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UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
DISEÑO DE ELEMNTOS DE MAQUINAS I
“Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la
Seguridad Alimentaria”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECATRÓNICA
ANALISIS DE MÁQUINA, DOSIFICADORA Y MEZCLADORA DE LACAS PARA CARPINTERÍA
INTEGRANTES:
● MONTENEGRO DÁVILA, RONALD JAVIER.
● RIVERA ROMERO, JOSÉ CARLOS.
● ZAPATA CALLATA, RODRIGO MARTIN.
PIURA - 2013
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DISEÑO DE ELEMNTOS DE MAQUINAS I
INTRODUCCIÓN
Hace muchos años que en algunas industrias, especialmente las del sector alimenticio,
pastelería y pinturas se utilizan sistemas de dosificación o de transportación de diferentes
materiales líquidos y semilíquidos Es por esto la importancia de que estos sistemas de
dosificación se vuelvan cada vez más autónomos en base a tecnologías actuales que hoy en
día se encuentran en el mercado.
Los elementos de máquinas han sido históricamente muy importantes para el desarrollo de
la industria; la teoría de mecanismos busca entender, diseñar y aplicar la relación entre la
geometría, mecánica, cinemática y la cinética de los elementos que componen un
mecanismo. El diseño de una maquina moderna es a menudo complejo y el ingeniero
requiere de una gran habilidad para dar solución rápidas seguras y económicas, para lo cual
es necesario el conocimientos del diseño de los elementos de máquinas.
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Objetivos de la Investigación:
1. Objetivo General
Analizar el diseño mecánico de una máquina automática dosificadora y
mezcladora de lacas.
1.1 Objetivo Específicos
1. Diseñar la maqueta, de una máquina dosificadora y mezcladora de lacas.
2. Describir características, tales como los fenómenos físicos y mecánicos de
cada uno de los elementos que componen la maquina dosificadora.
3. Analizar elementos de sujeción como soldaduras, pernos y tornillos.
4. Obtener resultados del análisis que satisfagan las especificaciones de tal
manera que, se cumpla con las exigencias del producto final.
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1.2 Justificación e Importancia de la Investigación:
Con la creciente demanda de producción, el crecimiento de las pequeñas y medianas empresas ha sido acelerado y ha exigido cada vez mayores capacidades de producción, que puedan brindar la infraestructura necesaria, adecuada para suplir las necesidades de los clientes; dicho crecimiento ha obligado a algunas empresas pequeñas a buscar estar a la par, adquiriendo una gran cantidad de equipos implementándolos.
Tras la implementación viene consigo el uso de Sistemas de mantenimiento para la maquinaria, que permite la buena administración, mediante un monitoreo constante de las alarmas y fallos que se pueden presentar en cada uno de los elementos del equipo.
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CAPÍTULO I
MARCO TEÓRICO
MÁQUINAS DOSIFICADORAS Y MEZCLADORAS.
Actualmente en el mercado existen diferentes tipos de máquinas dosificadoras y
mescladoras para la industria farmacéutica, cosmética, veterinaria, alimenticia, y
especialmente a la pintura que brindan una mayor gama de colores a sus clientes. Dando
resultados positivos a las empresa que la adquieren, por lo automáticas que son, reduciendo
los tiempos de producción, mayor cantidad y con los requerimientos que el producto
elaborado lo requiere. Abasteciendo cada vez más a las exigencias de producción y
demanda del mercado.
Hoy en día existen maquinas dosificadoras automática que van agregando los colorantes en
la proporción que le indica la fórmula. También existen pinturas que se hacen por peso, con
una balanza especial que suma lo que se agrega, se van incorporando los tonners.
Antiguamente existían reglas remarcadas, que indicaban lo que se iba agregando, pero no
eran muy fiables, ya que las pinturas y los colorantes no venían normalizados, y no
marcaban pequeñísimas cantidades.
Figura nº Máquina mezcladora y dosificadora tipo MUD.
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MÁQUINAS DOSIFICADORA DE KEKES EN LINEA.
Diseñada para dosificar en forma automática cremas y batidos de panificación, También se
puede aplicar en productos de similares características que necesitan ser dosificadas en
forma continua y en dosificaciones exactas para porciones pequeñas o abundantes.
Un sistema electrónico innovador permite al operador manejar todas las funciones de trabajo
rápidamente y exacto. El tablero de control está diseñado para uso práctico y funcional. La
estructura de la máquina y sus partes son una combinación de aluminio, bronce, acero
inoxidable. Todas las partes en contacto con los materiales del alimento se pueden
desmontar totalmente para una limpieza correcta y rápida. La forma de dosificación de los
rodillos de la unidad es particularmente conveniente para el proceso de los productos que se
desea dosificar.
Figura n°Máquina dosificadora de kekes
MÁQUINA DOSIFICADORA SELLADORA Máquina dosificadora selladora para envasar productos líquidos y pastosos, en fundas
prefabricadas o envases rígidos de plástico o vidrio, por sistema volumétrico y que incorpora
un conjunto de sellado con mordazas dentadas de temperatura constante.
Permite envasar mermeladas, salsas, pastas de maní o ajo, yogur, condimentos, miel,
manjar, shampoo, rinse, gel, cremas cosméticas, etc.
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Figura n° Máquina dosificadora sellador
Características.
Alimentación del producto desde una tolva cónica con tapa y válvula de flotador (opcional),
con aristas redondeadas y acabado sanitario.
1. Permite envasar un envase a la vez.
2. Dosificador volumétrico con regulación mecánica para controlar el volumen a
envasar.
3. Activación neumática por válvulas de pedal para accionamiento del dosificador y
de la selladora.
4. Fácil regulación de los soporte según la altura del envase y/o funda.
5. Estructura fabricada en acero inoxidable A304, que garantiza una alta calidad y
durabilidad, cumpliendo además con exigencias sanitarias para envasado.
6. Boquilla intercambiable, según el diámetro del pico del envase.
7. Control de temperatura digital con termocupla
8. Accionamiento neumático.
9. Incluye unidad de mantenimiento para el aire comprimido.
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CAPÍTULO II
DESCRIPCIÓN Y FUNCIÓN TOTAL DE LA MÁQUINA.
La proyección de la maquina automática mescladora y dosificadora de lacas para la
carpintería, su estructura será metálica seleccionados de acuerdos a los cálculos obtenidos
en el diseño, cumpliendo con las normas de seguridad ocupacional y teniendo un diseño
que permita su fácil mantenimiento y/o cambio de algunos elementos si fuesen necesarios.
La máquina para su automatización será controlada desde un ordenador el cual, permitirá
programar las porciones de cada componente.
DESCOMPOSICIÓN EN FUNCIONES PARCIALES DE LA MAQUINA.
Para lograr el objetivo la maquina se dividirá en cinco partes bien identificadas, para
posibilitar su diseño, parte de abastecimiento y dosificación, base circular giratoria,
mecanismo de mezclado, estructura de soporte y la interface máquina –computador
Dosificación y Abastecimiento.
En esta parte esta las tolvas de almacenamiento de las lacas una para cada color base y el
thiner, las cuales se diseñaran de acuerdo a las exigencias de abastecimiento, es decir a la
capacidad de producción de la máquina. La forma de las tolvas será cilíndrica, permite un
mayor confort.
Generalidades
Generalmente son de forma cónica y de paredes inclinadas, de tal forma que la carga se
efectúa por la parte superior y la descarga se realiza por una compuerta inferior. Son muy
utilizadas en agricultura, molinos, en construcción de vías férreas y en instalaciones
industriales.
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Tolvas de alimentación:
Las tolvas de la máquina dosificadora es el elemento más simple de diseñar, aunque no por
eso de menor importancia. En las tolvas se almacenará las lacas a utilizar, este material
debe de ser suficiente para que tenga una alimentación constante al sistema y este se
mantenga trabajando de manera interrumpida.
Ecuaciones de cálculo de la capacidad de los tanques y tolvas más utilizadas
a) Cilindro
v=π4D2H
b) Cono troncado
v=π2h¿)
Válvula de control.
Base circular giratoria.
Conformada por dos planchas circulares una fija (inferior) y la otra giratoria (superior), la
parte superior es la más importante, por en ella permitirá colocar el envase que contendrá las
porciones de la laca, para luego ser mezcladas. Esta base girará en 360º grados, sobre el
eje del motor que le dará el movimiento rotacional. Las tolvas de abastecimiento son cinco
por lo tanto la base circular giratoria dará un giro de 60º para cada tolva, esto debido a que el
deposito contenedor de mezcla se colocara en la dirección paralela de cada tolva para recibir
el porcentaje de laca, después de la primera dosificación pasa a la otra, hasta ir a la posición
del mecanismo de mezclado completando así una vuelta completa.
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Mecanismo de mezclado.
Dicho mecanismo permitirá realizar un mezclado uniforme, mediante una bocina que en un
extremo tendrá unas paletas, por el otro un acoplamiento de engranajes cónicos para
transmitir en movimiento del motor en un solo sentido, esta bocina pasara por un rodamiento
de bolas sobre la estructura del mecanismo. Para lograr el cometido se diseñara una caja
que permita contener y desplazar unos ejes guías, los cuales permitirán centrar el
desplazamiento de la bocina.
Estructura de soporte.
La estructura del mecanismo de mezclado, será de platinas para dar la forma de una caja
donde irá colocado el motor que dará el movimiento rotacional a la bocina, esta caja se
desplazara conjuntamente con la bocina por medio del tornillo sinfín, y por unos ejes guías
que permiten direccionar el mecanismo. Así mismo el mecanismo de elevación conformado
por un tornillo sin fin, una transmisión por cadena estará instalado dentro de una estructura
en forma rectangular, donde estará el motor. Los dos sub mecanismos forman el mecanismo
de mezclado esta estructura tendrá una forma de “ele” invertida para permitir posicionar la
bocina en el envase contenedor de las porciones dosificadas de lacas, por la parte inferior ira
soldada a la base circular fija y por la superior en los anillos.
ELEMENTOS DE CONTROL
Motores pasó a paso (PP).
Los motores de pasos, al igual que todo motor, cumplen con la principal función de ser un
conversor electromecánico, que transforma la energía eléctrica en mecánica, para lo cual
emplea un método tan peculiar que le permite tener su propia categoría. Específicamente
hablando, se los puede definir como dispositivos electromagnéticos, rotativos, incrementales
que convierten pulsos digitales en rotación mecánica.
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Motor para la base circular giratoria
Como parte de los objetivos de este proyecto es construir una máquina con componentes
confiable y de bajo costo, y la base circular que contendrá los recipientes de mezclado
tendrá un peso considerable, el cual requiere de un motor que tenga un buen torque , se
consideró la utilización de un motor para mover la barras del limpia parabrisas. El fabricante
no tiene a disposición del público la información técnica del motor (potencia, curva torque vs
rpm) .Por lo tanto para tener referencia sobre estos motores se tomara datos de otros
motores parecidos. Uno de los motores del que se encuentra información es el Ford (MS-
L2/96) , analizados por un grupo de investigadores de ingeniería del instituto de tecnología
de Massachusetts.
Motor analizado por el grupo de investigadores de la MIT+
Datos encontrados experimentalmente del motor Ford
condición Velocidad (rpm)
Torque(N-m) (lbf_in)
Sin carga con
alta velocidad
81 7.5 66.4
Sin carga con
baja velocidad
50 14 123.9
Giro en sentido antihorario
Sin carga en 66 5 44.2
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alta velocidad
Potencia del motor
Realizando un estimado de la potencia a la salida del eje del motor a partir de los datos
obtenidos anteriormente (torque y velocidad), se tiene
La potencia viene dada por la siguiente fórmula.
Hp= n∗T63000
Donde
n: velocidad en rpm
T: torque en lbf_in
Reemplazando tenemos
Hp enalta velocida=81∗66.463000
=0.085HP
Hp enbajavelocida=50∗123.963000
=0.098Hp
MOTOR SATURN
Otro de los motores analizados es un saturn, utilizado para recrear el movimiento de un
brazo humano. Cuando este motor es alimentado con una fuerza de 12v y se lleva a una alta
velocidad el motor genera un torque de 162 lbf-in. Cuando el motor se lleva a una baja
velocidad, el motor genera 210lbf-in de torque. Este motor tiene un rango de velocidades de
41 y 70 rpm
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Tabla de características
Condición Velocidad(rpm) Torque (N-M) (lbf-in)
Sin carga con alta
velocidad
70 162
Sin carga con
baja velocidad
41 210
Figura° Motor saturn para vover las barras de un limpiaparabrisas
Imagen toma de desde http://www.scary-terry.com/wipmtr/wipmtr.htm
Potencia del motor
Hp enalta velocidad=70∗16263000
=0.18HP
Hpenbajavelocidad=41∗21063000
=0.14HP
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CAPÍTULO III
DISEÑO
CONDICIONES DE DISEÑO:
En la zona industrial de Piura existen 18 talleres de carpintería, cada taller produce un
promedio de 5 a 8 muebles por día, el acabado de estos muebles en un 20% son con lacas,
el 80% son pigmentos. Entonces tenemos aproximadamente entre 18 y 28 muebles por día
que reciben el acabado de lacado. Cada mueble utiliza entre ½ y un 1 litro de mezcla de
lacas, suponiendo satisfacer esta demanda la máquina debe de producir entre 14 y 28 litros
de mezcla por día, tomando como referencia lo anterior la máquina producirá 25 litros de
mezcla de lacas por día.
Se diseñara una tolva para cada color de laca (rojo, negro, amarilla, transparente y thinner)
con las mismas características, incluyendo la tolva para el thinner, en total serán 5 tolvas que
se distribuirán equidistantes sobre un soporte circular, como son 25 litros a producir cada
tolva debe contener a lo máximo 5 litros de laca o thinner. En consecuencia el diseño de
cada tolva será de una capacidad de 5 litros.
4.1) Volumen de la tolva.
v=π4D2H+ π
2h¿)
Dónde:
D = diámetro de la tolva circular = 11 cmH = altura de la tolva = 35 cmh = altura de la parte cónica = 8cm
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d = diámetro inferior de la parte cónica = 2 cme = espesor de las paredes = 1mm, entonces el volumen es:
v=π4112∗35+ π
28∗(112+11∗2+22)=5.17 l
Con estos datos la tolva cumple la capacidad requerida.
Figura nº Vista frontal de la tolva Figura nº vista de superior de la tolva
Selección del material: Acero inoxidable AISI304
Características: Excelente resistencia a la corrosión a una amplia, variedad de medios
corrosivos, incluyendo productos de petróleo caliente y gases de combustión. Resistente a la
corrosión en servicio intermitente hasta 871ºC (1600ºF) y hasta 926ºC (1700ºF) en servicio
continúo. Excelente soldabilidad, utilizar electrodos tipo 308.
Aplicaciones: Se utiliza en la industria química, alimenticia, textil y petrolera, para piezas
varias y partes que requieran ser soldadas; para fabricar tuercas, birlos, tornillos, partes para
válvulas, cuchillería, artículos domésticos, etc.
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Tabla. Propiedades de algunos materiales inoxidables.
4.2) Diseño del recipiente contenedor de la mezcla.
Considerando que cada mueble a lo mucho requiere de un litro de laca, el recipiente se
diseña teniendo en cuenta esta referencia. Se considerara un recipiente circular, con un
diámetro de 10cm. como necesitamos una capacidad de 1lt. Optamos por una altura de
15cm, las planchas de acero inoxidable existen de distintos espesores, elegimos la de 2mm.
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v=π D2
4∗h.
D: diámetro de la base = 10cmH: altura del recipiente =15cm
v=π ¿102
4∗15=¿ 1178.097cm3=1.18 lts=1.2lts
Figura nº vista frontal del envase figura nº vista superior del envase
Este resultado es aceptable, debido a que el recipiente debe tener una capacidad
mayor, para evitar derrames en el momento de mezclado.
Selección del material: acero inoxidable AISI304
Densidad del material:
d=7.92 kgdm3=7920
kgm3
4.3) Diseño de la base circular.
La base circular será lo suficiente grande como para hacer el agujero para el recipiente
contenedor de la mezcla, este agujero permitirá posicionar el envase contenedor y sujetar
para evitar que se voltee en el momento de la mezcla.
La base circular giratoria estará unida al eje del motor por medio de un acople de engranaje.
Para evitar que el peso de la mezcla interfiera en equilibrio estará superpuesta sobre una
base circular figa, la base superior se deslizara sobre la inferior por medio de un rodamiento
axial, el cual facilitara la rotación, la base inferior es de soporte y va unida a la estructura de
la máquina para darle fijación.
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Cada recipiente contenedor de mezcla será de forma cilíndrica con un diámetro de 10
centímetros, la base giratoria tendrá 1 agujero para colocar este recipiente y asegurar que no
se caiga en el momento del mezclado.
Entonces la base circular será un diámetro exterior de 50cm y un diámetro interior de 4cm,
estos datos son de perspectiva tomando en cuenta la parte ergonómica. para colocar el
engranaje de acople , con espesor de 0.5cm,el agujero tendrán una profundidad de 7mm, es
decir el espesor de la base, para disminuir su peso.
Dimensiones de la base circular
Diámetro exterior: 50 cmDiámetro interior: 4 cmDiámetro del agujero: 10 cmEspesor de la base: 0.5 cm
Densidad del material: 0.257lb
pulg3; tomada de la tabla.
Figura nº vista superior de la base figura nº vista frontal de la base
Selección del material: Será de acero estructural de un espesor de 5mm, utilizado para
puentes, estructuras metálicas, tanques de almacenamiento auto partes, etc. ASTM A-36 Este plancha de acero al carbono - calidad estructural, es usado en todo tipo de
construcciones Estructurales. Producto de la más avanzada ingeniería, es fabricado con un
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punto mínimo de Cadencia de 36,000 psi. Más resistente que la placa A-283. La placa de
acero – calidad Estructural A-36 es ampliamente recomendable para diseñar y construir
estructuras y equipo menos pesado.
Figura nºPlanchas de acero laminadas en caliente. Planchas de acero laminado en caliente
tonado.
4.4) Selección del motor.
Para que la base circular pueda deslizarse sobre la placa base fija, esta debe de superar la
fuerza del rozamiento del rodamiento axial instalado entre ambas placas, donde esta fuerza
de rozamiento es proporcional al peso de la base circular giratoria más el peso de los
recipientes que contienen la mezcla. En consecuencia debemos elegir un motor que tenga
un buen torque y la velocidad pequeña.
Paca calcular la potencia que debe de tener el motor primero debemos de conocer el peso
que de la base circular y el peso del recipiente contenedor de las mezclas de laca.
Peso dela base circular giratoria
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Material: Acero estructural ASTM 36
Densidad =0.257lb
pulg3 =7128.68
kgm3
Volumen: V=π e (ℜ¿¿2−ri2−ra2)¿.
Dónde:
e: espesor de la base.=0.5cmRe: radio exterior=25cmri: radio interior=2cmra : radio del agujero.=5cm
V=π ¿5∗10−3(0.25¿¿2−0.022−0.052)¿.
V=9.36∗10−4m3
Luego la masa viene dada por
mb=d∗V
mb=7128.68 kgm3∗9.36∗10
−4∗m3
mb=6.67 kg
Peso del recipiente contenedor
Material: acero inoxidable AISE 304Densidad: 7920 kg /m3Espesor dela plancha: 2mmVolumen del material
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V=Vb+Vp
Vb : volumen de la base
Vp: volumen de la pared
V=π r2∗e+2 π∗r∗h∗e
R: radio de la base=5cmE: espesor de la plancha=0.2cmH: altura del recipiente: 15cm
V=π 0.052∗2∗10−3+2 π∗0.05∗0.15*2∗10−3
V=1.1∗10−4m3
Luego la masa viene dada por
m=d∗V
m=7920 kgm3
∗1.1∗10−4m3=0.87 kg
mr=0.87 kq
Peso de la mezcla
Para calcular el peso de la mezcla debemos conocer, la densidad de cada componente, en
este caso la densidad de las lacas y del thinner, y sus respectivos porcentajes. Anterior
mente se hizo una descripción de los mezclados para obtener los matizados de lacas, donde
un 70% del volumen total es thinner ,20% de laca transparente y el 10% está compuesto por
las lacas colorantes.. Para determinar la densidad relativa de la mezcla y considerando que
las lacas tiene la misma densidad, y determinare la densidad del matizado color caoba
aplicamos la siguiente formula.
Composición promedio del matizado con lacas
material Porcentaje Masa
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Laca transparente 20% 0.2v
Laca
nitrocelulosa(colorantes)
10% 0.1v
thinner 70% 0.7v
dm=ml+mlt+mtv
A
Dónde:
ml: masa de las lacasmlt: masa de laca transparentemt : masa del thinner.v: volumen total
Hallamos la masa de cada componente
ml=0.1v∗dl
mlt=0.2v∗dlt
mt=0.7v∗dt
Reemplazando en la ecuación obtenemos
dm=0.1v∗dl+0.2v∗dlt+0.7v∗dtv
=0.1∗dl+0.2∗dlt+0.3dt1
dl: densidad de la laca nitrocelulosa=0.925grcm3
dlt: densidad de laca transparente= 0.940grcm3
dt: densidad del thinner= 0.86Kg¿
; densidad tomada de las hojas técnicas de fabricantes
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APENDICE A
dm=0.1∗0.925+0.2∗0.940+0.7∗0.861
=882 kgm3
1lt = 1000cm3
dm=0.882 kg¿
Masa de la mezcla de lacas (Mm)
Mm=dm∗vm
Mm=0.882 kg¿ ∗1<¿0.822Kg
Mm=0.882Kg
Masa total del sistema (base circular giratoria)
mt=mb+mr+mm
mt: masa totalmb: masa de la base=6.67Kg.mr: masa del recipiente=0.87kg.mm: masa de la mezcla=0.882kg
Entonces la masa total es:
mt=(6.67+0.87+0.882 ) kg=8.42kg
mt=8.42 kg
A partir de esta masa hallada podemos calcular la potencia que debe tener el motor para
poder girar la base circular.
Calculo de la potencia del motor
Fuerza ejercida:
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La fuerza que debe de vencer el motor es el peso de la base circular más el peso de la
mezcla de lacas más el peso del recipiente, la fuerza de rozamiento se considerara mínima
debido a que la base fija y la base giratoria estarán unidas por un rodamiento axial. Entonces
la fuerza viene dada por la masa multiplicada por la gravedad
F=mt∗g
Mt: masa total calculada=8.42KG
g: aceleración dela gravedad=9.81ms2
F=8.42 kg∗9.81 ms2
F=82.62 N
Hallamos el torque generado
El torque producido en la base circular giratoria se genera por la fuerza y el radio de la base
circular.
T=F∗r
r: radio de la base circular=25cm
T 82.62N∗0.25m=20.65Nm
T=20.65 Nm
Para calcular la potencia necesitamos la velocidad angular(w)
w=2∗π∗f
F: frecuencia
Si consideramos que la base gire a 50rmp
f=50RPM60 s
=0.83 rev/ s
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W=2∗π∗0.83=5.21 rads
w=5.21 rads
La potencia es (P)
p=T∗w
p=20.65Nm∗5.21 rads
=107.59wat
p=107.59wat
Convertimos a HP
1HP=745.72W
p=0.144hp
Calculo del diámetro del eje se soporte de tolvas.
Para hacer este cálculo debemos conocer las cargas que actúan en el eje, y las condiciones
en que será instalado. El eje soportara una carga estática con leve variación, sin choques,
además tendrá en un extremo un agujero para el tornillo de acople con el manguito y por el
otro extremo estará soldado al eje circular (anillo), la longuito del eje es conocida, debido a
que inicialmente se conoce el diámetro de la base circular fija y esta delimita la longitud del
eje. Su función es sostener a la tolva de tal forma que permanezca estática y rígida cada
tolva tendrá dos ejes para distribuir más uniforme los esfuerzos.
Cargas que soportan los ejes.
Las cargas a soportar por los ejes es el peso de la tolva, el peso de la laca y el peso de la
válvula dosificadora, a continuación hallamos estas cargas.
Peso de la tolva. Para hallar el peso la estructura de la tolva la seccionamos en dos partes,
peso de la parte cilíndrica y la parte cónica. Aplicando la forma de densidad hallamos el peso
primero calculamos el volumen del material de la tolva,
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DISEÑO DE ELEMNTOS DE MAQUINAS I
Vt=vci+cc0
vci=volumen del cilindro,
vco=volumen del cono
Vt=[ 2∗π∗D2 ∗H+( 2∗π∗D2 +2∗π∗d2
2 )∗h]∗e ; La simbología es la misma del diseño de la
tolva
Vt=[ 2∗π∗112 ∗35+( 2∗π∗112 +2∗π∗22
2 )∗7 ]∗0.1Vt=[1209.5+142.94 ] 0.1=135.24 cm3
Convirtiendo a metros cúbicos
Vt=1.35∗10−4m3
Densidad del material (d); el material seleccionado en el diseño de la tolva es Acero
inoxidable AISI304, yd=9720kgm3 ; tabla nº...
El peso es
pt=d∗Vt=9720kgm3∗1.35∗10
−4m3=1.31kg
pt=1.31 kg
Peso de la laca.
La tolva tienen una capacidad de 5 litros, y su densidad es:
d l=940kgm3=0.940
kg¿ Apéndice A
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DISEÑO DE ELEMNTOS DE MAQUINAS I
El peso es PL=v∗dl; v volumen de laca
PL=5<¿0.940 kg¿ =4.7kg
PL=4.7kg
Peso de la válvula. Pv
Pv ¡=0.2Kg
El peso (p) total que soportara el eje es:
P=Pt+Pl+Pv=1.31+4.7+0.2=6.03kq
P=6.03 kq
La fuerza en newton es
F=p∗g
F=6.03∗9.81=59.15N
F=60N
Como en cada tolva hay dos ejes, entonces cada eje soportar la mitad del peso es decir
FE=30N ; La cual permite hacer diseño del eje.
Diseño del eje del motor de rotación del plato
A continuación se detalla el procedimiento que se realizó para determinar el diámetro mínimo que deben tener los ejes tanto del manorreductor del plato giratorio, para transmitir la potencia y velocidad de los motorreductor.
τ=16∗Tπ∗D2….a
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DISEÑO DE ELEMNTOS DE MAQUINAS I
τ=Ssyn……b
Dónde:τ = Esfuerzo cortante debido a la torsión o esfuerzo a la cizalladora. T = Torque. D = Diámetro del eje. Sy = Límite de resistencia a la fluencia. Ssy = Resistencia a la fluencia al corte. n = Factor de seguridad. P = Potencia del motorreductor [HP]. N = Revoluciones por minuto [r.p.m.].
El diseño se realizó en base a la resistencia a la fluencia que tienen el acero de transmisión
Para facilidad del cálculo lo trabajamos en unidades inglesas
Material AISI 1020 Estirado en frio Sy=64KsiP=0.15HpN=50rpm
Cálculo del valor SsySsy =0.5Sy
Ssy=0.5 (64 )=32Ksi
Ssy=32KsiCalculo del torque
De la ecuación de la potencia despejamos T(torque)
T=63000∗PN
T=63000∗0.1550
T=189 Lb∗PgAl igualar las dos ecuaciones a y b
16∗Tπ∗D2=
Ssyn
Despejamos D
D=√ 16∗T∗nπ∗Ssy
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Elegimos un factor de seguridad de n=2
D=√ 16∗189∗3π∗32∗103
D=¿0.3pulg.Pasando al centímetroD=0.76 CmSeleccionamos un D de 8cm, para el eje del motoreductor de acero AISI 1020 laminado en frio.
Diseño – Eje Sujetador Tolva
Máquina – eje
Aluminio laminado en frio 7075 – 0
Sy = 103 Mpa
Su = 228 Mpa
A=π4
(D2−d2 )
σ= FA
A=Fσ
D2−d2= 37 x 4π (228 x106 )
e = 1mm
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e = EspesorPor estirado en frío y tabla encontramos Ka, Su=2.88Ka = 0.8Kb = 0.85 (por torsión o flexión)Kc = 0. 92 para una confiabilidad de 99.9% (coeficiente de confianza)S’n = 0.5 SuS’n = 114 MPa Sn=Ka * Kb * Kc * SnSn = 0.8 * 0.8 * 0.92 * 114Sn = 71.32 MPa (límite de fatiga corregido)
M = F * LM = 37 (0.1)M = 3.9 N.mC = 1.5 cmC = 0.015 m
I= π64
(D4−d4 )
I= π64
(34−2.94 )
I=5.048 x10−9
σ max=MCI
= 3.7 (0.015 )5.042 x10−9
σ max=11Mpa
σ min=MCI
M = F * L (vacío = 12.9 ≅ 13 )
M = 13 * 0.1
M = 1.3
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Se considera como vida infinita
Para las tensiones fluctuantes
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σ a=amplitud de la tensión
σ a=σmax−σmin
2
σ a=11−3.872
=3.565Mpa
σ min=Esfuerzomedio
σ min=σ max+σ min
2
σ min=7.455Mpa
Usando Soderberg (mayor confiabilidad)
σ a=Sn(1−σ m
Sy )σ a=71.32(1−0.435103 )σ a=66.132Mpa
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Cálculo de la fuerzas en la paletas
El sistema de paletas está formado por cuatro brazos, en cada uno de ellos actúa un cuarto
del peso de la mezcla, El peso total de la mezcla es de 0.822kg la que consideraremos 1Kg
que es la suma de las lacas y el barniz, por lo tanto el peso en cada brazo es 0.250. Debido
a que la mezcla se encuentra distribuida en toda la superficie del recipiente contenedor se
necesita de al menos 4 paletas.
Las fuerzas que actúan sobre la paleta son:
𝑤m = Peso de la mezcla que incide en el brazo de la paleta =0.250Kg. 𝑤𝑝 = Peso de la paleta = 0.10Kg. 𝑅𝑌 = Reacción en el plano Y 𝑅𝑍 = Reacción en el plano Z 𝐸𝑎 = Presión lateral activa del material debido a su propio peso 𝜇 = Coeficiente de rozamiento metal laca, este valor no existe en tablas, así que tomando
referencia entre otras superficies =0.2
Aplicando sumatoria de fuerzas e eje z y eje y
∑ Fz=0
Rz−Wm−℘=0
Rz=0.250+0.10=0.35Kq
∑ Fy=0
Ry−μRz−Ea=0
Ea se define de la siguiente manera
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Ea=Ka∗w∗h2
2KQcm
Dónde:
W = Peso específico de la mescla = 8.82*10^-4Kq/cm^3
h = Altura de la paleta = 5 𝑐𝑚
b= Longitud de la paleta = 4 𝑐𝑚
Estas dimensiones son colocadas tomando referencia las dimensiones del recipiente
contenedor
𝐾𝑎 = Coeficiente de la presión activa lateral = 0.22 (tabla 7.14 Anexo A)
Depende de la orientación de la fuerza sobre el sistema (x,y,z)
Entonces la ecuación en el eje y queda
Ry=μ∗Rz+( Ka∗w∗h2
2 )∗b
Ry=0.3∗0.35+( 0.75∗8.82∗10−4∗52
2 )∗4=0.14KqLa reacción RY es la que actúa en cada una de las paletas. Para hallar el torque que se
requiere, se debe multiplicar el valor de la reacción por cada uno de las distancias de las
paletas.
Considerando que la mayor fuerza se concentra en el extremo de la paleta, la distancia de
torque será:
D=4cm, multiplicado por 4 debido a que son cuatro paletas
T=(0.14Kq∗4Cm)∗4=2.24Kg*Cm
T=0.21N .m
P=T∗N
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N: Velocidad en el eje de la mezcladora = 30 rpm
P=0.21N∗m∗30=6.5watt