ingenierÍa en electromecÁnica
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INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNIC
A
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA ELEVADORA DE CARGA PARA TRANSPORTAR MATERIAL CERÁMICO DE FORMA AUTOMATIZADA HACIA DOS MOLINOS DE BOLAS, RESPALDADA EN UN SOFTWARE C.A.E. PARA EL ANÁLISIS CORRESPONDIENTE, EN LA EMPRESA “NOVEL”
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Diseñar y Construir una máquina elevadora de carga para transportar material cerámico de forma automatizada hacia dos molinos de bolas, respaldada en un software C.A.E.(Computer Aided Engineering) para el análisis correspondiente, en la empresa “NOVEL”
OBJETIVOS
OBJETIVO ESPECÍFICOS: Diseñar y construir el sistema mecánico para la
elevadora de carga del material cerámico. Diseñar y construir la estructura contenedora de la
elevadora de carga de material cerámico. Seleccionar e implementar los micro switch para la
tolva del material. Diseñar e implementar el circuito de control y potencia
con sus respectivos elementos de protección eléctrica. Implementar el panel de control.
ELEVADORA DE CARGA
(1) Pórtico(2) Templador interior(3) Placa de soporte(4) Cartelas inferiores(5) Placa superior(6) Viga IPN (7) Trolley eléctrico(8) Tecle eléctrico(9) Tolva(10) Brazo de sujeción(11) Motorreductor(12) Piñón(13) Cremallera(14) Tablero de control
ELEVADORA DE CARGA
Peso del material cerámico 200kg
Densidad del material 2600
Velocidad de elevación del material
0,076
Velocidad de apertura compuerta 0,1
Velocidad de traslación del material
0,26
Factor de seguridad 3
PARÁMETROS DE DISEÑO
ELEVADORA DE CARGA
DETERMINACIÓN DE LA CARGA
𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂𝒔 𝒗𝒊𝒗𝒂𝒔=𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑎𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑟 +𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑙𝑣𝑎+𝑝𝑒𝑠𝑜𝑝𝑜𝑙𝑖𝑝𝑎𝑠𝑡𝑜𝑒𝑙 é 𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜=3099,96𝑁
𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂𝒎𝒖𝒆𝒓𝒕𝒂=𝑝𝑒𝑠𝑜𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑣𝑖𝑔𝑎=759,29𝑁
DISEÑO DE LA VIGA
𝑆𝑥𝑥≥𝐹 .𝑆𝑥 𝑀𝑚 á𝑥
𝑆 𝑦
𝑆𝑥𝑥≥58,46𝑐𝑚3
𝑆𝑥𝑥=81,8𝑐𝑚3
𝜎 𝐹𝑙𝑒𝑥=𝑀𝑚 á𝑥
𝑆𝑥𝑥
=59,08𝑀𝑃𝑎
𝜏𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒≅𝑉𝐴𝑎𝑙𝑚𝑎
=𝑉h𝑡=2,5𝑀𝑃𝑎
M
ELEVADORA DE CARGA
𝜎❑=𝜎 𝑥+𝜎 𝑦
2±√(𝜎 𝑥−𝜎 𝑦
2 )2
+𝜏𝑥𝑦2
𝜎 1=59,18𝑀𝑃𝑎
𝜎 2=−0,10𝑀𝑃𝑎
𝜎 ′=√𝜎 12−𝜎1𝜎2+𝜎2
2=59,23𝑀𝑃𝑎
𝐹 𝑠=𝑆𝑦
𝜎 ′= 248𝑀𝑃𝑎59,23𝑀𝑃𝑎
=4,18
ELEVADORA DE CARGA
DISEÑO DE LAS COLUMNAS
M
𝐹=1929,62𝑁
𝐿𝑒=𝐾𝐿=2730𝑚𝑚
𝑟=√ 𝐼𝐴=40.01𝑚𝑚
𝐼=𝐵4−𝑏4
12=1255445.33𝑚𝑚4
𝐴=𝐵2−𝑏2=784𝑚𝑚2
ELEVADORA DE CARGA
Determinación de la carga crítica
𝑃𝑐𝑟=𝜋 2𝐸𝑥 𝐼
(𝐿𝑒 )2=342,65𝑘𝑁
Determinación de la carga admisible
𝑃𝑎=𝑃𝑐𝑟
𝐹 .𝑆 .=114,21𝑘𝑁
Esfuerzo normal
𝜎=𝑃𝑎
𝐴=145,67𝑀𝑃𝑎
𝑌𝑚á 𝑥=𝑒(𝑠𝑒𝑐( 𝜋2 √ 𝑃𝑎𝑃𝑐𝑟 )−1)=2,05 𝑥10−3𝑚𝑚
Deflexión máxima
Esfuerzo máximo
ELEVADORA DE CARGA
𝐹 𝑠=5,13
ELEVADORA DE CARGA
PLACAS DE SOPORTE
𝑁=0,25𝑚𝐵=0,25𝑚𝑛=0.05𝑚𝑓 𝑐´=3𝑘𝑝𝑠𝑖
𝑆 𝑦=248𝑀𝑃𝑎𝐹=964,81𝑁
𝑝=𝐹𝐴
=15437𝑃𝑎
𝑡=√ 1,25𝑥 𝑓 𝑐´ 𝑥𝑛2𝑆𝑦=1,6 𝑐𝑚
𝑓 𝑏=3𝑥 𝑝 𝑥𝑛2
𝑡 2=0,45𝑀𝑃𝑎
𝐹 𝑏=𝑆𝑦𝐹 .𝑆
=82,66𝑀𝑃𝑎
𝐹 𝑏≥ 𝑓 𝑏
82,66𝑀𝑃𝑎≥0,45𝑀𝑃𝑎
ELEVADORA DE CARGA
PERNOS DE SUJECIÓN
𝑃=2220,54 𝑙𝑏𝑓
𝐹 𝑖=0,9 𝐴𝑡𝑆𝑝=54,97𝑘𝑙𝑏𝑓
𝐶=𝑘𝑏
𝑘𝑚+𝑘𝑏=0,18
𝑘𝑏=𝐴𝐸𝑙
= 𝜋 𝑑2𝐸4 𝑙
=9,01𝑀𝑙𝑏𝑓𝑝𝑙𝑔
𝑘𝑚=𝜋 𝐸𝑑
2 𝑙𝑛 [5 ( 𝑙+0,5𝑑𝑙+2,5𝑑 )]=38,59
𝑀𝑙𝑏𝑓𝑝𝑙𝑔
𝑃𝐸𝑅𝑁𝑂𝑆𝑆𝐴𝐸𝐺𝑅𝐴𝐷𝑂−8
ELEVADORA DE CARGA
𝑆𝑒=𝑘𝑎𝑘𝑏𝑘𝑐𝑘𝑑𝑘𝑒𝑘 𝑓 𝑆𝑒´
𝑘𝑎=𝑎𝑆𝑢𝑡𝑏 =0,394 𝑘𝑝𝑠𝑖
𝑘𝑏=1
𝑘𝑐=0,832
𝑘𝑑=1
𝑘𝑒=1𝐾 𝑓
=13=0,33
𝑘 𝑓=1
𝑆𝑒´=0,506𝑆𝑢𝑡=75,9𝑘𝑝𝑠𝑖
𝑆𝑒=8,21𝑘𝑝𝑠𝑖
𝐹 .𝑆=¿ ¿𝐹 .𝑆=5,55
ELEVADORA DE CARGA
DISEÑO DE LA TOLVA
𝐴𝑆𝑇𝑀 𝐴−36
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 3𝑚𝑚
𝐹 1=1962𝑁
𝑉 1=h13 ( 𝐴𝐵+𝐴𝐵´+√𝐴𝐵√𝐴𝐵´ )=0,048𝑚3
𝑉 2=𝑙× 𝑙×h2=0,12𝑚3
𝑉 𝑡𝑜𝑙𝑣𝑎=𝑉 1+𝑉 2=0,168𝑚3
ELEVADORA DE CARGA
ELEVADORA DE CARGA
DISEÑO DE LA COMPUERTA DE DESCARGA
𝑃=𝜌×𝑔×h=15303,6 𝑃𝑎
𝐹 𝑇=𝑃 𝑥 𝐴𝐶=2303,19𝑁
𝑀𝑚á 𝑥=𝐹×𝐿4
=234,34𝑁 𝑥𝑚
𝑡≥√( 6×𝑀𝑚á𝑥×𝐹 .𝑆𝑏×𝑆𝑦
)𝑡≥6,46𝑚𝑚≈10𝑚𝑚
ELEVADORA DE CARGA
SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTOR
𝑃 𝑠𝑎𝑙=𝐹 𝑥𝑉=276,85𝑊
𝜂=𝑃𝑠𝑎𝑙
𝑃𝑒𝑛𝑡
𝑃𝑒𝑛𝑡=395,5𝑊
𝜂=𝑃 𝑠𝑎𝑙
𝑃𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎
𝑃𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎=527,33𝑊 ≈0,7𝐻𝑃
𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟=𝑃𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎𝑥 𝑓 𝑠=0,75𝑘𝑊
ELEVADORA DE CARGA
DISEÑO DEL PIÑÓN
𝐷𝑝=𝑀𝑥¿𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠=88𝑚𝑚
𝑑𝑒=𝑀 (¿𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠+2 )=96𝑚𝑚
ELEVADORA DE CARGA
BRAZO DE SUJECIÓN DE LA TOLVA
𝑀𝑚á 𝑥=𝑇 𝑥𝐿2
=901,29𝑁 𝑥𝑚
¿
𝜎 𝑓𝑙𝑒𝑥=𝑀𝑚á 𝑥𝑥𝐹𝑆
𝜋 𝐷3
32
≤𝑆𝑦
𝐷≥0,048𝑚=48,06𝑚𝑚
𝐷≥ 3√ 32𝑥901,29𝑚𝑥3248 𝑥106𝑥 𝜋
ELEVADORA DE CARGA
SELECCIÓN DEL TROLLEY ELÉCTRICO
𝑁=(𝑊 𝑡𝑜𝑙𝑣𝑎+𝑊𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙+𝑊 𝑡𝑒𝑐𝑙𝑒 )𝑥 𝑔=2756,61𝑁
𝐹 𝑓𝑟=𝜇𝑥 𝑁=1571,26𝑁
𝑉=𝑊 𝑟𝑒𝑞𝑥𝑟=0,26𝑚𝑠
ELEVADORA DE CARGA
DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA ELÉCTRICO
Determinación de las cargas en el sistema eléctrico
POTENCIA (HP)
Motor Trolley eléctrico 1/2
Motor tecle eléctrico 1,1
Motorreductor 1
Selección de los conductores para los motores
𝐼=𝑃
η x √3 xV x𝐹 𝑝
𝑥1,25=4,1 𝐴
Tecle eléctrico Trolley eléctrico
𝐼=𝑃
η x √3 xV x𝐹 𝑝
𝑥1,25=1,86 𝐴
Motorreductor
𝐼=𝑃
η x √3 xV x𝐹 𝑝
𝑥1,25=3,73 𝐴
ELEVADORA DE CARGA
Selección del conductor para el alimentador primario
𝐼=1,25 𝑥 𝐼𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟+∑ 𝐼𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠+∑ 𝐼𝑜𝑡𝑟𝑎𝑠𝑐𝑎𝑟𝑎𝑔𝑠=15,31𝐴Protección para el alimentador
primario
𝐼=1,25 𝑥 𝐼𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟+∑ 𝐼𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠+∑ 𝐼𝑜𝑡𝑟𝑎𝑠𝑐𝑎𝑟𝑎𝑔𝑠=15,31𝐴Protección para
derivaciones
𝐼𝑝𝑟𝑜𝑡=2𝑥 𝐼 𝑐𝑝=8,2𝐴
ELEVADORA DE CARGA
Selección de los guardamotores
Tecle eléctrico
𝐼=1,25 𝑥 𝐼𝑛=4,1 𝐴
Trolley eléctrico
Motorreductor
𝐼=1,25 𝑥 𝐼𝑛=1,86 𝐴
𝐼=1,25 𝑥 𝐼𝑛=3,73 𝐴
MOTORES GUARDAMOTOR INTENSIDAD (A)
Tecle Eléctrico 3RV 2011 - 1FA10 3,5 - 5
Trolley Eléctrico
3RV 2011 - 1BA10 1,1 – 1,8
Motorreductor 3RV 2011 - 1EA10 2,8 - 4
Selección del contactor
𝐼=𝑃
η x √3 xV x𝐹 𝑝
𝑥1,25=4,1 𝐴
ELEVADORA DE CARGA
CONSTRUCCIÓN
COLUMNAS
Acero estructural
ASTM A500
TOLVA
Plancha galvanizada A36
3mm
ELEVADORA DE CARGA
CONSTRUCCIÓN
Mecanismo de la compuerta
ELEVADORA DE CARGAIMPLEMENTACIÓN DEL CIRCUITO DE POTENCIA
LOGO 23ORC
BREAKER PRINCIPAL
BREAKERS DERIVACIONE
S
GUARDAMOTORES
CONTACTORES
BREAKER DE CONTROL
ELEVADORA DE CARGA
CONSTRUCCIÓN
ELEVADORA DE CARGA
PERIODO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN
𝑇𝑀𝐴𝑅=12 , 48%
𝑉𝑃𝑁=−𝑘𝑂+∑𝑖=1
𝑛 𝑓 𝐶𝑖
(1+𝐷 )𝑖=$ 11523,84
𝑇𝐼 R=54,96%
𝑃𝑅=2𝑎ñ 𝑜𝑠3𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 22𝑑 í 𝑎𝑠
𝑅𝐶 /𝐵=2,92
TÉCNICA DE EVALUACIÓN RANGO
VPN,$ $ 11523,84 ˃ 0
TIR,% 54,96% ˃ 13,13%
PRI, AÑOS 2 años ˂ 5 años
RBC 2,92 ˃ 1
ELEVADORA DE CARGACONCLUSIONE
S
En el diseño de la estructura se aplicaron métodos analíticos los cuales permitieron establecer parámetros importantes como lo es factor de seguridad y esfuerzos máximos, teniendo así una baja probabilidad de falla para este tipo de elementos estructurales.
La forma geométrica de la tolva es adecuada para elevar y transportar los 200kg de material cerámico (arcilla y caolín) hacia los molinos.
El sistema de descarga de la tolva conformado por un mecanismo de piñón – cremallera funciona de forma adecuada acorde a los esfuerzos que tiene que soportar para la apertura y cierre de la compuerta.
ELEVADORA DE CARGACONCLUSIONE
S
Se minimizo en un 50% la mano de obra y tiempo utilizado para transportar el material cerámico de manera manual, obteniendo así una mayor producción en la empresa “NOVEL”.
La inversión realizada en la máquina elevadora de carga es viable debido a que se obtiene un VPN de $ 11523,84 y un TIR del 54,96% el cual asegura un periodo de recuperación de 2 años con 3 meses siendo de gran satisfacción para los propietarios de la empresa “NOVEL”.
ELEVADORA DE CARGARECOMENDACIO
NES
Es indispensable revisar el manual de operación y mantenimiento de la elevadora de carga para extender su vida útil.
Verificar que la cadena del tecle eléctrico este constantemente lubricada para que la misma no se trabe durante el proceso.
Limpiar la tolva después de cada proceso para evitar que el material cerámico se queda incrustado en las guías de la compuerta y así evitar algún atascamiento.
Se recomienda realizar un proceso automático para el llenado de agua en los molinos.
ELEVADORA DE CARGA
GRACIAS
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