO DE
DOSIFICADORA INDUSTRIAL DE MEZCLA PARA LA EMPRESA
GLADY’S DELICATESSES C.A, PLANTA SAN DIEGO” presentado como
requisito parcial para optar al título de Ingeniero, considero que dicho trabajo reúne
los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y
evaluación por parte del jurado examinador que se designe.
En San Diego, a los 3 días del mes de febrero del año dos mil quince.
___________________________
Ing.Giovanni Pizzella. C.I.: 4.455.859
xi
AGRADECIMIENTOS
Ante todo agradezco a Dios por darme todo lo que tengo y hacerme lo que soy.
Al mejor compañero Andrés Mendoza que sin el esto no sería igual, gracias por
aceptar este reto conmigo somos un gran equipo!!.
A mis padres y hermanos por todo el apoyo que me brindaron. A esos tíos que de
cierta forma fueron un ejemplo y gran apoyo.
Al mejor novio del mundo Adan Soler porque siempre estuvo a mi lado en todo
mi camino para lograr esta meta, a su mamá Olga Cipolletti que siempre creyó en mí
y me apoyo en todo al igual que la Tia Nina y los abuelos. Agradezco a la Tía
Noraima por el cariño y el apoyo siempre que la necesite.
Agradezco a mi prima Fabiola que a pesar de que siempre está ocupada me
ayudo cuando la necesite, lo que aprecio muchísimo.
Agradezco a los padres de mi compañero German y Gladys Mendoza que
estuvieron con nosotros en todo el trabajo ayudándonos y apoyándonos.
A nuestro tutor Giovanni Pizzella por confiar en nosotros y ayudarnos desde el
primer día.
A mis profesores que fueron parte de mi crecimiento a lo largo de esta carrera, en
especial al Prof. Gruber Caraballo por siempre ser un buen ejemplo y hacer de sus
materias un reto, lo que me hizo aprender mucho más.
A mis amigos porque ningún logro se consigue solo, gracias a aquellos que me
animaron en los momentos malos y celebrar junto a mí los buenos. Principalmente a
Sabino Contreras (Mi tercer hermano) que siempre me apoyo y Sonya Barrientos que
siempre ha sido una gran amiga.
Stephanie Alvarado
xii
DEDICATORIA
Este logro se lo dedico a mis padres principalmente Alcira Lugo y José Virgilio
Alvarado los mejores ejemplos que tengo en mi vida. Mi mamá porque siempre que
necesite de sus conocimientos estuvo ahí para guiarme y por ser el mejor ejemplo de
mujer trabajadora y fuerte, la que me hizo como soy hoy en día. A mi papá porque
siempre fue mi inspiración para lograr esta meta, fue el que me enamoro cada vez
más de la mecánica.LOS AMO!! Gracias
A mis hermanos que siempre me apoyaron y acompañaronJesús y José, son los
mejores. A mi hermana Maria Blanco que siempre me apoyo y fue una gran amiga.
A mis abuelos, mi abuelo Vicente que fue un gran ejemplo y quererme como lo
hizo, sé que a pesar de que no está a mi lado está orgulloso de mi, al igual que mi
abuelo José y mi abuela Chila. A mi abuela Cenobia en especial que siempre ha sido
un gran ejemplo y nos sigue apoyando.
Este logro lo comparto con mi novio Adan Soler que desde el principio me apoyo
y me ayudo en todo lo que necesite, que incluso sufrió conmigo esta carrera y estar
siempre a mi lado sin importar nada. Gracias por ser mi motivación, soporte y un
gran ejemplo esto no sería igual sin ti. TE AMO
Y no menos importante mi compañero nocturno que cuando no estaba más nadie
él siempre estuvo a mi lado cuando estudiaba Sparky.
Stephanie Alvarado
xiii
AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIA
No alcanzan escasas líneas para expresar el profundo sentimiento de gratitud
que hoy siento hacia todas aquellas personas que de manera directa o indirecta
intervinieron no solo en la formación académica si no en la travesía de experiencias
que llaman vida y que tiene por consecuencia a este ser que en este momento plasma
su pensamiento. Quiero agradecer principalmente a mis padres y mis hermanos que
con su amor, dedicación y apoyo incondicional celebrarán como propio este logro que
es más suyo que mío, a mis abuelos, tíos y familiares en general todos son parte
fundamental de lo que soy hoy, la empresa GLADY’S DELICATESSES C.A que es
mi casa, mi fuente de alimento y fiadora de este sueño, a nuestro tutor académico y
profesores que se dedicaron a ir más allá de cumplir con su deber profesional y
agregaron humanidad a nuestra formación, a mis amistades, a mi novia que se unió a
la campaña “un abrazo para un tesista estresado” y por último a mi brillante
compañera de tesis quien hizo un trabajo invaluable y un esfuerzo monumental en
esta difícil tarea que fue hacer equipo conmigo, sin ella no estarían leyendo este texto,
infinitas gracias a todos los mencionados y a los que por alguna razón olvide también,
espero algún día poder retribuir aunque sea un poco de tanto que he recibido de
ustedes.
Dedicado a mi padre German E. Mendoza L, ahora sí puedes llamarme
“Ingeniero” con toda propiedad.
Firma una noche de junio, Andrés Leonardo Mendoza Vallés.
xiv
ÍNDICE GENERAL
CONTENIDO Pp
LISTA DE TABLAS ..................................................................................... xi LISTA DE FIGURAS ................................................................................... xii TABLA DE SÍMBOLOS .............................................................................. xvi RESUMEN..................................................................................................... xvi INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 1 CAPÍTULO I EL PROBLEMA 1.1 Planteamiento del Problema.................................................... 2 1.2 Formulación del Problema....................................................... 4 1.3 Objetivos.................................................................................. 4 1.3.1 Objetivo General............................................................... 4 1.3.2 Objetivos Específicos........................................................ 4 1.4 Justificación............................................................................. 4 1.5 Limitaciones............................................................................. 5 1.6 Alcance.................................................................................... 5 II MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes............................................................................ 7 2.2 Bases Teóricas......................................................................... 8 2.2.1 Diseño en la ingeniería mecánica...................................... 8 2.2.2Ley de conservación de la masa......................................... 9 2.2.3 Proceso de dosificación de mezcla.................................... 9 2.2.4 Propiedades del fluido....................................................... 10 2.2.5 Fluidos no newtonianos..................................................... 10 2.2.6 Caudal................................................................................ 12 2.3 Consideraciones de Diseño...................................................... 13 2.3.1 Factores de diseño.............................................................. 13 2.3.2 Normas y Códigos.............................................................. 13 2.3.3 Factor de Seguridad........................................................... 14 2.3.4 Diseño de engranes............................................................ 16 2.3.5 Diseño de ejes.................................................................... 18 2.3.6 Cinta transportadora........................................................... 18 2.4 Esfuerzos.................................................................................. 18 2.4.1 Esfuerzos Uniformemente Distribuidos............................. 18 2.4.2 Esfuerzos por fricción........................................................ 18 2.4.3 Esfuerzo superficial........................................................... 19
xv
2.4.4 Esfuerzo por fatiga............................................................. 20 2.5 Pistones.................................................................................... 21 2.5.1 Consumo de aire................................................................ 21 2.5.2 Dimensionamiento de la red de aire comprimido.............. 21 2.5 Definición de Términos Básicos.............................................. 22 III MARCO METODOLÓGICO 3.1 Enfoque de la Investigación..................................................... 25 3.2 Tipo de Investigación............................................................... 26 3.3 Nivel de la investigación.......................................................... 26 3.4Diseño de la Investigación....................................................... 27 3.5Fases de la Investigación......................................................... 28 IV RESULTADOS 4.1 Hacer un estudio de las características del producto antes y
después de la dosificación con la intención de definir un patrón estándar del proceso.......................................................................
30 4.2 Generación y elección de la propuesta de diseño.................... 32 4.2.1 Función principal............................................................... 33 4.2.2 Restricciones...................................................................... 33 4.2.3 Criterios.............................................................................. 34 4.2.4 Propuestas de Diseño......................................................... 34 4.3 Especificaciones del sistema diseñado, realización del
diseño, simulación y cálculos...................................................
35 4.3.1 Cálculo de Caudal.............................................................. 36 4.3.2 Selección de los Engranes cilíndricos................................ 37 4.3.3 Cálculo de la cremallera..................................................... 41 4.3.4 Selección de la cinta trasportadora.................................... 45 4.3.5 Selección de los pistones................................................... 50 4.3.6 Consumo de aire comprimido............................................ 53 4.4 Inversión y factibilidad económica.......................................... 55 4.5 Presentación de un manual de operaciones y mantenimiento
para la máquina diseñada..............................................................
57 4.5.1 Manual de operaciones...................................................... 57 4.5.2 Manual de mantenimiento.................................................. 63 V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones............................................................................. 69 5.2 Recomendaciones..................................................................... 70
xvi
ANEXOS Anexo A: Propuestas de Diseño..................................................... 73 Anexo B: Cuadros comparativos para la elección de la mejor
solución.............................................................................................
80 Anexo C: Ponderación final............................................................. 87 Anexo D: Ensayo experimental....................................................... 90 Anexo E: Análisis REBA de proceso manual.................................. 95 Anexo F: Análisis REBA de propuesta diseñada............................ 97 Anexo G: Layout actual de la Empresa........................................... 99 Anexo H: Layout Recomendado...................................................... 101 Anexo I: Cuadro de inversión especifico del diseño...................... 103 Anexo J: Maquina Diseñada............................................................ 106 Anexo K: Planos del Diseño............................................................ 108 APÉNDICES Apéndice A: Especificaciones AGMA para el diseño de
Engranes.........................................................................................
120 Apéndice A-1: Esfuerzos en Engranes Rectos.......................... 123 Apéndice B: Parámetros de Diseño de Cinta transportadora.......... 129 Apéndice C: Selección de Rodamientos del Catalogo SKF........... 133 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Impresas……………………………………………………………....... 136
xvii
LISTA DE TABLAS
CONTENIDO TABLAS p.p.
1 Tabla 1. Organizaciones Internacionales................................. 14
2 Tabla 2. Factores de Seguridad................................................ 16
2 Tabla 2. Propiedades de la Mezcla Dosificada y Horneada..... 31
3 Tabla 3.Propiedades Físicas de la Galleta............................... 31
4 Tabla 4. Tiempos Promedios del Proceso Actual.................... 32
5 Tabla 5. Análisis de tiempos por operación............................. 32
6 Tabla 6. Tiempos de Maquina.................................................. 35
7 Tabla 7. Análisis económico del proceso................................. 56
xviii
LISTA DE FIGURAS
CONTENIDO
FIGURA p.p.
1 Figura 1:Deformación de un elemento fluido............................. 11
2 Figura 2: Propuesta Elegida......................................................... 36
3 Figura 3. Engrane Cilindrico........................................................ 37
4 Figura 4: Diagrama de los Engranes............................................ 39
5 Figura 5: Diagrama de corte y momento de los engranes
cilíndricos de la dosificadora.......................................................
40
6 Figura 6: Piñón - Cremallera........................................................ 41
7 Figura 7: Cinta Transportadora.................................................... 45
8 Figura 8: Eje de la Cinta transportadora...................................... 47
9 Figura 9: Diagrama de corte y momento de eje de la cinta
trasportadora. ...............................................................................
48
10 Figura 10: Pistón de la Cremallera de los engranes
Cilindricos…………........................................................
50
11 Figura 11: Pistón delEmbolo........................................................ 51
12 Figura 12: Pistón de la Plataforma............................................... 52
13 Figura 13: Pistón de la Cremallera de la cinta transportadora..... 53
14 Figura 14: Maquina Diseñada...................................................... 58
15 Figura 15: Circuito Neumático T0............................................... 58
16 Figura 16: Switch 1...................................................................... 59
17 Figura 17: Circuito Neumático T1............................................... 59
18 Figura 18: Switch 2...................................................................... 60
19 Figura 19: Circuito Neumático T2............................................... 60
xix
20 Figura 20: Circuito Neumático T3............................................... 61
21 Figura 21: Circuito Neumático T4............................................... 61
22 Figura 22: Circuito Neumático T5............................................... 62
SÍMBOLO DESCRIPCIÓN UNIDADES � Velocidad m2/s
A Área m2
a Altura de cabeza m
b base m
C Distancia entre centros m
CA F.C carga axial -
Cal Caudal J: Jules
CC F.C carga de corte -
CCF F.C confiabilidad funcional -
CD Factor de corrección por dimensiones de la pieza
-
CE F.C concentración de
esfuerzos -
CH Factor de dureza -
CS Factor de corrección por
acabado superficial -
D Diámetro m
Dop Diámetro exterior m
Dp Diámetro de paso m
Ener Energía J: Jules
hT Altura total m
I Factor de geometría
superficial -
J Factor geométrico de resistencia a la flexión
-
KA factor de aplicación -
KB Factor espesor del aro -
KL Factor de vida -
KR Factor de confiabilidad -
KT Factor de temperatura -
KV Factor dinámico -
m pendiente -
mp Relación de contacto Diente/m
M T Momento Torsor J
Nd Numero de dientes dientes
p presión Pa
Pb Paso base m
Pd Diámetro de paso Inch-1
Q Caudal m3/s
rp Radio de paso m
RPM Revoluciones por minuto Rev/min
RPS Revoluciones por segundo Rev/s
S’n Resistencia a la fatiga Pa
Sfb Resistencia a la fatiga por
flexión -
Sfc Resistencia a la fatiga por
desgaste -
Su Esfuerzo ultimo Pa
Sy Resistencia a la fluencia Pa
t Tiempo segundos
Trab Trabajo J: Jules
V Volumen m3
Vg Volumen galleta cruda m3
W carga N
Z Longitud acción m
Z Longitud de acción m
ρ densidad kg/ m3 � Viscosidad dinámica Pa/s � Esfuerzo Pa: pascal � Tensión tangencial
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE MECÁNICA
DISEÑO DE DOSIFICADORA INDUSTRIAL DE MEZCLA PARA LA
EMPRESA GLADY’S DELICATESSES C.A, PLANTA SAN DIEGO
Autores: Stephanie Alvarado, Andrés Mendoza Tutor : Ing. Giovanni Pizzella Fecha: Febrero, 2015
RESUMEN
El Trabajo de grado de grado presentado por los autores a beneficio de la empresa productora de galletas integrales a base de avena GLADY´S DELICATESSES C.A tiene como objetivo general realizar el diseño de una máquina dosificadora de mezcla para la empresa GLADY´S DELICATESSES C.A. planta San Diego, con la finalidad de innovar y automatizar parte de la cadena productiva, superando así las limitaciones actuales del proceso de dosificación manual y solventando los inconvenientes que trae el mismo. La metodología a la cual responde este texto es la de una investigación aplicativa con modalidad de proyecto factible y nivel descriptivo, en este orden de ideas, la investigación se basa en describir la situación y las variables que afectan o que deben estudiarse en la empresa ycomo la propuesta de diseño influirá en la misma. Para cumplir con los objetivos propuestos de una manera ordenada el proyecto se estructura en cinco (5) fases específicas las cuales son: definición de un patrón estándar, generación y elección de la propuesta de diseño, cálculos y especificaciones del sistema diseñado, inversión y factibilidad económica, presentación del manual de operatividad y mantenimiento.
Descriptores: Diseño, Dosificación, Alimentos.
INTRODUCCIÓN
Para las empresas la competitividad de sus productos es algo fundamental, no
existe margen para las improvisaciones, todos los procesos deben ser planificados y
estandarizados, la sincronía entre los operarios y las maquinas afecta directamente a
la producción, el funcionamiento pleno de las líneas productivas permite llevar los
productos a los consumidores de una manera satisfactoria y se debe destacar que un
cliente satisfecho es un frecuente comprador de los productos ofrecidos, por lo que se
afirma que la mejor publicidad es la calidad del producto. Por lo tanto las compañías
se interesan en evolucionar sus procesos constantemente para llevarlos a la
excelencia, en este proyecto de investigación se intenta explicar cómo la
implementación de máquinas automatizadas juegan un papel importante en estos
aspectos y gana espacio en los departamentos de las industrias; se comienza con la
descripción de la problemática y mostrando los beneficios que trae consigo la
sustitución de los procesos manuales, concluyendo con una propuesta de solución a la
problemática tratada, planteando objetivos, delimitando el alcance del proyecto,
sustentando lo anteriormente expuesto con conceptos teóricos basados en
investigaciones de otros autores y finalmente usando herramientas metodológicas
para abordar la situación y así cumplir con la demostración de los beneficios que trae
consigo la evolución de la producción manual a la automatizada por maquinaria
especial, todo esto en forma de investigación de campo aplicada en las instalaciones
de la empresa GLADY’S DELICATESSES C.A, compañía del rubro de los
alimentos y productora de galletas integrales a base de avena, los directivos de esta
institución tienen la convicción de abrirse paso entre los grandes productores y
afianzarse en el mercado por lo que la innovación, crecimiento continuo de sus líneas
productivas y aseguramiento de la excelente calidad de sus productos son la principal
preocupación y la prioridad en sus proyectos de inversión.
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1 Planteamiento del problema
El sector industrial del país actualmente está sumergido en un panorama lleno de
complicaciones, las compañías deben mantener el continuo funcionamiento de sus
líneas productivas y buscar la evolución de los métodos y procesos empleados para la
fabricación de sus productos con la intención de mantenerse a flote en el mercado y
poder brindar al consumidor artículos de calidad con un precio competitivo y hacer
frente a la demanda existente y la ceñida competencia con el resto de los fabricantes,
en este texto se pretende resaltar la importancia de la sustitución de procesos
manuales por los mecánicos y demostrar como el uso de esta herramienta puede
brindar soluciones favorables y aportar mejoras significativas en las líneas
productivas. Las empresas de alimentos que se mantienen activas en el país están en
una constante lucha por mantener y aumentar la productividad de sus instalaciones,
por lo que las pequeñas empresas que aún realizan procesos manuales se encuentran
en gran desventaja con el resto puesto que la producción se limita a las capacidades
humanas y dependen directamente del desempeño del personal cosa que puede alterar
las propiedades de los productos dificultando así que los mismos tengan
características estandarizadas, este capítulo se desarrolla con la finalidad de analizar
la problemática en cuestión, con la premisa de que entendiendo a la misma, se podrán
formular preguntas que nos lleven a objetivos tangibles y una futura solución.
GLADY´S DELICATESSES C.A es una empresa productora en el área de
alimentos, su principal producto es una gama de galletas integrales a base de avena,
este tiene más de diez años deleitando a los habitantes del Estado Carabobo y la
Región Central del País con su inigualable sabor y calidad, la compañía está
conformada por una planta de producción ubicada en San Diego y la oficina del
departamento de ventas que tiene su espacio dentro de las mismas instalaciones de la
planta, esta se dedica a la producción de galletas integrales a base de avena. La línea
de producción está compuesta de un almacén de materias primas, un equipo de
elaboración de la mezcla, el personal de dosificación, dos hornos de convección a
gas, grupo de empacado manual, inspección de calidad y almacén de producto
terminado. Al igual que cualquier otro proceso manual, la dosificación de mezcla
requiere de la implementación de personal que lleve a cabo la función necesitando de
dos o más operarios que hagan el uso de mangas de repostería con boquillas para dar
forma de estrella o flor a la masa y formar una galleta el proceso se lleva realiza
introduciendo la mezcla dentro de la manga de repostería y apretándola con ambas
manos haciendo fluir la masa a través de una boquilla estriada y colocándola sobre
una bandeja este proceso se repite hasta que la bandeja contenga 54 galletas
(formando una matriz de 6 por 9) y se procede a llenar el resto de las bandejas hasta
finalizar la producción, una rutina que si bien es efectiva trae consigo variaciones en
el tamaño y peso de las galletas pues esto está sujeto al desempeño del operario de la
manga y también limita la cantidad de galletas fabricadas y el tiempo de producción
perjudicando un retraso en el tiempo de horneado.
La Gerencia de GLADY’S DELICATESSES C.A, necesita mantener la
confiabilidad del proceso de dosificación de mezcla para cumplir con la demanda, ya
que este proceso es crítico en la producción de las galletas integrales, es una
preocupación generalizada de la empresa el aumentar la productividad de la planta y
sustituir el proceso de dosificación manual por uno automatizado que brinde mayores
beneficios en cuanto a tiempo de producción, unidades producidas y la
estandarización de las características del producto (peso y tamaño principalmente),
con el fin de minimizar las variaciones entre cada galleta y aumentar los niveles de
producción de la planta surge la siguiente interrogante .
1.2. Formulación del problema.
¿Cómo puede la empresa dosificar la mezcla para garantizar el aumento y
estandarización de la producción de galletas integrales?
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo General
Diseñar dosificadora de mezcla para la empresa GLADY´S DELICATESSES
C.A. planta San Diego.
1.3.2. Objetivos Específicos
1. Hacer un estudio de las características del producto antes y después de la
dosificación con la intención de definir un patrón estándar del proceso.
2. Generar distintas propuestas para el diseño de la máquina y seleccionar la más
adecuada según el orden de prioridades de la compañía.
3. Efectuar el diseño de la propuesta seleccionada y evidenciar mediante cálculo
los beneficios de su implementación.
4. Realizar un estudio de la factibilidad económica del proyecto
5. Presentar un manual de operaciones y mantenimiento para la máquina diseñada.
1.4 Justificación de la investigación.
El proyecto a presentar es de vital importancia pues con el diseño y aplicación de
una máquina dosificadora se pretende maximizar la capacidad de la línea de
producción minimizando los procesos manuales y por consiguiente mejorando el
rendimiento de toda la cadena productiva de la planta, también cabe resaltar que la
aplicación de la propuesta trae consigo mejoras en la administración de los recursos
económicos y el personal, la planificación de los horarios permite realizar una
adecuada capacitación del personal, aprovechando así de una manera más eficiente
las horas hombre destinadas a dosificación, el aumento de la producción le permite a
la compañía mantener inventario y tener disponibilidad para satisfacer la demanda y
aumentar la oferta expandiendo así sus fronteras con miras a ser líderes en el rubro de
los alimentos integrales. Para lograr los objetivos expuestos se debe contar con el
apoyo de la institución beneficiada con el aporte de la información detallada de los
procesos que involucren a la dosificación y los estudios de las propiedades del
producto para complementar los fundamentos teóricos de este proyecto y así
garantizar la calidad, seguridad y profesionalidad del diseño, con la fuerte intención
de cumplir con los estándares de calidad y la política de exigencias de GLADY´S
DELICATESSES C.A asegurando la seguridad de sus trabajadores, la excelencia en
las condiciones laborales, la calidad del producto todo esto mediante un proceso
económicamente rentable y con la fuerte intención de potenciar el crecimiento de esta
prometedora compañía.
1.5 Limitaciones.
El tiempo de investigación está estipulado en 8 meses, sin embargo, en el
transcurso del desarrollo de la investigación pueden surgir nuevas variables
provenientes de ideas consolidadas y derivadas de la propuesta de solución que se
adopte que pueden extender este período de investigación.
El costo de fabricación de las piezas es de un nivel elevado, pues en su mayoría
estarán elaboradas con aceros inoxidables ferríticos y austeníticos.
1.6 Alcance.
Dentro del marco táctico del desarrollo del proyecto es primordial establecer
demarcaciones que garanticen el cumplimiento de los objetivos del mismo, así como
también definir el enfoque de los esfuerzos realizados en miras de alcanzar las metas
propuestas a lo largo de la investigación, por ello cabe destacar que para el presente
proyecto los estudios se harán solo en la producción de las galletas integrales de la
empresa GLADY´S DELICATESSES C.A. El plan a diseñar consiste en estudiar las
fases que conforman la line en cuestión, evaluando los factores que puedan influir en
la dosificación, mediante la recolección de datos sobre el proceso, tomando en cuenta
cada paso de la fabricación antes y después del proceso de dosificación afectan
directamente al producto para así encontrar posibles soluciones y presentar la
propuesta más adecuada para las necesidades de la compañía.
Por otra parte, la realización de esta investigación contribuye al avance de la
ingeniería mecánica en cualquiera de sus especializaciones.
Además de esto, el proyecto está basado en la metodología de investigación
correspondiente y sirve como punto de apoyo para cualquier tesis de grado.
Finalmente, la meta principal es el desarrollo completo de la tesis de grado,
requisito indispensable para lograr el título de Ingeniero Mecánico.
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes.
Para el desarrollo del presente trabajo de investigación se requiere de la
recopilación en función del tema tratado de otras investigaciones, permitiendo de esta
manera obtener conocimientos al respecto y determinar la relación o pertinencia que
dichos trabajos guardan con la investigación desarrollada. El objetivo principal de los
antecedentes de una investigación es dar a conocer que el problema seleccionado
posee un carácter científico.
A continuación se presentan autores que efectuaron un análisis o proyectos
relacionados.
Walter, N (2014) en la Universidad Simón Bolívarrealizo su proyecto de grado
titulado “Desarrollo del sistema automatizado para planta dosificadora y
mezcladora de concreto premezclado” donde se desarrolló un sistema automatizado
para mejorar la eficiencia de producción, la precisión de la mezcla y la facilidad de
operación de la misma, como también reducir el esfuerzo y los errores humanos,
aumentando la eficiencia y precisión en la composición de la mezcla.
Vargas, L (2013) también de la Universidad Simón Bolívarrealizo su proyecto de
grado titulado “Evaluación y optimización del proceso de dosificación de sólidos
en la fabricación de néctar y jugos” donde se realizó una evaluación y optimización
de la dosificación de sólidos en la preparación de néctar y jugo, en la planta de Pepsi-
Cola Venezuela C.A. Luego de la evaluación del sistema, los manuales del equipo, se
observó a los operadores como realizan el proceso de dosificación para verificar
congruencia, se buscaron alternativas mecánicas de rediseño a través de investigación
y ayuda por parte de técnicos.
Consuegra, F y González, G (2004) estudiantes de la Universidad Central de
Venezuela, realizaron un trabajo de grado titulado “Diseño concurrente y
fabricación de un dosificador automático de alimentos para mascotas” donde se
diseñó y construyó un prototipo de dosificador automático de alimento para mascotas,
basado en técnicas de diseño sustentadas por una matriz morfológica, encontrando así
el mejor diseño estético, innovador y de fácil uso. Luego de haber realizado las
pruebas se comprobó que los cálculos teóricos se satisfacen en condiciones óptimas
durante la fase experimental. En este trabajo de grado se definen los pasos para la
generación de propuestas y los criterios de selección para dar con el diseño más
adecuado, también se resalta como mediante cálculo se logra modelar el diseño del
dispositivo, demostrando así la importancia de una correcta metodología.
2.2 Bases teóricas.
2.2.1 Diseño en la ingeniería mecánica.
La esencia de la ingeniería es la utilización de los recursos y las leyes de la
naturaleza para beneficiar a la humanidad. El diseño en la ingeniería mecánica es una
parte principal de la ingeniería; trata de la concepción, diseño, desarrollo,
refinamiento, y aplicación de las máquinas y los aparatos mecánicos de todas clases.
El interés se centra en los usos creativos y racionales de la mecánica de sólidos y las
ciencias relacionadas, en situaciones de la “vida real”. La ingeniería profesional trata
de solucionar problemas prácticos una solución es prueba de que se han entendido los
principios científicos pertinentes, pero, por lo común, esto no basta; también se
requiere conocimientos empíricos y el “criterio ingenieril”. A medida que aumentan
los conocimientos científicos, las consideraciones técnicas en el diseño se centran en
dos principales áreas de atención, primero, las relaciones de esfuerzo, deformación y
resistencia que involucran las propiedades globales de un elemento sólido y el
material que lo constituye; segundo los fenómenos superficiales que abarcan la
fricción, lubricación, desgaste y deterioro por interacción con el medio ambiente.
Entre otras consideraciones importantes se resalta:
La seguridad del diseño, puesto que la mayoría de los dispositivos diseñados
tendrán interacción directa o indirecta con personas que desempeñen labores en el
área cercana o cumplan la tarea de operar a dicho dispositivo se debe garantizar un
diseño seguro a prueba de riesgos y fallas que puedan ocasionar lesiones o pérdidas
humanas y materiales.
Impacto ecológico, siempre se debe considerar las condiciones ambientales a las
que el dispositivo se encontrara expuesto que bien sean hostiles o no, siempre tendrán
una interacción que traerá consigo un desgaste del equipo, como también el efecto
que su operatividad tendrá en el ecosistema, ya sea por los recursos naturales que
faciliten su funcionamiento o los desechos resultantes del mismo.
Consideraciones sociológicas, se debe cumplir con los requisitos legales que
contemplen las condiciones adecuadas de trabajo, desde la ergonomía hasta los
niveles de instrucción académico y la capacitación física e intelectual que se debe
proporcionar a operadores e involucrados para la correcta interacción con el
dispositivo, sin descuidar los aspectos estéticos del diseño.
2.2.2 Ley de conservación de la masa.
Esta ley enunciada por Clausius y Thomson en 1850 explica que la energía en los
sistemas interactúa de tres maneras interacción másica, interacción mecánica e
interacción térmica y que la variación de la energía en un sistema cerrado es igual a la
diferencia de las magnitudes en la entrada y la salida.
������� � ����� � � �� ��� � � � �� � ����� � � �������� �������,��� � ������,� �� � ∆���������
(1)
2.2.3 Proceso de dosificación de mezcla.
Es el proceso mediante el cual se transportan y separan cantidades cuantificadas
de mezcla a través de conductos para ser depositados sobre un recipiente.
2.2.4 Propiedades del fluido.
En este proyecto se trabajará con la mezcla cruda de galletas integrales a base de
avena fabricadas en la empresa GLADY´S DELICATESSES C.A, la cual posee
ciertas propiedades a considerar para el adecuado diseño de la máquina dosificadora
tales como:
• Peso, Fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo.
• Volumen, Magnitud física que expresa la extensión de un cuerpo en tres
dimensiones: largo, ancho y alto. Su unidad en el Sistema Internacional es
elmetro cúbico (m3).
• Densidad, Magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de
un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro
cúbico (kg/m3).
• Temperatura; Magnitud física que expresa el grado o nivel de calor de los
cuerpos o del ambiente. Su unidad en el Sistema Internacional es
elkelvin(K).
• Compresibilidad; Propiedad de la materia a la cual se debe que todos los
cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión
determinada manteniendo constantes otros parámetros.
• Viscosidad; Propiedad de los fluidos que caracteriza su resistencia a fluir,
debida al rozamiento entre sus moléculas.
2.2.5. Fluidos no newtonianos.
La Ley de la viscosidad de Newton establece que en movimientos fluidos
laminares existe una relación lineal entre las tensiones tangenciales y los gradientes
de velocidad, siendo la constante de proporcionalidad una propiedad física del fluido
llamada viscosidad dinámica o absoluta µ: � � � ��� (2)
Aquellos fluidos que verifican la relación (2), se denominan fluidos newtonianos,
y muchos fluidos comunes tanto líquidos como gaseosos se comportan siguiendo esa
relación. La misma también puede expresarse de otro modo analizando la
deformación en el entorno de un punto. Por simplicidad, pero sin pérdida de
generalidad, considérese un movimiento unidimensional donde la componente u
según el eje x de la velocidad V sea una función solamente de la coordenada y, que
dicha componente varíe linealmente con y de tal manera que . Un
rectángulo de fluido infinitesimal de lados antes de deformarse está definido
por los vértices 0123, y luego de un instante dt pasará a ocupar el cuadrilátero 012' 3':
Figura 1:Deformación de un elemento fluido
Fuente J.F. Steffe (1992) Rheological methods in food process engineering. Ed. Freeman Press
La distorsión o deformación angular de los segmentos 03 y 12 luego de un
instante dt en ese campo de movimiento será:
(3).
De la (3) se obtiene la siguiente conclusión: el gradiente de velocidad es igual a
la velocidad de deformación o velocidad de distorsión angular:
!"!# � � $�$ (4)
Consecuentemente, la ley de la viscosidad de Newton puede escribirse también
indistintamente como: � � � ��� � � !"!# � � (5)
Sin embargo, existen algunas sustancias industrialmente importantes que no se
comportan siguiendo la ley de Newton de la viscosidad, ya que su viscosidad a una
temperatura y presión dadas es función del gradiente de velocidad o velocidad de
deformación. A los fluidos cuya relación entre el esfuerzo de corte y la velocidad de
deformación no es proporcional, se los ha denominado fluidos no-newtonianos.
2.2.6. Caudal.
Se entiende como caudal a la cantidad de flujo volumétrico que se desplaza a
través de una sección por unidad de tiempo, hay distintas expresiones matemáticas
para su cálculo entre ellas las siguientes: % � �&'��(� � )# (6)
Dónde:
Q: Caudal �*+ ,⁄ � &' : Velocidad promedio�*. ,⁄ �
A: Área de la sección transversal �*.�
V: Volumen �*+)
t: Tiempo �,)
2.3. Consideraciones de Diseño.
2.3.1. Factores de diseño.
A veces la resistencia de un elemento en un sistema, es un asunto muy
importante para determinar la configuración geométrica y las dimensiones de dicho
elemento. En tal caso, se dice que la resistencia es un factor importante de diseño.
Cuando se utiliza la expresión: consideración de diseño; se está refiriendo a una
característica que influye en el diseño de un elemento, quizá, en todo el sistema.
Generalmente se tienen que tomar en cuenta varios de estos factores en un caso
de diseño determinado. (Budynas R. y Nisbett J. 2.008).
Algunos de los más importantes son los siguientes: Resistencia, Confiabilidad,
Desgaste, Fricción (o rozamiento), Costo, entre otros.
Algunos de estos factores se refieren directamente a las dimensiones, al material,
al procesamiento o proceso de fabricación, o bien a la unión o ensamble de los
elementos del sistema. Otros se relacionan con la configuración total del sistema.
2.3.2. Normas y Códigos.
Una norma o estándar, es un conjunto de especificaciones para piezas, materiales
o procesos establecidos, con el fin de lograr uniformidad, eficiencia y calidad
especificadas. Uno de los objetos importantes de una norma es fijar un límite número
de artículos en las especificaciones, así como permitir que se tenga un inventario
razonable de herramientas, tamaños, formas y variedades.
Un código, es un conjunto de especificaciones para efectuar el análisis, el diseño,
la fabricación y la construcción de un objeto o sistema. El propósito de un código es
alcanzar un grado específico de seguridad, eficiencia y buen funcionamiento o buena
calidad. Es importante observar que, los códigos de seguridad no implican la
seguridad absoluta. De hecho esta cualidad es imposible de obtener. A veces puede
llegar a presentarse realmente el suceso más inesperado. (Budynas R. y Nisbett J.
2.008).
Por otro lado, todas las sociedades y organizaciones que se enumeran a
continuación se han establecido para formular normas y códigos de seguridad o de
diseño. El nombre de cada organismo indica la naturaleza de la norma o código
establecido. Algunas normas y códigos, así como las direcciones de las citadas
organizaciones, pueden obtenerse en la mayor parte de los centros de información
técnica. Las organizaciones que interesan principalmente a los ingenieros mecánicos
son:
Tabla 1: Organizaciones Internacionales
Asociación de Aluminio AA
Asociación Americana de Fabricantes de Engranaje AGMA
Instituto Americano de Construcción de Acero AISC
Instituto Americano de Hierro y de Acero AISI
Instituto Americano Nacional de Normas ASM
Sociedad Americana para Metales ASM
Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos ASME
Sociedad Americana de Pruebas y Materiales ASTM
Sociedad Americana de Soldadura AWS
Asociación de Fabricación de Cojinetes Antifricción AFBMA
Institución de Ingenieros Mecánicos I. Mech. E.
Oficina Internacional de Pesos y Medidas BIPM
Organización de Normas Internacionales ISO
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015)
2.3.3. Factor de Seguridad.
El coeficiente de seguridad también conocido como factor de seguridad N, es un
número que se utiliza en ingeniería para los cálculos de diseño de elementos o
componentes de maquinaria, estructuras o dispositivos en general, proporcionando un
margen extra de prestaciones por encima de las mínimas estrictamente necesarias.
(Budynas R. y Nisbett J. 2.008).
Así, en los cálculos de resistencia mecánica, el factor de seguridad se aplica
principalmente de dos maneras:
1. Multiplicando la dimensión del elemento resultante de los cálculos teóricos.
2. Dividiendo las propiedades favorables del material que determinan el diseño.
Es por ello que, en ambos casos, resulta en un dimensionamiento adicional del
componente. Este sobredimensionamiento se justifica por variadas causas, como por
ejemplo: previsiones de desgaste o corrosión, posibles errores o desviaciones en las
propiedades previstas de los materiales que se manejan, diferencias entre las
propiedades tabuladas y las obtenibles en la realidad, tolerancias de fabricación o
montaje, tolerancias por incertidumbre en las solicitaciones a que se someterá el
elemento, la propia incertidumbre del método de cálculo, etc.
Estos factores de seguridad por lo general provienen de la experiencia empírica o
práctica, por lo cual están tabulados y contemplados en las normas o la literatura, o
bien se aplican según la experiencia personal del diseñador.
En general para el mismo tipo de elemento dependerá del tipo de uso o servicio
que se le piense dar. Por ejemplo, para una máquina de uso continuo se usará un
factor de seguridad mayor que para una de uso esporádico.
Finalmente se puede decir que en resistencia de materiales se aplica un
coeficiente de seguridad superior o inferior dependiendo del uso del componente. Así,
en el cálculo de dimensionamiento de sección de un cable para tender la ropa se
utilizara un coeficiente de seguridad inferior al utilizado para ese mismo cable cuando
se estudia su empleo para sustentar un ascensor.
En la tabla 2 se muestran los factores de seguridad dependiendo del tipo de
elemento que se va a diseñar.
Tabla 2: Factores de Seguridad
TIPO DE CARGA Materiales dúctiles.
Aceros.
Materiales frágiles.
Fundición. Madera
Su Sy Su Su
Cargas muertas (Constantes)
3 - 4 1,5 - 2 5 - 6 7
Cargas repetidas, en una dirección.
Choque moderado.
6 3 7 - 8 10
Cargas repetidas, invertidas.
Choque moderado
8 4 10 – 12 15
Choques fuertes 10 – 15 5 – 7 15 – 20 20
Fuente: Faires, V.M (1995)
2.3.4. Diseño de engranes.
Para la selección de engranaje se debe realizar los siguientes cálculos:
En el sistema Si, que se aplica en engranes métricos, se define un parámetro
conocido como modulo, que es reciproco del paso diametral, con el diámetro de paso
d medido en milímetros. * � !/ (7)
Una manera más práctica de definir el tamaño del diente es relacionándolo
directamente con el diámetro d del circulo de paso, no con su circunferencia. El paso
diametral pd es: 0! � /! (8)
Los diámetros de paso y los radios de paso del piñón y engrane se determinan a
partir de las ecuaciones: 1 � /2 , 3 � !. (9)
La distancia nominal entre centros es la suma de los radios de paso:
4 � 35 � 36 (10)
La altura de la cabeza y la altura de la raíz: 7 � 8.:2; , < � 8..=2; (11)
La profundidad total ht es la suma de la altura de la cabeza y altura de la raíz: ># � 7 � < (12)
La holgura es la diferencia entre la altura de la raíz y la altura de cabeza: ? � < � 7 (13)
El diámetro exterior de cada engrane es el diámetro de paso más dos alturas de la
cabeza: @A5 � 1B � 27 (14)
La razón de contacto se determina a partir de la ecuación *5 � D2E (15)
La distancia a lo largo de la linea de accion entre estoss dos ppuntos dentro del
acoplamiento se le conoce como longitud de accion Z, definida por las intersecciones
de los circulos de la cabeza respectivos con la linea de accion. La longitud de la
accion Z se calcula a partir de la geometria del engrane del piñon: F � 2G�3 � 7�. � �3 ?H,I�. � 4?H,I(16)
El paso base se mide a lo largo de la circunferencia del circulo base y se conoce
también como paso de diente. La razón de contacto mp define el numero promedio de
dientes en contacto en cualquier instante. 0< � J!/ K?H,I(17)
2.3.5. Diseños de ejes.
Aquellos que soportan engranajes rectos o cilíndricos, poleas acanaladas o ruedas
dentadas de cadena son ejemplos de flechas o ejes que solo se ven sujetos a flexion o
torsión. La potencia que es transmitida genera torsión y las fuerzas transversales
actúan en el mismo plano. En tales casos, primero se elabora las graficas de momento
de flexion para dos planos perpendiculares. Despues, se calcula el momento de
flexion resultante en cada punto que interesa.
@ � L+./J MNO# PQRS T. � +U NPVR T.W8 +X(18)
2.3.6. Cinta transportadora.
La cinta o banda transportadora es un método para el transporte de material que
consiste en dos o más poleas con un material circulando continuamente entre ella, al
menos un de las poleas es motorizada, moviendo a la banda y al material encima de
ella hacia delante.
2.4 Esfuerzos.
Uno de los primeros problemas que enfrenta el ingeniero diseñador es tener la
certeza de que la resistencia de la parte que se diseñe siempre sea mayor que el
esfuerzo atribuido a cualquier carga que se le pueda aplicar. Por lo tanto se debe
diseñar tomando en cuenta este elemento para lograr un dispositivo seguro y
confiable.
2.4.1. Esfuerzos Uniformemente Distribuidos.
Con frecuencia, en diseño se plantea la hipótesis de que hay una distribución
uniforme de esfuerzo. Según (Budynas R. y Nisbett J. 2.008), el resultado obtenido
con esa suposición se le llama tensión pura, compresión pura o cortante puro,
dependiendo de cómo se aplique la carga externa al cuerpo en estudio. A veces se
emplea el calificativo simple en vez de puro, para expresar que no hay otros efectos
que compliquen la situación. Una barra en tensión es un ejemplo típico.
En este caso, una carga de tensión F se aplica mediante los pasadores que
atraviesan los extremos de la barra. La hipótesis de esfuerzo uniforme significa que si
corta la barra en una sección transversal, alejada de ambos extremos, y se separa una
de las mitades, es posible sustituir su efecto aplicando una fuerza uniformemente
distribuida de magnitud σA en el extremo cortado. Entonces se dice que el esfuerzo σ
esta uniformemente distribuido y se calcula por la siguiente ecuación:
Y � Z[ (19)
Donde F es la fuerza aplicada y A es el área de la sección transversal. Para
justificar esta hipótesis de distribución uniforme del esfuerzo se requieren hacer las
siguientes suposiciones:
a) La barra sea recta y de material homogéneo.
b) La línea de acción de la fuerza pase por el centroide de la sección.
c) La sección esté suficientemente alejada de los extremos y de cualquier
discontinuidad o cambio en la sección transversal.
2.4.2. Esfuerzo por fricción.
Los esfuerzos a la friccion de los dientes de cada tamaño de engrane será distinta
aunque la carga transmitida sea la misma, debido a su ligeramente distinta geometría
con el diente. La formula general para el esfuerzo a la friccion en el diente es la
siguiente ecuación: Y � \] ^ 2Z ^ _ O`OaOb cdcEce (20)
Wt, Pd, F, Ka, Km, Kv y Ks son comunes para todos los engranes en el conjunto, y
J, Kb y Ki potencialmente son distintos para cada uno de ellos.
2.4.3. Esfuerzo superficial.
Los dientes de engrane acoplados sufren una combinación de rodamiento y de
deslizamiento en su interfaz. En el punto de paso, su movimiento relativo es
rodamiento puro. El porcentaje de deslizamiento se incrementa con la distancia
alejándose del punto de paso. A veces se toma un valor medio de deslizamiento del
9% para representar el movimiento combinado de rodamiento y deslizamiento entre
dientes.
Los esfuerzos superficiales en los dientes de los engranes fueron investigados por
primera vez de mantera sistematica por Buckingham. Su trabajo condujo al enunciado
de una ecucacion de esfuerzos sueprficiales en dientes de engranes, que ahora se
conoce como la ecuacion de Buckingham. Sirve de base a la formula de la resistencia
a la picadura de AGMA que es:
Yf � 45M\#Zg! h`hahb 4d 4i (21)
Donde Wt es la fuerza tangencial sobre el diente, d es el diametro de paso, F el
ancho de la cara e I es un factor geometrico superficial no dimensional para la
resistencia a la picadura. Cp es un coeficiente elastico que toma en consideracion las
diferencias en constantes de los materiales del engrane y del piñon. Los factores Ca,
Cm, Cv y Cs son iguales, respectivamente, Ka, Km, Kv, y Ks.
2.4.4. Esfuerzo por fatiga.
Los datos AGMA publicados tanto de resistencia a la fatiga por flexión y
superficiales son, en efecto, resistencias a la fatiga parcialmente corregidas, ya que
fueron generadas con piezas correctamente dimensionadas, con la misma geometría,
terminado superficial, etcétera, que los engranajes que se diseñan.
Los datos de resistencia a la fatiga a flexión AGMA, están todos ellos
determinados a 1E7 ciclos de esfuerzo repetido (en vez de los 1E6 o 1E8 ciclos que
se aplican a veces para otros materiales), y para un nivel de confiabilidad del 99% (en
vez del 50% de confiabilidad común para datos generales de resistencia a la fatiga y
estática).
La fórmula de corrección para la resistencia a la fatiga a flexión de los engranes
es: jiE � OkOVOl jiEm (22)
Donde Sfb es la resistencia a la fatiga a flexión AGMA publicada como fue
definida arriba, Sfb es la resistencia corregida y los factores K son modificadores, que
toman en consideración diversas condiciones.
2.5. Pistones.
Según “Neumática e Hidráulica” de Creus Solé (2007), la fuerza del cilindro es
una función del diámetro del cilindro, de la presión del aire y del roce del embolo,
que depende de la velocidad del embolo y que se toma en el momento de arranque.
La fuerza que el aire ejerce sobre el pistón es: nop3q7 � �07r3p��(3p7 1ps 0r,tóv�(23)
2.5.1. Consumo de aire.
De la misma publicación se extraen las ecuaciones para el consumo de aire para
cilindros de doble efecto despreciando el volumen del vástago.
% w1*+ *rvX x � 2 :,yz{|5`}~��E���:,yz{ J ������^ �����U.:::.::: v (24)
Siendo:
Q = Consumo total de aire en [dm3/min].
D = Diámetro cilindro [mm].
l = Carrera en [mm].
n = Ciclos por minuto.
2.5.2 Dimensionamiento de la red de aire comprimido.
El diámetro mínimo para la tubería de aire comprimido está dado por la siguiente
expresión:
@#�E � �1,6 K 103 K %8,z= �*+ ,X � K �AS6e#�! #�E ���2��!e!�d ^ 2!ed�E���� (25)
2.6. Definición de Términos Básicos.
• Aceros inoxidables: Son aleaciones ferrosas con por lo menos un 12 por
ciento de cromo (Cr) en su composición, esto les brinda excelente
resistencia a la corrosión en muchos ambientes. En general existen cuatro
tipos principales de aceros inoxidables: ferrítico, martensítico, austenítico y
dúplex.
• Bomba o Compresor: Dispositivo capaz de generar caudal y presión en el
fluido hidráulico (aire o aceite).
• Cilindro-émbolo: pieza de una bomba que se mueve para comprimir un
fluido o para recibir el movimiento.
• Cinta transportadora: es un sistema de transporte continuo formado
básicamente por una banda continua que se mueve entre dos tambores.
• Eje:Pieza mecánica que transmite el movimiento de rotación en una
máquina.
• Engrane: elemento dentados que trasmiten el movimiento rotatorio de un
eje a otro. Existen varios tipos de engrane, entre ellos el engrane recto es el
más simple y más común, se usa para transferir movimiento entre ejes
paralelos y tienen dientes que son paralelos a los ejes de las flechas.
• Mantenimiento: Mantenimiento es la actividad humana que garantiza la
existencia de un servicio dentro de una calidad esperada. Cualquier clase de
trabajo hecho en sistemas, subsistemas, equipos máquinas, etc., para que
estos continúen o regresen a proporcionar el servicio con calidad esperada,
son trabajos de mantenimiento, pues están ejecutados con este fin.
• Máquinas de fluido:conjunto de dispositivos mecánicos en el que el fluido,
o bien proporciona la energía que la máquina absorbe, o bien es receptor de
la energía que la máquina le restituye por la energía mecánica recibida.
• Mezcla:Agregación o incorporación de varias sustancias o cuerpos que no
tienen entre sí acción química.
• Motores:Máquina destinada a producir movimiento a expensas de otra
fuente de energía.Motor eléctrico, térmico, hidráulico.
• Neumática: es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de
transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar
mecanismos.
• R.E.B.A: método que permite el análisis conjunto de las posiciones
adoptadas por los miembros superiores del cuerpo (brazo, antebrazo,
muñeca), del tronco, del cuello y de las piernas. Además, define otros
factores que considera determinantes para la valoración final de la postura,
como la carga o fuerza manejada, el tipo de agarre o el tipo de actividad
muscular desarrollada por el trabajador. Permitiendo saber con certeza la
necesidad de un cambio en el proceso o no.
• Sensores: es un dispositivo que está capacitado para detectar acciones o
estímulos externos y responder en consecuencia. Estos aparatos pueden
transformar las magnitudes físicas o químicas en magnitudes eléctricas.
• Temporizadores: Sistema de control de tiempo que se utiliza para abrir o
cerrar un circuito en uno o más momentos determinados, y que conectado a
un dispositivo lo pone en acción
• Tolva:Caja en forma de tronco de pirámide o de cono invertido y abierta por
abajo, dentro de la cual se echan granos u otros cuerpos para que caigan poco
a poco entre las piezas del mecanismo destinado a triturarlos, molerlos,
limpiarlos, clasificarlos o para facilitar su descarga.
• Tornillo sin fin: Este mecanismo consta de una rueda dentada helicoidal,
denominada corona, y un tornillo, solidario a un eje, que engrana con la
rueda. Se emplea para transmitir movimiento entre dos ejes perpendiculares.
• Transmisión de potencia: Puede llevarse a cabo mediante una diversidad de
formas cuando es entre ejes o engranajes, son comunes los elementos
flexibles como las bandas y cadenas.
• Tubería: elemento capaz de transportar dicho fluido a presión hacia la
cámara correspondiente al actuador, pueden ser rígidas o flexibles.
• Válvula: dispositivo que interrumpe el paso o dirección del fluido
voluntariamente por una u otra tubería.
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1. Enfoque de la Investigación.
El enfoque de la investigación es de tipo cuantitativo, el cual es definido por
Hernández S. (2004) como aquel que “usa la recolección de datos para probar
hipótesis con base en la medición numérica y el análisis estadístico para establecer
patrones de comportamiento”. El mismo autor expone que este tipo de estudio está
asociado con los experimentos, las encuestas con preguntas cerradas o los que
emplean instrumentos de medición estandarizados. Todo esto pone a disposición de
otros investigadores todos los métodos y procedimientos.
El paradigma que rige este estudio es positivista, en cuanto a que, según
González (2003), “el estudio del conocimiento existente en un momento dado
conduce a la formulación de nuevas hipótesis, en la cuales se interrelacionan
variables, cuya medición cuantitativa, permitirá comprobarlas o refutarlas en el
proceso de investigación”. Desde este paradigma, los métodos fundamentales en la
investigación científica son la experimentación y la observación. Los resultados
obtenidos y cuantificados establecerán la validez o no de la predicción inicial. De esta
manera, a través de métodos estadísticos, los resultados alcanzados pueden ser
considerados universales y extensibles a cualquier contexto y situación. La línea de
investigación sobre la cual se enmarcará el estudio es la denominada Diseño
Mecánico, dirigida a explorar la situación actual que presenta las características del
producto antes y después de la dosificación debido a que la misma se encuentra
ausente en la empresa GLADY´S DELICATESSES C.A
3.2. Tipo de Investigación
Este trabajo se encuentra enmarcado en una investigación de tipo aplicativa,
aquellas que tienden, según Padrón (1998), a establecer una relación productiva,
ingeniosa y creativa, entre las posibilidades de un modelo teórico, por un lado, y las
dificultades o necesidades que se confrontan en la práctica por otro lado. Así mismo,
esta investigación plantea la problemática de un sistema que resulta deficitario e
inconveniente que puede tenderse a un camino mejorable, transformado mediante un
cierto diseño tecnológico de operación sencilla.
Se desarrollará a su vez como proyecto factible, dado que es un modelo viable
para solventar problemas y requerimientos de producción de la empresa GLADY´S
DELICATESSES C.A en una realidad determinada de demanda. De allí, que la
delimitación del planteamiento final sea única y exclusivamente dirigido a la
dosificación de mezcla para elaborar galletas, a consecuencia de la elaboración de un
diagnóstico de prioridades y funciones de la misma, a fin de generar un nuevo modelo
operativo en función de los aspectos demandados por la realidad abordada.
Así mismo, el estudio estará enmarcado dentro de un nivel descriptivo, según
Arias (2006). La investigación descriptiva consiste en la caracterización de un hecho,
fenómeno, individuo o grupo, con el fin de establecer su estructura o
comportamiento. Hernández (2004), señala que la investigación descriptiva busca
especificar propiedades, características y rasgos importantes de cualquier fenómeno
que se analice. Teniendo como objetivo indagar la incidencia y los valores en que se
manifiestan una o más variables al ubicar, categorizar y proporcionar la visión de una
comunidad, un evento, un contexto, un fenómeno o una situación.
3.3. Nivel de la Investigación
En este orden de ideas, la investigación se basa en describir la situación y las
variables que afectan o que debe estudiarse en la Empresa GLADY´S
DELICATESSES C.A, y de esta manera fijar los parámetros por los cuales se regirá
la investigación. Según Sierra (2004), la investigación descriptiva es: la base o punto
inicial del proceso investigativo que está dirigida a la improvisación de acuerdo al
caso.
3.4. Diseño de la Investigación
En concordancia con los objetivos propuestos, los datos necesarios para esta
evaluación, serán recolectados de forma directa en base a las impresiones de los
directivos y fundadores de esta empresa, por lo que enmarca un diseño de campo.
El diseño será de campo, para Arias F., (2006) este consiste en la recolección de
datos directamente de los sujetos investigados, o de la realidad ocurren los hechos
(datos primarios). Claro está, en una investigación de campo también se emplean
datos secundarios, sobre todo los provenientes de fuentes bibliográficas, a partir de
los cuales se elabora el marco teórico. A conceptualmente los datos primarios
obtenidos a través del diseño de campo, los esenciales para el logro de los objetivos y
la solución del problema planteado.
Es de campo porque los datos se recogerán en el sitio donde ocurre la
problemática en estudio y a su vez se ejecuta un proceso riguroso y sistemático de
recolección, tratamiento y análisis de datos obtenidos. Siendo los datos suministrados
correspondiente al personal que labora en la institución. Es por eso, que esta
investigación quiere indagar en la búsqueda de una solución efectiva que pueda ser
aplicado a la empresa GLADY´S DELICATESSES C.A, a través del diseño de los
elementos que constituyen la Máquina Dosificadora de Mezcla con capacidad de
soporte para satisfacer las necesidades de la empresa.
Se emplearon técnicas para el manejo de fuentes documentales como citas y
notas de referencia bibliográficas. De allí, la organización de la información necesaria
para el proceso de investigación.
Según Vilchez N. (2007), en su publicación Estrategias Creativas en el Diseño
Mecánico, ediciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Carabobo,
debe expandirse el proceso creativo a partir de ideas que consoliden una
aproximación a la satisfacción de la necesidad planteada sin descartar ninguna de las
alternativas propuestas para así generar una tormenta de ideas que permitan establecer
el orden de prioridades e importancia y con esto garantizar una solución óptima y
acertada de solución para dicha necesidad.
3.5. Fases de la Investigación.
El desarrollo de la presente investigación está comprendido por una serie de fases
que permitirán dar respuesta a los objetivos planteados en un determinado orden,
brindando a los investigadores una herramienta para la planificación y mejor
aprovechamiento del tiempo dedicado al proyecto.
• Fase I: Hacer un estudio de las características del producto antes y
después de la dosificación con la intención de definir un patrón estándar del
proceso.
En la primera fase se pretende recopilar toda la información pertinente a través
de las técnicas e instrumentos de recolección de datos mencionados anteriormente, es
fundamental en este punto realizar un estudio de las características del producto antes
y después de la dosificación con la intención de definir un patrón estándar del
proceso, que permita dar punto de partida a la generación de propuestas de diseño, se
estipulan para la culminación de esta fase veinte (20) horas en un plazo máximo de
una (1) semana.
• Fase II: Generación y elección de la propuesta de diseño.
La segunda fase trata de brindar una metodología para la resolución de la
problemática generando propuestas y ponderando de manera cuantitativa las
características de las distintas propuestas para finalmente seleccionar la que acumule
mayor puntaje según los criterios y restricciones, en esta fase es fundamental seguir
los siguientes pasos para la resolución de problemas de diseño mecánico: formulación
del problema, especificación del sistema a diseñar, búsqueda de soluciones, selección
de la mejor solución. Para el desarrollo de esta fase se estipulan ochenta (80) horas de
trabajo con un tope de cinco (5) semanas, más una (1) semana para la revisión de
propuesta seleccionada.
• Fase III: Especificaciones del sistema diseñado, realización del diseño,
simulación y cálculos.
Luego de definir la mejor solución se procede a la tercera fase, en ésta se generan
las especificaciones del diseño, con el uso de herramientas como software para el
diseño mecánico (AutoCAD®, Inventor®, SolidWorks®, entre otros) se genera un
modelo digital y se comprueban mediante cálculos de elementos de máquinas que el
diseño cumpla con los requerimientos, evidenciando así los beneficios que traería la
implementación de un dispositivo mecánico para la dosificación de mezcla en
comparación con su homólogo manual actualmente utilizado en la empresa, para esta
fase se disponen de cien (100) horas comprendidas en un plazo máximo de cinco (5)
semanas, con una (1) semana para la verificación progreso del proyecto.
• Fase IV: Inversión y factibilidad económica.
Es de relevante importancia para todo proyecto de ingeniería realizar un estudio
de la factibilidad económica, por lo que en la cuarta fase se efectuará un análisis de la
inversión y así como en la fase anterior se evidenciaron los beneficios de la
implementación del diseño mediante cálculo a nivel productivo, en esta fase se quiere
demostrar a la empresa en términos financieros la rentabilidad económica de la
propuesta, para esto se dispondrán de diez (10) horas distribuidas en una (1) semana.
• Fase V: Presentación de un manual de operaciones y mantenimiento para
la máquina diseñada.
Uno de los aspectos más relevantes a la hora de presentar el diseño de un
dispositivo mecánico es demostrar que éste no solo cumple la función para la cual fue
concebido, más bien como un agregado es deber del diseñador garantizar que sea de
fácil operatividad y mantenimiento por lo cual en esta última fase se ha de
complementar la propuesta presentando manuales de operatividad y mantenimiento
de la máquina dosificadora de mezcla, se disponen de veinte (20) horas distribuidas
en una (1), agregando una (1) semana más para la revisión completa del proyecto de
investigación y las correcciones necesarias.
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
En los capítulos anteriores se establecieron los parámetros técnicos, teóricos y
metodológicos que dan sustento a la realización del proyecto, no obstante en las
siguientes páginas se presentan los resultados obtenidos durante la ejecución de las
fases enunciadas anteriormente.
4.1. Hacer un estudio de las características del producto antes y después de la
dosificación con la intención de definir un patrón estándar del proceso.
En esta fase se recopiló información del proceso y de los parámetros exigidos por
la compañía para la definición de las propiedades del producto y de cómo el proceso
debe modificarlas para mantener las características actuales con las que el
consumidor ya está familiarizado cumpliendo con los tiempos de producción actuales,
tomando en cuenta que la empresa solo cuenta con un horno con capacidad de diez
bandejas y el tiempo total del ciclo de horneado es de aproximadamente una hora,
siendo éste el proceso más lento de la cadena productiva ocasionando que las
bandejas ya dosificadas esperen para ser horneadas. La compañía opera en jornadas
diurnas de cuarenta horas semanales (ocho horas diarias) produciendo sesenta y seis
bandejas diarias, esto por las limitaciones que representa contar con un solo horno.
El producto terminado está presentado en la forma de un empaque de 60 gramos
que contiene 4 galletas con forma estriada, por lo que cada galleta debe pesar
alrededor de 15 gramos la unidad, condición exigida por el departamento de
mercadotecnia de la compañía, cabe resaltar que para cumplir con esto se debe tomar
en cuenta la pérdida de peso en el proceso de horneado puesto que la mezcla cruda
posee elementos líquidos y grasos que le aportan humedad pero al ser horneadas un
porcentaje de éstos son evaporados.
Mediante el estudio de los proceso de dosificación y horneado empleados
actualmente, el aporte de material informativo de la empresa y la observación durante
la jornada de trabajo de la empresa se recolectaron los siguientes datos:
Tabla 3: Propiedades de la Mezcla Dosificada y Horneada.
Propiedades Dosificación Horneado
Viscosidad Dinámica
(Pa/s) 491 N.A
Densidad (kg/m3) 1060,52 740,74
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Tabla 4: Propiedades Físicas de la Galleta.
Propiedades Físicas Dosificación Horneado
Diámetro promedio por
unidad (mm) 53,967 54,316
Altura promedio por
unidad (mm) 11,061 11,686
Peso Total por *tanda (kg)
24,516 17,472
Peso Promedio por
unidad (gramos) 20,636 14,707
*Tanda: Equivale al contenido de 22 bandejas con 54 galletas cada una
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Tabla 4: Tiempos Promedio de Proceso Actual.
Dosificación Horneado
Tiempo Promedio por
Bandeja (min) 2 55
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
El proceso manual de dosificación empleado en la actualidad fue dividido por
operaciones para evidenciar el ciclo actual, tabular los tiempos promedios por operación y el tiempo total del ciclo, para la futura comparación con el ciclo teórico de la propuesta a diseñar, a continuación la tabla de tiempos del proceso manual.
Tabla 5: Análisis de Tiempos por operación.
Ciclo Dosificación Manual
OPERACIÓN TIEMPO (SEGUNDOS) 1- Buscar/limpiar bandeja 18 2- Primera carga de la manga 12 3- Dosificación 35 4- Recarga de la manga 13 5- Dosificación 34 6- Retirar bandeja dosificada 7
TOTAL DEL CICLO 119 s Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
De lo que se puede afirmar que el promedio de tiempo para el proceso de
dosificación correspondiente a una bandeja es de 119 segundos. Estos valores permitieron definir cuáles son las condiciones con las que debe cumplir
la propuesta a diseñar en este trabajo de grado, el porcentaje de pérdida de peso al
hornear es de 28,732 por ciento del peso crudo, por lo tanto para cumplir con el
requerimiento de 15 gramos por galleta horneada se debe dosificar la mezcla cruda en
porciones de 21,047 gramos aproximadamente.
4.2. Generación y elección de la propuesta de diseño.
Para la generación y elección de la propuesta se siguió el método para el diseño
de soluciones mecánicas considerando que la formulación de la situación
problemática ya fue realizada en los capítulos anteriores es conveniente partir desde
las especificaciones del sistema a diseñar.
4.2.1. Función principal.
Procesar la mezcla cruda transportándola a través de boquillas 869 estriadas, para
darle forma, dimensión y peso necesario a las galletas, cumpliendo con el patrón
estándar definido en la Fase I.
4.2.2. Restricciones.
- No exceder el presupuesto de inversión: 2.000.000 BsF.
- Dosificar en porciones estándar de 53,967 mmde diámetro, 11,686 mm alto,
gramos de peso.
- Tiempo por bandeja dosificada menor a 2 minutos que es el promedio de la
dosificación manual.
- Capacidad del depósito sea por lo menos igual al de la mezcladora. La mezcla
ocupa aproximadamente el 75 por ciento de la mezcladora.
- Debe dosificar al menos 54 galletas en una bandeja de 45 por 65 centímetros.
- Cumplir con la norma COVENIN 2273-91 Principios ergonómicos de la
concepción de los sistemas de trabajo.
- Tiempo de puesta a punto no mayor a 30 minutos. Que es el tiempo que toma
al operario en hacer la mezcla.
- Tiempo de limpieza luego del uso no mayor a 1,5 horas. Se estima que el
tiempo de trabajo de la maquina sea de 6 horas por jornada de 8 horas, por lo
que su limpieza no debe de exceder del tiempo restante.
- Requiera solo 1 operador para la máquina. El cual se encargara de la puesta a
punto, funcionamiento y la limpieza.
- Dimensiones de la maquina ensamblada no mayor a 2 metros de altura y 1
metro de ancho por condiciones de espacio de ingreso a la planta.
4.2.3. Criterios.
- Menor inversión inicial. De acuerdo con la disponibilidad financiera de la
empresa.
- Mayor facilidad de limpieza.
- Menor costo de mantenimiento.
- Principio de funcionamiento más sencillo.
- Mayor aprovechamiento de la mezcla.
- Más eficiente.
- Menor cantidad de componentes.
- Mayor facilidad de operación.
- Mejores cualidades ergonómicas.
- Mayor seguridad de operación.
4.2.4. Propuestas de diseño.
La premisa para el diseño mecánico es no descartar ninguna posible solución y
generar tantas como sea posible brindado una mirada más amplia de cómo se puede
solucionar el problema para éste caso se generaron nueve posibles soluciones
incluidas en el Anexo A para el sistema a diseñar, para la selección de la mejor
solución se ejecutaron los siguientes pasos primero se aplicaron las restricciones a
cada propuesta y se descartó aquella que no cumplió con al menos una de ellas, luego
se ponderaron los criterios para aplicarse a cada propuesta que si cumplieron las
restricciones y se cuantifico cada una de ellas respecto a cada criterio. Finalmente se
sumó el acumulado para cada propuesta y aquella que acumulo mayor ponderación
fue la elegida. Este estudio está reflejado en los Anexo B y C para una vista más
detallada de la metodología empleada.
4.3. Especificaciones del sistema diseñado, realización del diseño, simulación y
cálculos.
Según lo expresado en el punto anterior se presenta la propuesta con mayor
ponderación la cual consta de un depósito para la mezcla, un embolo que impulsa el
fluido, unos rodillos que dosifican el fluido que sale por seis boquillas que se acercan
a la bandeja con un movimiento vertical para retomar su posición y hacer avanzar la
cinta transportadora. Para establecer un ciclo se determinaron los tiempos que debería
de cumplir el diseño de manera que no exceda con los tiempos manuales, expresados
en la siguiente tabla:
Tabla 6: Tiempos de maquina
Ciclo de Maquina
OPERACIÓN TIEMPO
Acercamiento de Bandeja 1 s
Dosificación 2 s
Reposicionamiento 1 s
Avance 1 s
TOTAL 5 s
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Figura 2: Propuesta elegida.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
4.3.1. Cálculo de Caudal
Para transportar la mezcla desde el depósito hasta la bandeja y cumplir con la
dosis establecida es necesario conocer cuánto caudal debe manejar el sistema. Este
debe ser seis veces la dosis por galleta y debe desplazarse en un tiempo definido de
dos segundos. Y se calculó mediante la siguiente expresión:
% � &t
Dónde:
Q: Caudal �*+ ,⁄ �
V: Volumen�*+)
t: Tiempo �,)
Sabiendo el volumen de la dosis es seis veces el volumen de la galleta, entonces: & � 6�&�� &� � 0��� � 20,63K10�+ c�1.060,52 c� *+X � 1,95K10�=*+ � 19.450 **+
& � 6�19.450� � 116.700 **+ � 1,167 K10�U*+
Q � 116.7002 � 58.350 **+ ,X � 5,835 x 10�= *+ ,X
Para determinar la respuesta del fluido cuando es sometido a una fuerza externa
se realizó un ensayo experimental incluido en el Anexo D, el cual consiste en someter
la mezcla depositada en un cilindro émbolo de volumen conocido obligándola a salir
por una boquilla (mismo modelo que se usará en el diseño) tomando el tiempo en el
que éste se vacía, repitiendo este procedimiento aumentando las cargas aplicadas en
el émbolo para así registrar la variación de los caudales respecto a la presión aplicada.
Comprobando así que la mezcla se comporta de manera similar al modelo no
newtoniano del plástico de Bingham en el cual se debe superar un valor mínimo de
carga para hacer que el fluido se transporte.
4.3.2. Selección de los Engranes cilíndricos.
Para la selección de los engranajes cilíndricos de la dosificadora se tomaron en
cuenta los siguientes factores: diámetro no excedente de 10 cm, un módulo bajo para
garantizar mayor penetración y una buena relación de contacto. Luego de analizar
varios engranajes se seleccionó la siguiente pareja cuyos factores fueron extraídos del
Apéndice A:
Figura 3: Engrane Cilíndrico.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Módulo: 1.
Número de dientes (N): 70.
Diámetro (D): 70 mm = 0,07 m.
Paso diametral equivalente (Pd): 25,40 inch-1.
Dp � 7025,40 � 2,76 in; rp � 1,38 in
Distancia entre centros (C): siendo la relación de transmisión igual a 1 C � 2rp � 2,76 in � 70,104 mm � 0,0701 *
Altura de cabeza(a) y base (b):
a � 1Pd � 0,04 in; b � 1,25Pd � 0,49 rv
Profundidad total: ># � 7 � < � 0,089 rv
Holgura: ? � < � 7 � 0,009 rv
Diámetro exterior: @A5 � 1B � 27 � 2,84 rv � 72,136 ** � 0,072 *
Razón de contacto:
Longitud de acción: F � 2G�3 � 7�. � �3 ?H,I�. � 4?H,I F � 2G�1,38 � 0,04�. � �1,38 ?H,20°�. � 0,009?H,20° F � 1,153rv
Paso base:
0< � §1 K?H,I � §2,7670 K?H,20° � 0,12rv
Razón de contacto:
*B � 1,1530,12 � 9,6
En relación al ancho de la bandeja se estableció:
Ancho de cara = 450mm = 0,45 m
Figura 4: Diagrama de los Engranes.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Volumen entre dientes = 1.533,6 mm3 = 1,533 x10-6m3
La cantidad de giros por dosis se determina despejando la siguiente ecuación: % � �2&�!��¨��©0j�
©0j � 58.350 **+ ,X�2��153,6 mm��3��70 1rpvtp,� � 0,272 3pª ,⁄ � 1,709 371 ,X
Lo que sería equivalente a 16,32 RPM, por lo tanto 0,544 vueltas de este par de
engranes son suficientes para cumplir con el caudal establecido. Dada las bajas RPM
y la poca cantidad de giro necesaria se descarta la opción de un motor reductor por
los elevados costos y el poco aprovechamiento de la inversión en este diseño.
Finalmente se decidió proceder con un arreglo de engrane- cremallera que transforme
el movimiento lineal de un pistón neumático en el giro necesario en los rodillos.
Eje de los rodillos de la dosificadora: Plano XZ
Figura 5: Diagrama de corte y momento de los
engranes cilíndricos de la dosificadora.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Acero AISI 1040 templado revenido a @800ºF j � 5.624,56 c�« ?*.⁄ j v � 3.093,51 c�« ?*.⁄ 4! � 0,85, 4d � 0,9 (Rectificado)
99%nf � 0,83
Factor de seguridad ¨ � 3
@ � 32§ ®¯ct °Zjv ±. � 34 ¯°²j³ ±.´8 +X
@ � 32�3�§ ®¯1,5�1.536�3.093,51 ±. � 34 ¯ 3515.624,56±.´8 +X
@ � 2,836 ?* � 28,36** � 0,0283*
Debido a que se tienen que elegir diámetros comerciales se selecciona un eje de
30mm que sería más que satisfactoria para el diseño y para el par de rodamientos se
selecciona el más sencillo del mercado que cumpla con las dimensiones el cual es un
rodamiento rígido de una hilera de bola SKF modelo 61806 con diámetro interior 30
mm y diámetro exterior 42 mm, carga dinámica básica 4,49KN y velocidad de
referencia 32.000RPM comprobados para un tiempo de vida de un millón de ciclos
bajo estos parámetros nominales, dadas las condiciones de bajas exigencias del
diseño se considera válido el criterio de elección. Parámetros seleccionados del
catálogo general SKF como se muestra en el Apéndice C.
4.3.3. Cálculo de la cremallera.
Figura 6: Piñon - Cremallera.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Módulo: 3.
Número de dientes (N): 13.
Diámetro (D): 39 mm=0,039 m .
Paso diametral equivalente (Pd): 8,47 inch-1.
Dp � 138,47 � 1,535 in; rp � 0,768 in
Distancia entre centros (C): siendo la relación de transmisión igual a 1 C � 2rp � 1,535 in � 38,989 mm � 0,0389 m
Altura de cabeza(a) y base (b):
a � 1Pd � 0,118 in; b � 1,25Pd � 0,148 rv
Profundidad total: ># � 7 � < � 0,266 rv
Holgura: ? � < � 7 � 0,03 rv
Diámetro exterior: @A5 � 1B � 27 � 1,77 rv � 44,958 ** � 0,449 *
Relación de contacto:
*B � F0< � 0,5030,349 � 1,44
Longitud de acción: F � 2G�3 � 7�. � �3 ?H,I�. � 4?H,I F � 2G�0,768 � 0,118�. � �0,768 ?H,20°�. � 1,535?H,20° F � 0,503 rv
Paso base:
0< � ¯§1± ?H,I � ¯§1,53513 ± ?H,20° � 0,349rv
Ancho de cara:
n � 1201 � 128,47 in�8 � 1.42 rv
La cremallera es asimilable a una rueda dentada de diámetro primitivo infinito.
Para que el engrane sea posible y el piñón pueda deslizarse sobre la cremallera es
preciso que tanto piñón como cremallera posean el mismo módulo. La longitud de la
cremallera debe ser equivalente por lo menos del perímetro del piñón.
Partiendo de la gráfica generada en el ensayo experimental que se encuentra en el
Anexo D, se determinó una aproximación de la carga necesaria para alcanzar el
caudal de diseño.
Asumiendo que se comporta como una recta:
* � B. � B8%. � %8 � 3,3327K10�+
Ecuación: B � 3,33K10�+�%� � 0,00642
Para el caudal deseado de 58,350**+ ,X � 58,35 ?*+ ,X
B# � 3,33K10�+�58,35� � 0,00642 � 0,201 c� ?*.X
Área del embolo: �45?*�� 20?*� � 900?*. � 0.09 *.
µ# � B#K(¶ � ·0,201 c� ?*.X ¸ �900?*.� � 180,9 c� � 400 s<
Potencia:
°# � 0Ht©0°
°# � µ#35 � �400 s< ��0,768 rv?>� � 307,2 s<. rv?> ©0° � 16,306
0Ht � �307,2 s< � rv?>��16,306 ©0°� 371 ,p�⁄ ©0°X6.600 rv � s< ,p�⁄ >B¹ � 0,0795 >B � 59,28 µ
Cálculos de esfuerzos en la cremallera:
Esfuerzo por fricción:
Y � µ# K 0n K º c�c�c» cdcEce c� � 1,25 ; c� � 1,6
c» � 50√1.31350 � 0,873 cd � 1; cE � 1; cg � 1
Y � 400s<1,42rv?> �1,25��1,6�0,873 �1��1��1� � 645,338 B,r � 4,449 °07
Esfuerzo superficial:
Yf � 45® µtn½1 4�4�4» 4d 4i
4� � 1,25; 4� � 1,6; 4» � 0,873; 4d � 1; 4i � 1; 45 � 18,515; µ# � 307,2 Yf � 1.445,12 B,r � 9,963 °07
Esfuerzo por fatiga:
jiE � c�c²c¾ jiE m Hierro fundido clase 30 - 175 HB jiE¿ � 8 K 10+B,r c� � 1,35558 �10{��:.::8{z � 0,9711 c¾ � 1; c² � 1
jiE � ¯0,97111K1 ± �8 K 10+B,r� � 7.768,8 B,r � 53,57 °07
jif � 4�4À4²4¾ jmif
4² � 1
4À � 1 Á wÂÃ5ÂÃ6 � 1x Á ( � 0
4� � 1 B737 10{ ?r?sH, jmif � 26.000 � 327 �ÂÄ� � 26.000 � 327 �175� jmif � 30.157,61 0,r jif � �1��1��1��1� 30.157,61 � 30.157,61 B,r � 207,9 °07
Factor de seguridad
iE � jiEYE � 7.768,8645,338 � 12,038
if � jifYf � 30.157,611445,12 � 20,868
No se calculó los de la cinta porque sus esfuerzos son menores.
4.3.4. Selección de la cinta transportadora.
Figura 7: Cinta Transportadora.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Se desea transportar una bandeja de aluminio de 45 de ancho y 65 de largo
mediante una cinta transportadora que tenga capacidad para dos bandejas con carga
de 3kg por bandeja.
El ángulo de reposo para las bandejas es de 0°, la cinta debe de avanzar 66,6 mm
dada la distribución de las galletas en la bandeja, en un tiempo de 1s para cumplir con
el ciclo establecido en la tabla 6 por lo que su velocidad es de 66,6 ** ,⁄ .
Dadas las condiciones de poca exigencia en carga y velocidad se elige la banda
plana más sencilla del mercado.
Ancho de banda = 200mm; Diámetro de los rodillos = 60mm (rodillos lisos);
Distancia entre centros = 1,4m con rodillo motriz.
Longitud de la banda Å � 24 � §@ � 2,988 *
Tensiones despreciables.
Resistencia de la banda Carga de rotura = 200 ¨ **X � 200 c¨ *X
Estos datos fueron extraídos del Apéndice B.
Cálculos de esfuerzos de los engranes de la cinta:
Esfuerzo por fricción:
Y � µ# 0n º c�c�c» cdcEce c� � 1,25; c� � 1,6
c» � 50√1,31350 � 0,873 cd � 1; cE � 1; cg � 1
Y � ¯ 6,614 s<1,42rv?>± ¯1,25 K 1,60,873 ± �1��1�� 1� � 9,95 B,r � 68,6 c07
Esfuerzo superficial:
Yf � 45®µtn½1 4�4�4» 4d4i
4� � 1,25; 4� � 1,6; 4» � 0,873; 4d � 1;4i � 1; 45 � 18,515 Yf � 99,7B,r � 687,4 c07
Diseño de los ejes:
Figura 8: Eje de la Cinta transportadora.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Figura 9: Diagrama de corte y momento de eje
de la cinta transportadora.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Acero AISI 1040 templado revenido a @800ºF
Elongación porcentual de 21%
3kgf
4d � 0,9 (Rectificado)
99%nf � 0,83 j v � �0,85��0,83�� 0,9��110.000B,r� j v � 69.844,5 B,r Factor de seguridad ¨ � 3 Æ � 1,17c�«. ?*
Æ�!� � 0,577 j ¨ � 0,577�80.000�3
Æ�!� � 15.386,67 B,r ct � 1,5 Chaflán con bordes redondeados °² � 58,5 c�«. ?*
@ � 32§ ®¯ct °Zjv ±. � 34 ¯°²j³ ±.´8 +X
j³ � 5.624,56 c�« ?*.X ; j v � 3.093,51 c�« ?*.X
@ � 32§ ®¯1,5�24c�«. ?*�3.093,51 ±. � 34 ¯ 58,25.624,56±.´8 +X
@ � 0,765 ?* � 7,6** � 0,0076 *
Debido a que se tienen que elegir diámetros comerciales se selecciona un eje de
12 mm que sería más que satisfactoria para el diseño. Bajo el mismo principio usado
para la selección de los rodamientos en el eje de los rodillos se seleccionaron los
rodamientos SKF 61801 de una hilera de bolas rígidas de 12mm de diámetro interior,
21mm de diámetro exterior, capacidad de carga 1,43 KN y velocidad de referencia
70,000 RPM extraído del Apéndice C.
4.3.5. Selección de los pistones.
Para la cremallera de los engranes cilíndricos:
Figura 10: Pistón de la cremallera de los engranes cilíndricos.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
µ � 181 c� & � 33,32 ** ,⁄
µ � B §4 �@.��1,02�
@ � ® 1816 JU �1,02� � 6,136?* � 0,06 *
Carrera: 4 � @¶5 § � �44,95 **� § � 141,21 ** Ç 140 ** � 0,14 *
(Ajustable mediante sensor)
Para el embolo:
Figura 11: Pistón del Émbolo.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015). µ � 181 c� & � 33,32 ** ,⁄
% � & ( Á & � %( � 0,648 ** ,⁄
µ � B §4 @.�1,02�
@ � ® 1816 JU �1,02� � 6,136?* � 0,0613 *
Carrera: debe superar la altura de la tolva por lo que 4 È 365** 4 � 450** � 0,45 *
Plataforma elevada:
Figura 12: Pistón de la Plataforma.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Debe funcionar con un pistón que eleve al menos 30kg de doble acción.
@ � ® 306 JU �1,02� � 2,5?* � 0,025 *
Se recomienda que tengas guías a cada 1 3X de la longitud con una carrera de 5cm
a una velocidad de 50 * ,⁄ , tanto en tiro como en empuje.
Carrera = 2pulg = 0.0508 m
Para el avance, los rodillos son de 60mm de diámetro lo que una vuelta equivale
a �0,06 *� § � 0,188 * lineales.
Se desea que avance 66,6mm, que equivalen a 0,35 revoluciones, se usa un
arreglo de engrane cremallera igual al de la dosificadora pero con longitud de
cremallera.
?733p37 � 407 § �@�S6��S�� � 29,71 ** � 0,029 *
Å � ?733p37 � 1,5� � 45 ** � 0,045 *
Figura 13: Pistón de la cremallera de la cinta transportadora.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
4.3.6. Consumo de aire comprimido.
Cilindros de doble efecto:
% ·1*+ *rvX ¸ � 2 0,987 � B�e���<73�0,987 § @.�**� s�**�4.000.000 v
Dónde:
Q: Consumo de aire comprimido (1*+ *rvX )
D: Diámetro de cilindro �**� s: Carrera �**� v: Numero de ciclos por minuto.
Para el pistón del embolo:
D= 61,36mm; s= 450mm
% ·1*+ *rvX ¸ � 2 0,987 � 60,987 §K�61,36**�.�450**�4.000.000 1
% � 18,84 ·1*+ *rvX ¸
Para engrane-cremallera:
D= 61,36mm; s= 140mm
% ·1*+ *rvX ¸ � 2 0,987 � 60,987 §�61,36**�.�140**�4.000.000 12
% � 70,34 ·1*+ *rvX ¸
Para la plataforma:
D= 25mm; s= 50mm
% ·1*+ *rvX ¸ � 2 0,987 � 60,987 §�25**�.�50**�4000000 12
% � 4,17 ·1*+ *rvX ¸
Para las cintas transportadoras:
D= 25mm; s= 45mm
% ·1*+ *rvX ¸ � 2 0,987 � 60,987 §�25**�.�45**�4000000 12
% � 3,75 ·1*+ *rvX ¸
%#A#�� � %��EA�A � %f��������� � %5��#�iA��� � %feS#�d %#A#�� � 18,84 � 70,34 � 4,17 � 3,75 %#A#�� � 97,1 1*+ *rvX
%fA���6e!A � É%# � ¯%# %©p,p3ª7100 ± � ¯%# %©p,p3ª7100 %no�7,100 ±Ë 2
%fA���6e!A � 258,28 1*+ *rvX
% � 258.28 1*+*rv 1*rv60, 1K10�+*+1*+ � 4.3K10�+ *+ ,X
@#�E � ��1,6��103�%8,z= �*+ ,X � ÅHv�rto1 to< �*�0p31r17, 0!ed�<73��
@#�E � ®�1,6�� 103��4,3K10�+�8,z= 20*0,1 �6�� � 0,7453 ?* � 0,0074 *
Lo que equivale a 7,45 mm de diámetro interior.
4.4. Inversión y factibilidad económica.
Para la realización de esta fase correspondiente a la factibilidad económica del
proyecto se estableció una comparación entre la capacidad productiva e ingresos
actuales por concepto de fabricación y los teóricos de la propuesta diseñada. La
presentación al público se trata de un empaque que contiene cuatro (4) galletas,
sumando un contenido de sesenta gramos (60g), para fines de este trabajo de grado se
hará referencia a esta presentación como una “unidad”, según datos otorgados por la
empresa la utilidad bruta para la empresa por conceptos de producción de una unidad
suma un total en bolívares de diez con sesentaiocho céntimos (10,68 BsF.), el costo
en bolívares de la inversión para la fabricación de esta propuesta es de ochocientos
noventainueve mil ciento nueve con doce céntimos (899.109,12 BsF.), a continuación
se presenta una tabla con la cantidad de unidades producidas en una jornada actual y
teórica de la propuesta con sus correspondientes utilidades.
Tabla 7: Análisis económico del proceso.
Utilidad por jornada
Proceso Manual Unidades producidas Utilidad (BsF)
Capacidad actual
(Jornada de 3 horas) 1215 12.976,2
Propuesta diseñada
Jornada Teórica
(3horas) 3240 34603.2
∆=Teórica-Actual 2025 21627
%Crecimiento = (∆ /Actual)*100 166,66%
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
En este aspecto cabe resaltar que la capacidad actual expresada en la tabla
anterior es resultado de dividir las horas de jornada de dosificación entre el tiempo
promedio que toma hacer una unidad y da como resultado un número mayor al de las
unidades producidas en la realidad, puesto que un operario no puede realizar este
proceso durante tres horas continuas debido a las exigencias físicas que esto implica y
la propuesta presentada está diseñada para cumplir con total normalidad la jornada en
cuestión.
También se aprovecha este espacio para aclarar que con las condiciones
económicas del país y el bajo costo de remuneración salarial en comparación con el
presupuesto para invertir en una máquina que sustituya al operario se prestan para que
una compañía decida duplicar, triplicar y hasta cuadruplicar la plantilla con la
finalidad de aumentar su producción a costa de una inversión mucho menor, no es la
intención entrar en un análisis más profundo de la estructura de costos de producción
dado que la empresa GLADY’S DELICATESSES C.A. está consciente de la
situación y su prioridad es optimizar las características del producto y cuidar la salud
de sus trabajadores antes de la remuneración económica que puedan traer las
soluciones a su problemática, habiendo dicho esto se realizó un análisis de la utilidad
bruta en el tiempo para demostrar a la parte interesada en cuanto tiempo se recupera
la inversión en esta propuesta en el caso de ser implementada.
Æ3p?oBp37?rHv �1í7,� � 4H,tH 1p rvªp3,rHv �Ä,n�ΔUtilidad � ÑÒÓÔÕÖ×ØÙØ� 1í7ÚH3v717,
Æ3p?oBp37?rHv �1í7,� � 899.109,12 �Ä,n�34603.2 � ÑÒÓÔÕÖ×ØÙØ� 1í7ÚH3v717,
Æ3p?oBp37?rHv �1í7,� � 25,98 1í7,
Esto arroja como resultado un total de al menos 26 días de la diferencia de
utilidad bruta para recuperar la inversión, dado que el aumento de la capacidad
productiva es de un 166,66 por ciento si se desea trabajar a este nivel de eficiencia
toda la línea productiva debe estar en capacidad de respuesta para tal incremento de la
producción.
4.5. Presentación de un manual de operaciones y mantenimiento para la
máquina diseñada.
4.5.1 Manual de operaciones
El circuito neumático presentado a continuación es el de una propuesta de diseño
para una maquina dosificadora de mezcla, cuya función principal es depositar la dosis
correcta de mezcla de galletas sobre una bandeja haciéndola pasar por un arreglo de 6
boquillas estriadas que le dan forma de estrella, lo que se desea es realizar el
diagrama de escalera correspondiente al PLC que controlará este proceso.
Figura 14: Maquina Diseñada
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Funcionamiento:
1. El operario acciona de manera manual la válvula V1 que alimenta la red de
aire comprimido.
Figura 15: Circuito Neumático T0
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Embolo
Dosificadora
Cinta transportadora
2. Cambia la posición del switch 1 que controla las posiciones de la válvula V2
correspondiente al pistón del embolo (P1), la válvula cambia de posición
accionando al pistón que se encarga de comprimir la mezcla en el depósito,
coloca una bandeja sobre la banda transportadora y la lleva a posición bajo las
boquillas.
Figura 16: Switch 1
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Figura 17: Circuito Neumático T1
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
3. Una vez en posición, el operario presiona el botón Verde(Start) que esta junto
al Rojo (parada de emergencia), al presionarlo se inicia la secuencia de
dosificación, el primer movimiento es el de la válvula V3 que hace que el
pistón P2 se accione elevando a la plataforma que acerca la bandeja a las
boquillas.
Figura 18: Switch 2
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Figura 19: Circuito Neumático T2
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
4. Con la plataforma en su punto más alto un sensor detecta el final de la carrera
de P2 haciendo que V4 cambie de posición dándole movimiento a P3 quien se
encarga de depositar la dosis de mezcla sobre la bandeja.
Figura 20: Circuito Neumático T3
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
5. Cuando P3 llega al final de su recorrido V3 y V4 Vuelven a su posición
inicial
Figura 21: Circuito Neumático T4
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
6. Una vez la plataforma en su punto más bajo y la bandeja con la primera dosis,
V5 cambia de posición dándole movimiento a P4 que es el encargado de hacer
avanzar a la banda transportadora.
Figura 22: Circuito Neumático T5
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
7. Cuando la banda completa su paso la bandeja está ubicada en una nueva
posición para repetir el ciclo desde T2 a T5 8 veces consecutivas terminando
las 9 dosis de capacidad en la bandeja.
8. Una vez completada la bandeja se detiene el sistema hasta que el operario
introduzca una nueva bandeja y presione el botón de Start.
9. El botón rojo de parada de emergencia envía todas las válvulas a su posición
inicial y corta el paso de aire comprimido a la red.
4.5.2 Manual de Mantenimiento.
MANUAL DE MANTENIMIENTO
Emisión:
Código: MMMDM
Sección nº: 1
Revisión:
Edición: 1 Copia nº:
1 PÁGINA: 1 de 4
El Manual deberá ser usado para consultar los diferentes procedimientos para
poder realizar una inspección en la maquina dosificadora de mezcla para galletas
de Glady’s Delicatesses.
A continuación se describen los pasos a seguir:
1. Revisar la tabla del contenido del manual 2. Ubicar por medio de la tabla del contenido, el punto que contiene la
información que se desea conocer 3. Ubicar la sección donde está ubicada la información que se requiere. 4. Ir a la sección escogida y ubicar la página en cuestión 5. Ubicar en la página seleccionada la información requerida. 6. Manipular cuidadosamente el manual para no dañar las hojas. 7. No rayar el manual original en caso de una modificación, realizar en la
misma copia controlada asignada al usuario en la página en el cual se va a reflejar el cambio. Conjuntamente se deberá llenar el formato “Solicitud de emisión del documento”, y entregarlo a la organización y métodos con las páginas que se van a modificar, posteriormente estos analizaran el cambio o modificación validando o generando recomendaciones para mejorar la misma.
8. La organización y métodos modificara en los manuales (original y copias controladas), la cual se estará realizando la revisión.
9. Colocar el manual en el lugar donde estaba guardado, entregarlo a las personas que facilito el mismo.
El manual se encuentra codificado de la siguiente manera:
CODIGO: MMMDM (manual de mantenimiento máquina dosificadora
de mezcla).
Sección nº: Son las secciones que está dividido el manual.
Página: Depende cuantas páginas tenga la sección, se coloca el número
de páginas seguido del número total de ellas, ejemplo: (1 de 2), significa
que de esa sección solo hay dos páginas.
Fecha de emisión: Se refiere a la fecha que fue elaborado el manual.
Fecha revisión: Ultima fecha en la cual fue revisado
Copia nº: Copia controlada
Edición: Este número variara cuando se realicen los cambios
significativos (por ejemplo, si de 12 secciones y/o procedimientos, son
modificados 9, entonces se emitirá una nueva edición.)
MANUAL DE MANTENIMIENTO:
Emisión:
Código: MMMDM
Sección nº: 1
Revisión:
Edición: 1 Copia nº:1
PÁGINA: 2 de 4
MANUAL DE MANTENIMIENTO:
Emisión:
Código: MMMDM
Sección nº: 1
Revisión:
Edición: Copia nº:
1 PÁGINA: 3 de 4
Actualización y revisión:
La revisión deberá hacerse semestralmente en excepción en aquellos casos donde
hayan modificaciones o cambios, los cuales deberán ejecutarse inmediatamente,
utilizando el formato “Actualización, revisión y modificación del manual”
Cuando de efectúen las modificaciones deberá indicarse la fecha de la
modificación y la fecha en que entrara en vigencia la misma.
Las modificaciones a realizarse en este manual deben efectuase de la siguiente
manera:
� Se debe indicar la fecha (día, mes y año) en que se realizó la modificación.
� Se debe indicar que documento se le realizo la modificación y a que parte
del manual pertenece (sección y pagina).
� Se debe asentar el nombre y el cargo de la persona que aprueba la
modificación realizada.
� Toda información deberá ser registrada en el formato “actualización,
revisión y modificación del manual.
MANUAL DE MANTENIMIENTO:
Emisión: 04/05/2014
Código: MMMDM
Sección nº: 1
Revisión:
Edición: 1 Copia nº:
1 PÁGINA: 4 de 4
MANTENIMIEN PREVENTIVO:
Una vez por día
• Limpiar los componentes que están en contacto con la mezcla. • Verificar las presiones de los manómetros antes de iniciar.
Una vez por semana
• Lubricar engranes y cremallera. • Purgar el pulmón del compresor. • Limpiar la cinta trasportadora. • Revisar conexiones neumáticas.
Una vez por mes
• Revisar las juntas. Una vez por año
• Comprobar las conexiones eléctricas.
PROCEDIMIENTO PARA MANTENIMIENTOS CORRECTIVOS:
AVERIA ANOMALIDA CAUSAS PROBLABLES
PROCEDIMIENTO
A. Sistema neumático no funciona.
1. No llega tensión a los terminales del compresor
2. Tensión
normal en los terminales del compresor pero el motor no gira.
3. Contactos de unos del automatismo de seguridad abiertos.
1. Interruptor general abierto o fusibles flojos o fundidos.
2. Motor quemado o
agarrotado. 3. El automatismo a
saltado.
1. cerrar, rearmar automáticos. Comprobar fusible.
2. Sustituir. 3. Rearmar.
B. El compresor se para o no funciona.
1. El preso tato de baja presión salta desconectándose.
2. Protección
interna del compresor abierto.
1. a. tensión demasiado baja.
b. absorción eléctrica excesiva debido a una temperatura de condensación demasiado alta. c. temperatura de descarga demasiado alta. 2. el dispositivo de paralización no funciona.
1. a. reclamar a la compañía suministradora de energía eléctrica.
b. ver apartado h c. falta gas refrigerante, añadir. 2. reparar o sustituir.
AVERIA ANOMALIA CAUSAS PROBLEMA
SOLUCIONES
C. El compresor se para arranca continuamente.
1. Funcionamiento normal pero hay paros y arranques demasiado frecuentemente por la intervención del presos tato de baja.
2. Presión
demasiado baja y escarcha sobre el filtro
1. A. falta de refrigerante.
b. el diferencial de baja tiene un intervalo muy limitado. 2. Filtro de líquido
obstruido.
1. a. buscar y eliminar la fuga de refrigerante.
b. sustituir el preso tato. 2. sustituir el filtro.
D. El compresor funciona interrumpidamente.
1. El compresor es ruidoso, la presión de alta es demasiado baja y la aspiración demasiado elevada.
1. Parte interna del compresor defectuoso.
1. Sustituir y reparar el compresor.
E. bajo nivel de aceite en el compresor.
1. el nivel de aceite disminuye gradualmente.
1. bajo recalentamiento. 1. ajustar recalentamiento.
F. el compresor hace ruido.
1. los tubos de aspiración están anormalmente fríos.
2. el compresor
vibra
1. a. retorno de líquido. Válvula de expansión bloqueada. 2. parte interna del compresor rota.
1.a. verificar el recalentamiento y la colocación del sensor de temperatura de la válvula de presión. b. reparar o sustituir la válvula de expansión. 2. revisar el compresor.
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones.
Con este capítulo se da cierre al texto del cual se puede concluir que:
• La recolección de información jugó un papel fundamental para la realización
de la propuesta, la dinámica de trabajo mejora mientras más a fondo se estudia
el producto y procesos involucrados, más información implica mejores
criterios a la hora del diseño.
• Establecer modelos experimentales es un método eficaz para comparar un
producto de comportamiento desconocido y asemejarlo a los fluidos ya
estudiados, permite dar soluciones prácticas a situaciones difíciles de
solucionar mediante un modelo matemático.
• Se deben generar un buen número de posibles soluciones distintas entre
ellas y ser sumamente objetivos a la hora de ponderarlas según los criterios,
también se debe dejar margen a cambios una vez seleccionada, puesto que a la
hora de efectuar los cálculos de diseño se aclaran las variables, éste momento
es el indicado para hacer las modificaciones necesarias.
• La automatización del proceso de dosificación permite brindarle al
producto características estándar que el proceso manual no puede.
• La capacidad productiva aumenta considerablemente con la aplicación de
la propuesta a un 166 por ciento por encima de la capacidad actual y al ser una
máquina y no una persona la que realiza el proceso se pueden aumentar las
horas de trabajo sin ninguna repercusión.
• Las condiciones ergonómicas del puesto de trabajo mejoran de manera
radical como queda en evidencia en los Anexos E y F que contienen el
análisis REBA actual y el aplicado a la propuesta.
• Los beneficios económicos obtenidos por el aumento de la productividad
permiten realizar la inversión sin afectar la utilidad ya generada por la
compañía y el tiempo de recuperación del monto invertido es
considerablemente corto.
• Con los manuales de operaciones y mantenimiento se garantiza que
cualquier persona sea capaz de comprender los distintos elementos de la
máquina y cómo funciona.
5.2 Recomendaciones.
Con el fin de dejar la puerta abierta a futuras mejoras y comprendiendo que
pueden existir soluciones que también cumplan como solución a la problemática
tratada se presentan las siguientes recomendaciones:
• Se puede maximizar la eficiencia del proceso si se hace un ligero cambio
en la disposición del layOut, como se presenta en el anexo H el tiempo
destinado para la operación correspondiente a colocar y retirar la bandeja
puede reducirse considerablemente lo que trae consigo un aumento en la
capacidad productiva de la máquina.
• Para aumentar el nivel de automatización en el futuro se puede incluir un
dispensador de bandejas que la alimente de manera automática y que retire
las ya dosificadas.
• Se puede adaptar un motor paso a paso que reemplace la cremallera y así
obtener ciclos con dosis mucho mayores a las actuales en el caso de que la
empresa esté interesada en desarrollar productos con distintas características
a las galletas con el mismo dispositivo de dosificación.
• Se recomienda igualmente adaptar un motor pasa a paso en la banda
transportadora con la misma finalidad.
• Se invita a la empresa a continuar con la iniciativa de crecimiento y
mejorar la eficiencia del resto de los procesos productivos, con hornos más
eficientes y reemplazando el resto de los procesos manuales por máquinas
automatizadas según el nivel de exigencia de la operación.
• Por último, se hace especial énfasis en que de ser realizada la fabricación
de la propuesta presentada en este texto se vele por la precisión en los
detalles, la elección de buenos materiales y se destine el proyecto a un taller
que como la empresa, preste servicios de excelencia puesto que los datos que
se presentan acá están sujetos a estas variables en la práctica y que los
diseños deben ser fielmente fabricados para obtener los resultados esperados
en la hipótesis.
ANEXOS
ANEXO A
(Propuestas de Diseño)
Propuesta #1
La mezcla lista para dosificarse es depositada en el contenedor (1) que a su vez será presionada por el émbolo (2) para obligarla a entrar en la cámara (8) donde es transportada por un tornillo sin fin (4) accionado por el motor eléctrico sale por la boquilla (5) dándole forma a la galleta sobre la bandeja (6) que se desplaza sobre la bancada (7) en las direcciones X, Y y Z variar la posición y llenar la bandeja.
Propuesta #2
La mezcla es depositada en la tabla en la tolva (1) es presionada por émbolo (2) que la obliga a entrar en la cámara (3) donde unos engranes cilíndricos (4) son
(2)
(1)
(3)
(8)
(4)
(6)
(5)
(7)
(2)
(6) (1) (5)
(4) (3)
(7) (8)
(9)
accionados por el motor (5) que con el giro impulsan la mezcla a través de las boquillas (7) mientras que el pistón (6) acerca las boquillas a la bandeja (8) donde son formadas seis galletas, la cinta transportadora (9) avanza para repetir el proceso.
Propuesta #3
La mezcla depositada en la tolva (1) es succionada por el pistón (2) en su carrera hacia atrás que es guiado por una leva (3) accionada por un motor eléctrico (4) llenando la cámara (5) donde el pistón (2) empuja la mezcla por la manguera (6) hasta las boquillas (8) que se acercan a la bandeja (9) mediante el accionamiento de otro pistón (7), el operador mueve la bandeja.
Propuesta #4
(1)
(3)
(4) (7)
(2) (5) (6)
(8) (9)
(8)
(7)
(4)
(1)
(2) (3)
(6)
(5)
La mezcla contenida en el depósito (1) es empujada por un cilindro émbolo (4) guiado por un tornillo sin fin (7) accionado por la perilla (8) que llega a la cámara de una bomba de paletas (2) que impulsa la mezcla a la boquilla (3) que da forma a la galleta en la bandeja (5) colocada en una bancada (6) que se mueve en X,Y y Z para llenar las bandejas.
Propuesta #5
La mezcla depositada en la tolva (1) es presionada constantemente por el émbolo (2) acoplado al pistón (3), esa presión hace que la mezcla fluya a las cámaras (5) donde están acopladas las mangueras (6) cuando las válvulas (4) son abiertas, llegan al distribuidor (7) que divide el caudal y lo envía a las boquillas (8) para formar seis galletas en la bandeja (9), la cinta (10) avanza a la próxima posición para repetir el ciclo.
(3)
(2)
(1)
(5) (7)
(4) (6)
(8)
(9) (10)
Propuesta #6
Se deposita la mezcla en el contenedor (1) al retroceder los seis émbolos (3) a causa del acoplamiento de la barra (4) siguiendo a la leva (5) que gira acoplada con el motor (6) succiona la mezcla a la cámara (2) para que en la carrera de empuje la mezcla salga por las boquillas (7), la bancada (9) se acerca a las boquillas para formar seis galletas en la bandeja (8) y luego baja para desplazarse a la nueva posición.
Propuesta # 7
La mezcla depositada en el tanque (1) es presionada por el émbolo (2) y obligada a entrar en las cámaras (3) donde los tornillos (4) acoplados a la transmisión (5) impulsada por el motor (6) giran y la transportan a través de las boquillas (7) mientras
(5)
(4)
(6) (1)
(3)
(2) (7)
(8)
(9)
(2)
(6) (5)
(1)
(4) (7)
(3)
(8)
(9)
que la bandeja (8) se acerca a las boquillas y se conforman sobre ella seis galletas para que la cinta (9) avance a la próxima posición.
Propuesta #8
El aro (1) soporta la manga (2) donde se introduce la mezcla, es presionada por los rodillos (3) que se acercan de manera horizontal, al hacer contacto cierran la manga y se mueven de manera paralela verticalmente hacia abajo obligando a la mezcla a salir por la boquilla (4) para conformar una galleta en la bandeja (5) el operador mueve la bandeja a su próxima posición.
Propuesta #9
(1)
(3)
(2)
(4)
(5)
La mezcla es depositad en el tanque (1) presionada por el émbolo (2) que la obliga a entrar en la cámara (3) donde las paletas (4) giran para impulsarla a través del arreglo de boquillas (6) colocando tres galletas sobre la bandeja (7) mientras el operario la mueve para llenar la bandeja completa.
(2)
(5)
(1)
(3) (4)
(6) (7)
ANEXO B
(Cuadros comparativos para la elección de la mejor solución)
Aplicación de restricciones a probables soluciones.
(PS)1 (PS)2 (PS)3 (PS)4 (PS)5 (PS)6 (PS)7 (PS)8 (PS)9
R1 SI SI SI SI SI SI SI SI SI
R2 SI SI SI SI SI SI SI SI SI
R3 SI SI SI SI SI SI SI SI SI
R4 SI SI SI SI SI SI SI NO SI
R5 SI SI SI SI SI SI SI SI
R6 SI SI SI SI SI SI SI SI
R7 SI SI SI SI SI SI SI SI
R8 SI SI SI SI SI SI SI SI
R9 SI SI SI SI SI SI SI SI
R10 SI SI SI SI SI SI SI SI
Ponderación de criterios.
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 No. de veces
P+1= N
C1
4 5
C2 C1
3 4
C3 C1 C2
2 3
C4 C1 C2 C3
1 2
C5 C5 C5 C5 C5
7 8
C6 C6 C6 C6 C6 C5
6 7
C7 C1 C2 C3 C4 C5 C6 0 1
C8 C8 C8 C8 C8 C5 C6 C8 5 6
C9 C9 C9 C9 C9 C9 C9 C9 C9 8 9
C10 C10 C10 C10 C10 C10 C10 C10 C10 C10 9 10
Orden importancia
6to 7mo 8vo 9no 3ro 4to 10mo 5to 2do 1ro
Ponderación de soluciones respecto a cada criterio.
C1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces
PX1= N
S1 3 4
S2 S2 4 5
S3 S3 S3 7 8
S4 S1 S2 S3 2 3
S5 S5 S5 S3 S5 6 7
S6 S1 S2 S3 S4 S5 1 2
S7 S1 S2 S3 S4 S5 S6 0 1
S9 S9 S9 S3 S9 S5 S9 S9 5 6
Orden de aceptación
5to 4to 1ro 6to 2do 7mo 8vo 3ro
C2 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces PX1= N
S1 7 8
S2 S1 5 6
S3 S1 S2 4 5
S4 S1 S4 S4 6 7
S5 S1 S2 S3 S4 2 3
S6 S1 S2 S3 S4 S6 3 4
S7 S1 S2 S3 S4 S5 S6 0 1
S9 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S9 1 2
Orden de aceptación
1ro 3ro 4to 2do 6to 5to 8vo 7mo
C3 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces
PX1= N
S1 4 5
S2 S2 5 6
S3 S3 S3 7 8
S4 S1 S2 S3 3 4
S5 S1 S2 S3 S4 2 3
S6 S1 S2 S3 S4 S5 0 1
S7 S1 S2 S3 S4 S5 S7 1 2
S9 S9 S9 S3 S9 S9 S9 S9 6 7
Orden de aceptación
4to 3ro 1ro 5to 6to 8vo 7mo 2do
C4 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces
PX1= N
S1 6 7
S2 S2 7 8
S3 S1 S2 5 6
S4 S1 S2 S3 4 5
S5 S1 S2 S3 S4
3 4
S6 S1 S2 S3 S4
S5 2 3
S7 S1 S2 S3 S4
S5 S6 1 2
S9 S1 S2 S3 S4
S5 S6 S7 0 1
Orden de aceptación
1ro 2do 3ro 4to 5to 6to 7mo 8vo
C5 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces
PX1= N
S1 6 7
S2 S2 7 8
S3 S1 S2 4 5
S4 S1 S2 S4 5 6
S5 S1 S2 S3 S4 1 2
S6 S1 S2 S3 S4 S6 3 4
S7 S1 S2 S3 S4 S7 S6 2 3
S9 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 0 1
Orden de aceptación
2do 1ro 4to 3ro 7mo 5to 6to 8vo
C6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces
PX1= N
S1
1 2
S2 S2 7 8
S3 S3 S2
2 3
S4 S1 S2
S3 0 1
S5 S5 S2
S5 S5 3 4
S6 S6 S2
S6 S6 S6 4 5
S7 S7 S2
S7 S7 S7 S7 6 7
S9 S9 S2
S9 S9 S9 S9 S7 5 6
Orden de aceptación
7mo 1ro 6to 8vo 5to 4to 2do 3ro
C7 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces
PX1= N
S1 7 8
S2 S1 5 6
S3 S1 S3 6 7
S4 S1 S2 S3
4 5
S5 S1 S2 S3 S4
0 1
S6 S1 S2 S3 S4
S6 2 3
S7 S1 S2 S3 S4
S7 S6 1 2
S9 S1 S2 S3 S4
S9 S9 S9 3 4
Orden de aceptación
1ro 3ro 2do 4to 8vo 6to 7mo 5to
C8 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces PX1= N
S1
5 6
S2 S2 7 8
S3 S1 S2
0 1
S4 S1 S2
S4 3 4
S5 S1 S2
S5 S4 2 3
S6 S1 S2
S6 S6 S6 4 5
S7 S7 S2
S7 S7 S7 S7 6 7
S9 S1 S2
S9 S4 S5 S6 S7 1 2
Orden de aceptación
3ro 1ro 8vo 5to 6to 4to 2do 7mo
C9 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces
PX1= N
S1 5 6
S2 S2 6 7
S3 S1 S2 0 1
S4 S1 S2 S4 1 2
S5 S1 S2 S5 S5 4 5
S6 S1 S2 S6 S6 S5 3 4
S7 S7 S7 S7 S7 S7 S7 7 8
S9 S1 S2 S9 S9 S5 S6 S7 2 3
Orden de aceptación
3ro 2do 8vo 7mo 4to 5to 1ro 6to
C10 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces
PX1= N
S1 5 6
S2 S2 6 7
S3 S1 S2 0 1
S4 S1 S2 S4 2 3
S5 S1 S2 S5 S5 3 4
S6 S1 S2 S6 S6 S6 4 5
S7 S7 S7 S7 S7 S7 S7 7 8
S9 S1 S2 S9 S4 S5 S6 S7 1 2
Orden de aceptación
3ro 2do 8vo 6to 5to 4to 1ro 7mo
ANEXO C
(Ponderación final)
ANEXO D
(Ensayo experimental)
Ensayo Experimental
Este ensayo consta de un dispositivo cilindro émbolo de dimensiones conocidas y
calibradas que en el extremo inferior posee una boquilla con dimensiones de salida
iguales a las empleadas en el proceso manual, la finalidad del ensayo es hacer una
analogía entre el ensayo de esfuerzo-velocidad de corte para los fluidos no
newtonianos con la relación presión caudal de la mezcla de galletas. Consiste en
variar las cargas aplicadas en el émbolo y tomar el tiempo en el que el volumen
calibrado sale completamente por la boquilla, puesto que al conocer la carga y el área
de presión podemos obtener un valor de presión (esfuerzo de corte) y conociendo el
volumen y el tiempo podremos calcular el valor del caudal (velocidad de corte), los
datos y valores experimentales obtenidos en la realización de este ensayo se presentan
a continuación:
Área del émbolo ( � 62,21?*.
Peso del émbolo 0 � 400 �
Volumen calibrado & � 435,47?*+
Cuadro de datos de ensayo experimental
Carga (N) Presion (Pa) Tiempo (s) caudal (m3/s)
1 4,905 803,729304 868 5,01694E-07
2 5,886 964,4751648 435 1,00108E-06
3 6,867 1125,221026 287,2 1,51626E-06
4 7,848 1285,966886 217 2,00677E-06
5 8,829 1446,712747 176 2,47426E-06
6 9,81 1607,458608 144 3,0241E-06
7 10,791 1768,204469 124,4 3,50056E-06
8 11,772 1928,95033 108,85 4,00064E-06
9 12,753 2089,69619 95,3 4,56946E-06
10 13,734 2250,442051 88,9 4,89843E-06
11 14,715 2411,187912 80 5,44338E-06
12 15,696 2571,933773 71 6,13338E-06
13 16,677 2732,679633 67 6,49955E-06
14 17,658 2893,425494 63 6,91222E-06
15 18,639 3054,171355 58,1 7,49518E-06
16 19,62 3214,917216 54,6 7,97564E-06
17 20,601 3375,663077 50,8 8,57224E-06
18 21,582 3536,408937 48,3 9,01594E-06
19 22,563 3697,154798 45,9 9,48736E-06
20 23,544 3857,900659 44 9,89705E-06
21 24,525 4018,64652 42 1,03683E-05
22 25,506 4179,392381 39,6 1,09967E-05
23 26,487 4340,138241 38,2 1,13997E-05
24 27,468 4500,884102 37 1,17695E-05
25 28,449 4661,629963 33,9 1,28457E-05
26 29,43 4822,375824 33,2 1,31166E-05
27 30,411 4983,121685 32,3 1,3482E-05
28 31,392 5143,867545 31 1,40474E-05
29 32,373 5304,613406 30 1,45157E-05
30 33,354 5465,359267 29 1,50162E-05
31 34,335 5626,105128 28 1,55525E-05
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Si se graficaron los valores obtenidos en esta tabla a través de un sistema de
coordenadas cartesianas donde los valores del caudal están en el eje de las abscisas y
los de la presión en las ordenadas observando como la curva descrita se asemeja a una
línea recta de pendiente y constante C que corresponde al valor de presión mínimo
para hacer fluir la mezcla a través de la boquilla. La mezcla de galletas se comporta
de manera similar al modelo no newtoniano del Plástico de Bingham, el cual requiere
de un esfuerzo de corte mínimo para que sus partículas se desplacen, fluidos como la
salsa de tomate se comportan de esta manera por lo que el gráfico obtenido permitió
hacer las siguientes aproximaciones.
Gráfica Presión-Caudal de la mezcla de galletas integrales.
Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).
Gráfico de distintos fluidos no newtonianos.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 0,000005 0,00001 0,000015 0,00002
Pre
sió
n
Pa
sca
l
Caudal
m3/s
P-Q
Fuente: J.F. Steffe (1992)
Pendiente de la recta:
* � B. � B8%. � %8 � 3,3327K10�+
Ecuación: B � 3,33K10�+�%� � 0,00642
ANEXO E
(Análisis REBA de proceso manual)
1
2
3 3
1 3
5 1
4
1
0 4
10
ANEXO F
(Análisis REBA de la propuesta diseñada)
1
1
1 1 0
1 1
1 1
0 1
2
ANEXO G
(Layout actual de la Empresa)
Materia Prima
Estantes
Mezclado
Dosificado Horneado
Empaquetado
Producto Terminado
ANEXO H
(Layout Recomendado)
Dosificado Horneado
Mezclado Empaquetado
Materia Prima
Estantes B
Producto Terminado
Estantes A
ANEXO I (Cuadro de inversión del diseño)
Pieza Costo Mano de obra Cantidad Total
Tanque de
Acero
Inoxidable
90.000 30.000 1 120.000
Cámara de
rodillos 45.000 30.000 1 90.000
Rodillos de
teflón 7.500 ---- 2 14.000
Plataforma 6.500 ---- 1 6.500
Estructura 16.000 12.000 1 28.000
Cinta 75.000 63.000 1 120.000
Piñon-
Cremallera 42.000 ---- 1 42.000
Eje (Banda) 30.000 ---- 2 60.000
Chumacera
UCP201 13.000 ---- 4 52.000
Rodamientos
de los rodillos 750 ---- 2 1.500
Tensor de
banda 2.700 ---- 2 5.400
Pistón
(6.14cm) 20.000 ---- 2 40.000
Pistón (2.5cm) 27.000 ---- 2 54.000
Tubería
neumática
(3m)
10.000 ---- 1 10.000
Pernos 250 ---- 16 4.000
SUB-TOTAL Bs 647.400
GANANCIA DEL TALLER (24%) Bs 155.376
IVA (12%) Bs 96.333,12
TOTAL Bs 899.109,12
ANEXO J (Maquina Diseñada)
ANEXO K (Planos del Diseño)
APÉNDICES
APÉNDICE A
Especificaciones AGMA para el diseño de Engranes
Nomenclatura de los dientes de engrane.
APENDICE A-1
Esfuerzos en Engranes Rectos
APÉNDICE B
Parámetros de Diseño de Cinta Transportadora.
APÉNDICE C
Selección de Rodamientos del Catalogo SKF
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Arias, F (2006). El proyecto de investigación. Introducción a la Metodología
Científica. Caracas: Episteme.
Budynas Richard G. y Nisbert J. Keith (2008) Diseño en Ingeniería mecánica de
Shigley. Octava edición, México: McGraw Hill.
González Morales, Alfredo y Teresita Gallardo López (2003): Investigación
Educativa. UNAS: Perú.
Hernández, R.; Fernández C. Y Baptista P. (2004) Metodología de la Investigación.
México: McGraw Hill.
Padrón, M. (1998), Manual de investigación para Tesis de Grado y Postgrado.
Caracas. Publicación personal.
Sierra B. (2004). Estrategias para la elaboración de un proyecto de investigación.
Editorial Inserto Médicos de Venezuela C.A.
Tassoni M. Danilo y Pizzella P. Giovanni (2007), Elementos de Máquina, Venezuela
Vilchez, Nelson. (2008). Estrategias Creativas en el Diseño Mecánico. Publicación de
la Universidad de Carabobo.
J.F. Steffe (1992) Rheological methods in food process engineering. Ed. Freeman Press. Catálogo General SKF (2006) Publicación 6000 ES. Faire, V. M. Diseño de Elementos de Maquina. México: Editorial Limusa, 1995. 4ta Reimpresión. Creus Solé A. Neumatica e Hidraulica. España. Editorial Marcombo, S.A. 2007.
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