Trabajo de Grado Leonel Andrade PDF

UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICE-RECTORADO ACADÉMICO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA MANTENIMIENTO MECANICO

PROPUESTA DE UN DISEÑO DE UNA CERNIDORA PARA MEJORAR EL FILTRADO DEL MATERIAL RECICLADO DE PVC EN EL AREA DE MEZCLA DE LA EMPRESA TUBRICA.CA Autor: T.M Leonel Andrade Tutor: Ing. Luis Rodríguez Seminario de trabajo de grado

CABUDARE AGOSTO 2018

UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICE-RECTORADO ACADÉMICO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA MANTENIMIENTO MECANICO

PROPUESTA DE UN DISEÑO DE UNA CERNIDORA PARA MEJORAR EL FILTRADO DEL MATERIAL RECICLADO DE PVC EN EL AREA DE MEZCLA DE LA EMPRESA TUBRICA.CA Trabajo presentado como requisito para optar por Titulo de Ingeniero en Mantenimiento Mecánico.

Autor: T.M Leonel Andrade Tutor: Ing. Luis Rodríguez Seminario de trabajo de grado

CABUDARE AGOSTO 2018

ÍNDICE GENERAL p.p ÍNDICE GENERAL INTRODUCCIÓN .................................................................................... 5 CAPITULOS I EL PROBLEMA ................................................................................... 7 Planteamiento del Problema ............................................................ 7 Objetivos de la Investigación.......................................................... 12 Objetivo General .......................................................................... 12 Objetivos Específicos................................................................. 12 Justificación de la Investigación ..................................................... 12 Alcances y limitaciones .................................................................. 13 Alcances ...................................................................................... 14 Limitaciones ................................................................................. 14

II MARCO TEÓRICO ............................................................................ 15 Antecedentes de la Investigación................................................... 15 Bases Teóricas .............................................................................. 24 Bases Legales................................................................................ 87 Sistema de Variables ..................................................................... 91 Variable Dependiente................................................................... 91 Variable Independiente ................................................................ 92 Definición de Términos Básicos ..................................................... 92

III MARCO METODOLÓGICO ............................................................. 95

iii

Naturaleza de la Investigación ....................................................... 95 Tipo de Investigación ..................................................................... 96 Diseño de la Investigación ............................................................. 96 Población y Muestra ....................................................................... 97 Población ..................................................................................... 97 Muestra ........................................................................................ 98 Técnicas de Recolección de Datos ................................................ 99 Observación Directa..................................................................... 99 Entrevista Estructurada .............................................................. 100 Entrevista no Estructurada ......................................................... 100 Fases de la Investigación ............................................................. 101 Fase I: Diagnostico .................................................................... 101 Fase II: Factibilidad .................................................................... 102 Fase III: Diseño .......................................................................... 104 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................. 108

iv

INTRODUCCIÓN

El reciclado del material de PVC es de gran importancia para las industrias y para el medio ambiente, ya que no se generara desperdicios que contaminen al ecosistema, este proceso corresponde a una de las actividades más eficaces en el logro de la reutilización óptima de elementos no degradables imperfecciones

esto ocurre cuando el material producido tiene algunas y

se

trasladan

al

reciclado

además

se

benefician

económicamente ya que no se pierde material gracias a este proceso, en algunas empresas poseen maquinarias especiales para lograr este objetivo, en algunas ocasiones el material resultante no es del tamaño adecuado para volver al proceso de fabricación, en el presente proyecto se pretende proponer un diseño de una cernidora para mejorar el filtrado del reciclado de PVC

material

en la empresa TUBRICA, CA Zona Industrial III,

específicamente en el área de mezcla. Dicha propuesta pretende dar solución a esta problemática y dando como resultados beneficios tanto en calidad del producto ya que solo los granos de tamaño adecuado serán los que se llevaran al proceso de fabricación, obteniendo además mejores rendimiento y preservar las extrusoras que son las maquinas que dan origen a las tuberías de PVC. Se debe mencionar de acuerdo con los razonamientos que se han venido realizando, se desarrolla este proyecto de investigación, planteando la realización de recolección de datos, cálculos, diseño, y propuesta de una maquina cernidora con la finalidad de resolver los problemas y satisfacer la necesidad que se presenta actualmente en la empresa TUBRICA, CA. Cuyo proyecto es realizado metodológicamente estructurándolo en 5 capítulos, divididos de la siguiente manera:

Capítulo I, Iniciando con este capítulo se encuentra el Planteamiento del Problema demostrando la necesidad que se presenta actualmente en la empresa Tubrica, además se origina el objetivo general y los específicos además se presenta la justificación, alcances y limitaciones del proyecto de investigación. Capítulo II, este capítulo se puede observar el Marco Teórico, presentando los antecedentes de la investigación, las bases teóricas como sustento para realizar los cálculos y diseños, las bases legales, la definición de los términos básicos y la definición y conceptualización de las variables. Capítulo III, este capítulo está basado en el Marco Teórico, presentando la metodología empleada para la realización del proyecto, incluyendo la población y la muestra del estudio a realizar, las técnicas de recolección de datos que serán usadas y por ultimo cada una de las fases que demuestran cómo se hará para lograr cada uno de los objetivos de la manera más viable posible.

CAPÍTULO I EL PROBLEMA

Planteamiento del Problema Las industrias hoy en día son la base de las economías de muchos países, sin el Desarrollo Tecnológico que está ligado a esta actividad no podríamos contar con una gran cantidad de artefactos y dispositivos que utilizamos en las actividades que tengan que ver en molienda de materiales, se debe separar los resultantes de forma en que se agrupen según su tamaño deseado, para tomar como objeto tendremos el PVC (policloruro de vinilo) es un plástico obtenido de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo le permite ser empleado en una serie de productos los cuales pueden tener la capacidad de ser flexible o rígidos, el cual se recicla para transformarlo en un producto igual al que era, o diferente gracias a su facilidad

de transformación

y

termo

plasticidad, los procedimientos

industriales para este proceso de reciclado se logra mediante maquinaria como lo son: el molino, el granulador y el pulverizador En referencia a la clasificación anterior se aclara un poco mas cual es la función de cada una de esas maquinarias, el molino el cual destruye el material en partes los cuales pasan a la maquinaria llamada granulador el cual reduce a menor tamaño el material y luego se es transportado al pulverizador que viene siendo ya el último paso que es llevarlo a un diámetro de un tamaño muy inferior, por lo que viene a que algunos granos resultantes de las fases de transformación anteriores resulten que por alguna razón salen a diámetros de mayor tamaño lo cual no es optimo para el reciclado puede lograr ese filtrado con un sistema mecánico por el cual el presente

4 proyecto se centra en la temática: Diseño o rediseño de máquinas o equipos basado en confiabilidad, mantenibilidad, disponibilidad y seguridad (RAMS) pretende resolver la problemática de depurar el material de partículas de diferente tamaños. Tuberías Rígidas de PVC (TUBRICA) ubicada en la ciudad de Barquisimeto en la Zonda Industrial II, estado Lara, se dedica al procesamiento de tuberías y conexiones de resinas plásticas de PVC, su organización está estructurada por departamentos de gerencia, la cuales son logística, finanzas, comercial, staff, recursos humanos y manufactura, lo que lleva a que la empresa está conformada por aproximadamente quinientos (500) trabajadores la cuales están en diferentes áreas como lo es en los tres (3) galpones, el primer galpón se encuentra el área de inyección la cual se fabrican los productos que solo se pueden producir con dicho proceso y con su respectivo departamento de control de calidad, el segundo galpón el área de productos terminados la cual se encarga de compras, ventas y comercialización de todos los productos que se hayan terminado su proceso de fabricación. Y por último el tercer galpón el cual es donde se encuentra el área de extrusión, su propósito es la fabricación directa de las tuberías, esta área es la más dinámica de dicha empresa ya que diariamente se formulan proyectos de diseño y mejora, igualmente existe el área de utillaje el cual se encarga de cambios y calibración de moldes como también sustitución de las resistencias a la maquina encargada de extruir la tubería, conjuntamente se encuentra el departamento de mantenimiento y el laboratorio de control de calidad que con estudios y ensayos demuestran y colocan en práctica las resistencias de las tuberías y su flexibilidad, como estudios de granulometría el cual según Sánchez (2013), afirma que. “Es la medición de los granos de una formación sedimentaria y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica” (p.57). Entre otros se encuentra el departamento de mezcla

5 realiza el manejo de los componentes que conforman las tuberías y se encarga en la parte de reciclado la cual se observó que tienen maquinaria como un molino, granuladora y pulverizadora. Continuando,

en

la

Empresa

TUBRICA

el

transporte

de

los

componentes para la elaboración del compuesto de tuberías rígidas se maneja o se traslada mediante tres (3) formas

que están actualmente

funcionando y cumpliendo su función las cuales pueden ser mediante conductos con ayuda de motores sopladores, o blowers los cuales su principal función es originar o proporcionar una fuente de aire la cual empujara el material a transportar, el siguiente método es con el fenómeno de presión en vacío o también llamada presión negativa la cual es una que está por debajo de la de la que tiene la atmosfera este método se logra con adaptación de motores que ya están fabricados para lograr ese objetivo y poder transportar el material y por ultimo método es con el medio de inyección de aire comprimido lo cual consta que se adaptan en el recorrido de la tubería por donde va a pasar el material una serie de dispositivos que mediante pulsos eléctricos inyectaran una porción de aire comprimido y así empujar bruscamente lo que se transportara. En dicha empresa es utilizado también el material reciclado que proviene específicamente del proceso de molienda, granulado y pulverizados y se transporta mediante monta carga, este material reciclado son tuberías o producto finalizado que por varias razones no aprobaron la prueba de calidad como por ejemplo: su proceso de extrusión fue deforme o con rayas, a estas tuberías se les llama materia o producto no conforme de extrusión o del almacén de productos terminados, además llamados también scrap, se ha presentado una serie de problemáticas en dicha área al tratar de moler y volver a procesar ese material, se ha observado que los granos de la materia ya pasada por el proceso de molienda, de granulado y luego el pulverizado el resultado es que son de un tamaño el cual no es el adecuado para la extrusión, Torres (2011) nos dice que

6 “La extrusión es un proceso continuo, en el cual los productos acabados se obtienen forzando material fundido a través de una herramienta de conformación. El material utilizado en el proceso de extrusión se caracteriza por un alto nivel de viscosidad, y los productos se obtienen con una sección transversal de la forma deseada, como por ejemplo el plástico”. (p.20). Cabe destacar que El PVC es la resina sintética más compleja y difícil de formular y procesar, pues requiere de un número importante de ingredientes y un balance adecuado de éstos para poder transformarlo al producto final deseado, en las tuberías se nota algunos granos del material previamente reciclado que surgen sin ser derretido por la temperatura que se está establecida para un buen funcionamiento o mezclado dentro de la extrusora. Consigo las tuberías al someterse por los ensayos en el laboratorio de control de calidad, los cuales son ensayos de presión en agua fría, ensayo de presión en agua caliente, ensayo de aplastamiento, prueba de impacto, y ensayo de resistencia a soluciones acidas. De las evidencias anteriores se detallara sobre dichos estudios , en los ensayos de presión en agua fría consiste en seleccionar una tubería que ha salido del proceso de extrusión y la sumergen en un tanque junto con unas juntas especiales que son unos tapones de acero que sellan las dos caras de las tuberías, y posteriormente le someten una presión máxima de hasta 2500 psi, la cual en ese momento dicha tubería deberá soportar hasta cierta presión indicada por normas nacionales como son covenin, o normas internacionales como la ASTM, si las tuberías serán exportadas, existe dos (2) tipos de pruebas en este caso, la primera es que la tubería debe soportar una presión indicada, y la otra es hacerla estallar con una presión mucho mayor a la que debe soportar, y así saber a qué nivel de resistencia puede soportar la tubería y las demás que se estén fabricando, ese ensayo se realiza cada dos (2) horas en cada línea de trabajo. En el caso del ensayo de presión en agua caliente este consiste igualmente al anterior, en diferencia que el agua la elevan a temperaturas de

7 hasta noventa grados centígrados (90°C), en el ensayo de aplastamiento se realizará mediante una máquina de ensayo capaz de aplicar la carga total de prueba, sin sacudidas ni impacto aplicando una fuerza para estudiar el comportamiento de las propiedades de dureza y flexibilidad de la tubería, la carga se aplicara a través de un apoyo superior como por ejemplo un eje de acero, y dicha carga debe ser aplicada en forma continua hasta alcanzar el valor deseado de rotura de la tubería, el esfuerzo resultante del proceso de aplastamiento dentro del tubo así como las cargas resultantes por la carga de presión interna puede contribuir a incrementar los vacíos y defectos. Esto puede crear el crecimiento de grietas a través de la pared de la tubería y finalmente causar una fuga o la antes mencionada rotura. Además está la prueba de impacto, esta prueba la realizan en la parte de afuera del laboratorio ya que la maquinaria origina mucho ruido y es constante y altera la concentración del personal de estudio dentro del laboratorio además que es más cómodo el estudio en esa área, el ensayo consiste dejar caer desde una altura máxima de al menos tres punto cinco metros (3.5 mts) y una mínima de cero punto seis metros (0.6 mts) o sesenta centímetros (60 cm) sobre una tubería, la altura depende del diámetro de la tubería, el espesor, si es para agua fría o caliente y luego se procede a estudiar. Hay tres tipos de impactadores, del tipo A es un cono con una punta redondeada de aproximadamente nueve kilos (9 kg), de tipo B es un cilindro con una superficie relativamente plana, y Tipo C tiene un diámetro de pasador de uno punto veintisiete centímetros (1.27 cm) con un extremo redondeado. La prueba es saber la resistencia al impacto que tiene dichas tuberías, además se da un estudio visual luego del impacto para saber cómo es el resultado de deformidad en su cuerpo ya que visualmente se pueden detectar algunos resultados que posiblemente es de mucho interés. Y por ultimo tenemos el ensayo de resistencia a soluciones acidas el cual este ensayo se efectúa empleando una sustancia la cual es diclorometano o

8 cloruro de metileno, esta sustancia La muestra consistirá de probetas conformadas por trozos de tubos de aproximadamente ciento cincuenta milímetros (150 mm) de longitud dicha prueba se utiliza para caracterizar el grado de plastificación y la uniformidad de la tubería. Indicado lo anterior a las tuberías les cuesta aprobar dichos estudios, y se sospecha que el motivo recalca en el tamaño de los granos que salen de la pulverizadora, Michelena (2013), refiere que los pulverizadores están hechos para el tratamiento de materiales como el plástico con tamaños inferiores y con superficies que pueden ser extremadamente duras. Antes de llegar a dicha maquina, el material a reciclar debe pasar por unos procedimientos, y maquinarias, las cuales vienen siendo: primero se selecciona el material a reciclar que este se encuentra en el área de producto no conforme, luego ese material es lavado para quitarle el mayor sucio posible que se adhirió mientras recibían por el ambiente, luego ese material ya secado se traslada hacia el molino ZRS 1000. Este triturador es llamado Zerma por su marca, Las trituradoras ZRS son las primeras trituradoras de eje único del mundo capaz de manejar tuberías de gran diámetro de hasta mil doscientos milímetros (1200 mm) sin la necesidad de pre corte. Desde su introducción, se convirtieron en el estándar per se para la trituración de tuberías y son utilizados por los principales fabricantes de tubos en todo el mundo el diámetro y el ancho del rotor ZRS oscilan entre ochocientos y mil quinientos milímetros (800 mm y 1500 mm). La tolva estándar se adapta a todas las longitudes de tubería de hasta seis metros (6 mts). La combinación de controles avanzados, baja velocidad del rotor y una hidráulica suave crea un sistema confiable y fácil de usar para los operarios de la empresa, las tuberías luego que salgan del triturador con tamaños que aun no pueden llevarse a la pulverizadora, son transportado

directamente

saliendo

del

molino

sobre

una

cinta

transportadora, la cual en ella está un detector de metales y si en algún caso el detecta un metal ella se detiene automáticamente y así evitar daños en el

9 granulador. Se explica entonces, el granulador es el que reduce el tamaño del material esta maquinaria contiene unas cuchillas atornilladas en un rotor el cual gira a una velocidad de aproximadamente ocho mil revoluciones por minuto (8000 RPM), existen tres (3) cuchillas fijas las cuales están en separación de las móviles en una distancia de aproximadamente cero punto ocho milímetros

(0.8) centímetros El corte en V estándar crea una

rectificación de alta calidad con un porcentaje muy bajo de granos finos en el material de salida. La tercera cuchilla del estator extraíble del granulador actúa como una cuña deflectora y permite que la máquina se ajuste rápidamente a diferentes escenarios de aplicación, al momento de salir el material de este procedimiento, sale a un diámetro que ya puede transportarse al pulverizador En la pulverizadora existen dos (2) motores que contienen unos discos que realizan el proceso de pulverizado estos discos en dicha maquina están calibrados a la medida que deben salir los granos la medida de la calibración es de cero punto quince milímetros (0.15 mm), pero por fricción los mismos aumentan el tamaño fusionándose con otros y aumentan su diámetro lo cual esto traerá problemas más adelante en la extrusión, detallando el proceso de extrusión tenemos que al momento de alimentar la extrusora el transporte debe ser manual a la tolva principalmente desde la pulverizadora cae el material en sacos llamados BigBag, son sacos hechos de polipropileno que pueden soportar hasta más de mil kilogramos (1000 kg) de peso en material reciclado, luego estos sacos son levantados y mudados con ayuda de un montacargas hacia el área donde se encuentran las líneas de extrusión, luego es reposada sobre una estructura de vigas la cual desde allí es succionado mediante presión negativa hacia la tolva de la extrusora que no es más que un recipiente que contiene y dosifica el compuesto reciclado. Éste pasa por una trampa de imanes, que garantiza que no se mezclen elementos metálicos dentro de la extrusora que puede dañar la misma. El

10 PVC pulverizado y libre de toda partícula metálica entra al barril o cañón de la extrusora a temperaturas controladas donde se encuentra un husillo (tornillo sin fin) mezclando dicho material que pasa por varias zonas del barril, donde se transportan los gránulos sólidos y se eleva su temperatura indicada, luego se comprimen y son sujetos a fricción. Logrando una fusión la cual no es tan efectiva por los granos que no están en el diámetro indicado que salieron de la pulverizadora cual es el resultado del grano que está alterando las propiedades de las tuberías. Subsecuente tenemos que con esta alteración, los tornillos mezcladores que están localizados dentro de la extrusora los cuales

realizan el

aplastamiento y mezclado con una temperatura normalizada, estén sufriendo desgaste ya que no es capaz el fundir la mezcla y dichos granos rayan y empobrecen su vida útil, los cuales son de un costo elevado para repararlos o comprarlos, además dichas tuberías con este problema se observo que al momento de realizar los ensayos en el laboratorio de control de calidad no pasan la prueba y se nota que al momento del origen de las fisuras en las tuberías se examino que había presencia de granos que no se fundían y realizaban una solidificación homogénea. Lo que origina que se realice este trabajo de investigación para proponer un diseño de un dispositivo con para mejorar el filtrado del material reciclado de PVC en el área de mezcla. En relación al estudio se citaran autores quienes culminaron con éxito sus carreras académicas y sirven de soporte a la investigación, tal es el caso de: Gómez y Villarroel (2015), “Análisis del concreto estructural con sustitución del desecho producto de la escarificación del asfalto (ripio del 20% al 25%) en el agregado fino como alternativa para el diseño de mezclas”. el segundo autor que realizo su trabajo de grado es: Salazar, (2014) “Implementación de una tamizadora vibratoria para arenas de moldeo en el taller de fundición de la facultad de mecánica de la escuela superior politécnica de Chimborazo”. y por ultimo prototipo de tamiz para harina de yuca”.

Capace, (2013) “Diseño de un

11 A causa de que en la empresa TUBRICA, no se había procesado antes las tuberías con material reciclado, ya que contaba con una buena gestión de obtención de materia prima, como la resina de PVC y los demás compuestos que se agregan junto a la resina para elaborar las tuberías, esa materia prima se le llama resina virgen, se obtenía gracias a distribuidores capacitados que procesaban dichos compuestos, en la actualidad, se es difícil la obtención de los mismos, ya que por falta de algunos ingredientes no se puede producir las resinas de las empresas y distribuidores que las fabrican, conjunto a esto se viene trabajando gracias al reciclado de todas las tuberías que no pasaron el proceso de calidad por varias razones ya mencionadas anteriormente, y producto a esto se necesita un mejor filtrado para el material reciclado. Consecuentemente el estudio que

se pretende a realizar es para

mejorar el purificado o filtrado de la materia reciclada, proponiéndole a la empresa un diseño de una máquina capaz de lograr este objetivo con resultados satisfecho y no solo de filtrado del material, además con esta maquinaria se podrá obtener otras ventajas tales como: mejores resultados en la fundición del material al momento de que se esté realizando la mezcla dentro de la extrusora, y hasta otro proceso que vendría siendo el cribado del material, este estudio es de gran relevancia ya que se aprovechara al máximo todas las tuberías que no pasaron la pruebas de calidad, y pueden ser reutilizadas, obteniendo los mismos resultados que se dan cuando se procesa las tuberías con material virgen. Finalmente este trabajo presenta un estudio el cual se ha indicado y explicado sobre las organizaciones, más que todo en los procesos que lleva a cabo el área de mezcla para lograr aprovechar al máximo el material que se llama productos terminados no conformes o material de reciclaje, lo que nos lleva a que el estudio tratara de responder las siguientes interrogantes: ¿Cuál es la situación de la empresa en cuanto al reciclado del material de PVC? ¿Qué tan admisible podrá ser en relación a lo técnico, económico y

12 operativo para realizar el proyecto?, ¿Cuales aspectos se debe considerar para el diseño de un dispositivo que logre el propósito de mejorar el filtrado del material reciclado de PVC?, para dar respuesta a estas interrogantes surgen los siguientes objetivos de la investigación.

Objetivos de la Investigación Objetivo General Proponer un diseño de una cernidora para mejorar el filtrado del material reciclado de PVC en el área de mezcla en la empresa TUBRICA. CA

Objetivos Específicos 1. Diagnosticar la situación actual de la empresa con respecto al reciclado del material de PVC 2. Determinar la factibilidad técnica, económica y operativa para la viabilidad del proyecto. 3.

Establecer los parámetros a considerar para el cálculo y selección de los

elementos del diseño de la propuesta del estudio.

Justificación de la Investigación La presente investigación se enfocará en estudiar el mejoramiento del filtrado en el material previamente molido, granulado y pulverizado que fue reciclado por dichas fases, la utilidad de este estudio radica acerca de la profundización de lo importante que es el filtrado de los granos de material reciclado para un mejor resultado en el proceso de fabricación de las tuberías, esto con finalidad de que el producto terminado se entregue con la mejor calidad posible a los clientes y cumplan sus expectativas y exigencias,

13 así aumentando la política de calidad de la empresa la cual según, Álvarez (2012),

“satisfacer las expectativas y necesidades de nuestros clientes y partes interesadas, fabricando y comercializando tuberías y conexiones de alta calidad, considerando el contexto organizacional, mediante el mejoramiento sostenido de los procesos contando con un recurso humano bien capacitado y motivado” (p. 158) Continuando, la investigación planteada contribuirá a enriquecer conocimientos y con ello generar ideas de progresar y mejorar otras maquinas o procesos dentro y fuera de la empresa, y además con aportes técnicos con respecto al desarrollo de innovadores diseños para la nación, a todos los estudiantes que pretendan guiarse en la rama de diseño el presente estudio tiene buenos aportes con respecto a análisis de estructuras que pueden servirles en muchos estudios referente a esta línea de estudio. El presente trabajo se enmarca en los lineamientos de investigación de la escuela de Ingeniería en Mantenimiento Mecánico de la Universidad Fermín Toro, Eje Rector 4: Inventiva, Creatividad, Innovación y Prospectiva la cual tiene como línea de investigación Optimización de Sistemas Productivos.

Alcances y limitaciones Los alcances y las limitaciones de un estudio o un proyecto de investigación se realiza una vez justificado la búsqueda, los alcances es lo que pretende alcanzar el autor detalladamente con su indagación, en las limitaciones se indica que es lo que trae como obstáculo no pueden estar referidas directamente a las funciones y actividades del propio investigador, sino que estas dependerán de factores externos a éste, en resumen estas limitantes son referente a la investigación y no al investigador o autor, dichas limitantes no son los obstáculos de continuar el proyecto si no los limites que

14 se tiene para poder llegar a las aspiraciones de la investigación.

Alcances La actual investigación se centra en mejorar el filtrado de los granos ya previamente pulverizado del material reciclado que proviene de las tuberías que no fueron aceptadas en el laboratorio de control de calidad, ya sea por deformaciones en el proceso de extrusión o que no pasaron los ensayos de evaluación, la cual va dirigida a la empresa TUBRICA. CA que es donde se pretende hacer la propuesta del estudio, detallando un poco más, el diseño de la maquinaria de esta investigación tiene que lograr tamizar o cernir los granos a un tamaño adecuado para la fase de extrusión, y con ello llevara a la mejora de las propiedades de las tuberías, este mismo deberá ser de fácil instalación, operación y mantenimiento.

Limitaciones Con respecto a las limitantes, en los actuales momentos se desconoce si va haber alguna, para ello me centro, Universidad Fermín Toro, Decanato de Investigación y Postgrado. (2016). Normas para la Elaboración y Presentación de los Trabajos de Grado para Especialización, Maestría y Tesis Doctoral. “Las limitaciones son los obstáculos o restricciones enfrentadas en cualquiera de las etapas del desarrollo de la investigación, que sea relevante para los resultados. Son referidas a la investigación y no al investigador”. Para ello en el desarrollo del estudio si se llegara a presentar alguna en cualquier momento, este apartado será modificado colocando las limitantes que haya sucedido para así estar al tanto de los obstáculos encontrados en la ejecución de la investigación.

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Santalla (2003), “El marco teórico está constituido por un conjunto de teorías, enfoques teóricos investigaciones y antecedentes que se consideran validos para el encuadre correcto de la investigación que se quiere realizar.” (p.77). A continuación se iniciara el desarrollo de toda la teoría con la que completa y sustenta el tema que se está estudiando, en relación a esto toda esa información que se deberá recolectar ayudara a proporcionarnos un conocimiento profundo de la teoría que le dará significado a la investigación, en este capítulo se hace una revisión documental la cual es importante ya que por una parte permitirá ubicar el tema con teorías existentes y por otra parte una descripción detallada de cada uno de los elementos de la teoría.

Antecedentes de la Investigación En la realización de la presente investigación se llevara a cabo una inspección o revisión de diferentes estudios desarrollados con anterioridad la cual tiene similitud con este trabajo, y además proporcionan una series de aportes significativos para el desarrollo del mismo, tal es el caso de: Gómez y Villarroel, (2015) presento una investigación titulada “Análisis del Concreto Estructural con Sustitución del Desecho Producto de la Escarificación del Asfalto (Ripio del 20% al 25%) en el Agregado Fino como Alternativa para el Diseño de Mezclas”. En este Trabajo Especial de Grado se evaluó el comportamiento mecánico del concreto estructural, sustituyendo el agregado fino por el producto de la escarificación del asfalto (ripio), en porcentajes del20 % al 25 % para resistencias de diseño de 250 kgf/cm.las mezclas se

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realizaron según la norma COVENIN 354:2001. Se realizaron ensayos a los agregados, al concreto fresco y al concreto endurecido. La data obtenida fue procesada a través de tablas y gráficos comparativos, que permitieron contrastar los resultados de las mezclas con sustitución respecto a la mezcla patrón. El asentamiento promedio obtenido fue de 9.1 cm, se observó una ganancia de asentamiento y trabajabilidad a medida que aumentaba la dosificación de ripio en las mezclas, se infiere esta característica a la impermeabilidad del asfalto que contiene el ripio. Las resistencias obtenidas fueron de 263 kgf/cm² para la mezcla patrón, 225 kgf/cm² para la mezcla con sustitución parcial del ripio en el agregado fino en un 20 % y 212 kgf/cm² para la mezcla con 25 % de sustitución. Se recomienda establecer un control de los agregados para la obtención de los parámetros de humedad y absorción, y realizar mezclas usando aditivos superplastificantes que mejoren la trabajabilidad, resistencia y la durabilidad. Dicho estudio sirve como soporte ya que el autor estudio el tamizado de la mezcla según la norma ASTM D-422 la cual tiene los números de mesh o mallas según la escala ya en norma para el estudio de granulometría que se pretende realizar para obtener la información del tamaño adecuado del grano del material reciclado de PVC y se pretende la selección de el numero de mesh o tamaño de la malla para la maquina que se está proponiendo en este proyecto para así adecuar los tamaño deseados de los granos del material ya previamente pulverizado, además de su estudio se contemplaron referencias a la búsqueda de dichas mallas. Continuando con el segundo autor que realizo su trabajo de grado Salazar, (2014) que lleva de titulo “Implementación de una Tamizadora Vibratoria para Arenas de Moldeo en el Taller de Fundición de la Facultad de Mecánica de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo”. Como resumen tiene La construcción e implementación de una tamizadora vibratoria para arenas de moldeo en el taller de fundición de la Facultad de

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Mecánica de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, se realizó con la finalidad de mejorar el proceso de tamizado manual de arena para moldes, que permitirá obtener un tamaño de grano óptimo para lograr un acabado de calidad. Con la ayuda de un soporte informático de diseño y modelo de mecanismos se obtuvo los planos de la tamizadora y las especificaciones técnicas de los materiales para su construcción. Para la construcción de la máquina se empleó el corte, doblado y soldadura como procesos de operación más importantes. El ensamblaje de los elementos se realizó colocando los ductos de descarga de material al canal principal de la máquina, en la barra estabilizadora fueron acoplados los muelles, posteriormente se situó el porta tamiz a la estructura soporte, para finalizar con la colocación del motor vibrador y la botonera, en el proceso de control y seguridad de elementos ensamblados se procedió a realizar la prueba de funcionamiento tamizando 1 m3 de arena de moldeo donde la máquina cumplió con todos los parámetros establecidos en las etapas de diseño, el tamiz seleccionado fue el adecuado porque permite lograr el tamaño de grano óptimo para el moldeo; y, el caudal de tamizado supera las expectativas planteadas debido a que la máquina puede procesar 9 m3 de arena por hora. Se recomienda no sobrecargar la máquina para obtener mejores resultados y prolongar el tiempo de vida útil de cada uno de los elementos que la constituyen. Este trabajo de investigación sirve de aporte ya que el autor trabajo para el diseño de una tamizadora la cual tiene un sistema vibratorio y anteriormente se tamizaba manual, con el diseño que el implemento se noto cuales son las partes principales de dicha maquina y además utiliza la tabla de mesh de serie Tyler, USA Estándar y British Estándar las cuales el estudio sus comparaciones para lograr la selección adecuada para su aplicación. Por otro lado esta Capace, (2013)

titulando su trabajo de grado

“Diseño de un Prototipo de Tamiz para Harina de Yuca”. En su resumen

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coloco en el presente trabajo de grado, el propósito es diseñar un prototipo de un colador para harina de yuca, en el que existían prototipos de analizadores en Venezuela; como los de lombrices, harina de maíz, etc. Seleccionamos la idea de que es muy cierto las necesidades de los productores locales, para concretar este potencial y los sistemas de desarrollo para proceder a la harina de yuca, que permitiría un costo competitivo final, que garantizaría las ofertas continuas con los estándares de calidad apropiados como éxito, en el otro país vecino como Brasil y Colombia, fueron si existiera un gran consumo de harina de yuca y sus derivaciones. En el diseño de las piezas y ensamblajes utilizamos el software pro / ENGINEER 3.0. Wildfire, Solidworks (CAD / CAM), deseo permite la proyección completa de un prototipo realizado, así como toda la planimetría requerida como los detalles del tema, para la posterior construcción y la selección de materiales, elementos constructivos y arreglados presentes en el país e incluyendo toda la rutina de cálculos en el campo mecánico, requerida para modelar y verificar la función correcta, que finalmente permitirá el prototipo deseado para la solución de la problemática acatada en dicha área. Como conclusiones del trabajo tenemos Se estudiaron varias máquinas de tamizado de yuca en Venezuela, y no se obtuvo ningún resultado en cuanto a una máquina de intervención en un proceso continuo. Se dotó a la empresa de un diseño de detalles el cual complementa un proyecto para el desarrollo endógeno, económico y social del país, además que aporta un diseño innovador integrando las condiciones planteadas inicialmente en el proyecto, para la ayuda de los PYMES. Este diseño forma parte de un proceso para obtener harina de yuca en 2 líneas de producción, de múltiples etapas completamente dependientes una de la otra, por lo tanto su costo disminuye y la eficiencia aumenta al funcionar a plena capacidad (de forma continua). Al haber seleccionado materiales convencionales, elementos

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constructivos y de fijación, así como haber realizado un completo normalizado de las dimensiones, su posterior construcción y mantenimiento, será mucho más sencilla para los operadores y técnicos especializados en el área de desarrollo y construcción, tanto del CIMEC-FII como de los PYMES. Dicho trabajo nos da como aporte la utilización del software solidworks para el modelado y diseño en 3D de la estructura y de la maquinaria completa, el beneficio de haber elaborado una secuencia de planos así como generar los archivos CAD/CAM, permite hacer modificaciones en el diseño para realizar prototipos de mayor o menor dimensiones y capacidad así como mejorar el diseño de cada elemento o conjunto realizado, además los comportamientos que obtuvo al analizar su movimiento vibratorio, se nos dio conocimiento al saber cómo elegir un motor con respecto al peso que el mismo debe mover o trasladar. Pérez, (2013) titulando su trabajo de investigación como “Diseño y Construcción de una Máquina Tamizadora para Análisis Granulométrico de Polvos Metálicos para el Laboratorio de la Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica” en su trabajo de grado dio como resumen, La tamizadora de laboratorio para análisis granulométrico en polvos metálicos, es un equipo de laboratorio que permite dividir los polvos metálicos en sus diferentes tamaños de grano. Los polvos metálicos tienen un amplio uso en la industria pulvimetalurgica, especialmente en fundiciones y ensayos no destructivos; para lo cual el tamaño granulométrico debe ser específico. En el presente proyecto técnico se partió realizando una investigación bibliográfica de los tipos de tamizadoras que se utilizan en la industria. A partir de las características técnicas de las tamizadoras para polvos metálicos se identificaron aquellas que cumplían con la norma ASTM B214-16. Para seleccionar la tamizadora que sería construida, se definieron los siguientes criterios de selección: técnicos, mecánicos, de mercado, de construcción y de mantenimiento; además se ponderó cada criterio. Finalmente la tamizadora seleccionada fue la Tamizadora Horizontal. El

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diseño tuvo como punto de partida las características técnicas definidas en la norma ASTM B214-16. Los componentes diseñados fueron: Eje conducido, Sistema de transmisión (poleas, reductor de velocidad y motor), Estructura, Soporte de tamices, Chaveta del eje. Se realizaron los siguientes cálculos de diseño: Torque, Momento máximo, Potencia del motor, Relación de transmisión, Cálculo para selección de poleas y bandas, Esfuerzo en la banda, Factor de seguridad del eje conducido, Selección de rodamientos y Perfil estructural. Las principales actividades durante la construcción de la Tamizadora Horizontal involucró corte y doblado perfiles y planchas; soldadura de la estructura; taladrado de agujeros; fundición del soporte de los tamices; torneado de ejes, tapa y base del soporte. En las pruebas de funcionamiento se realizaron ensayos para cada tamaño de grano indicado en la norma, mediante diferentes combinaciones de grupos de tamices. Como objetivos se obtuvo; Establecer los parámetros de diseño de la tamizadora. Calcular y diseñar la tamizadora de acuerdo a las necesidades del laboratorio de la carrera de ingeniería mecánica. Construir la tamizadora. Verificar que la tamizadora cumpla con los requerimientos de diseño establecidos en la norma ASTM B214-16. Realizar la prueba para análisis granulométrico establecido en la norma ASTM B214 16. En el trabajo de grado se encontró como conclusiones; Los resultados relevantes de las pruebas realizadas en una masa de 100 gramos Para análisis granulométrico, éstas indican que la perdida de material es menor o igual al 1%, que está dentro del rango de aceptación de la norma ASTM B214-16. Los requerimientos de la norma ASTM B214-16 indican que para realizar un buen tamizado de polvos metálicos se debe cumplir con las siguientes condicione: giro entre 270 a 300 rpm durante 15 min. Lo que se consiguió con el diseño fue: un motor que gira a 276 rpm durante 15min. En base a los parámetros de diseño se dimensiona la “Tamizadora para análisis granulométrico de polvos metálicos” y se obtiene una tamizadora lo más

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compacta y liviana posible; cuyas dimensiones son un cuerpo de 570 mm de ancho, 635 mm de profundidad, 425 mm del piso a la base y una torre de tamices con una altura máxima de 500 mm. Los parámetros de diseño para la elaboración de la “Tamizadora para análisis granulométrico de polvos metálicos” se definieron tomando en consideración una tamizadora completamente cargada con una torre de 6 tamices, una tapa y un fondo según indica la norma ASTM B214-16. Los parámetros relevantes establecidos para el diseño son: el torque, potencia del motor, relación y sistema de trasmisión, momento máximo del eje conducido, factor de seguridad tipo de rodamiento y tipo de perfil estructural. Los datos obtenidos para cada una de las pruebas dan resultados satisfactorios en cuanto al porcentaje de masa final después de cada proceso de tamizado, lo que indica que se cumple con los requerimientos de la norma ASTM B214-16. Por otra parte el tamaño de las partículas de sílice, material utilizado para la prueba, en su mayoría es mayor a 45 μm. La contribución a este proyecto, el autor laboro su estudio con relación a comparaciones de tamizadoras o cernidoras en el mercado para lograr un diseño optimo que se adecue a su objetivo, en la selección de los rodamientos concluyo que el tipo axial era el más adecuado según sus cálculos y comparaciones, se rigió por la norma ASTM-B214-16 la cual es la norma para el estudio de polvos metálicos y se pudiera tener alguna noción de la aplicación de los diferentes tamices que se pueden elegir, en la estructura a la hora de calcular sus esfuerzos utilizo el método ASD (Allowable Stress Design – Diseño por Esfuerzos Permisibles para diseño de vigas por momentos). López, (2013) dando como nombre a su proyecto de grado “Modelo de Elementos Finitos para el Cálculo de Arcos. Validación en estructuras agroindustriales de Acero”. Este autor da como resumen; En el mundo de la ingeniería, desde siempre ha habido una gran atracción por la forma curva

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del arco y su fenómeno resistente. Su aparente sencillez y la pureza de la línea que configura su forma encierra una estructura que se adapta perfectamente para resistir cargas y vencer grandes luces. Sin embargo, no es la forma curva la cualidad fundamental del arco, pues lo esencial de esta estructura se encuentra en los esfuerzos longitudinales de contrarresto, que se visualizan en los empujes horizontales sobre los apoyos, pese a que las cargas externas sean verticales. En edificación agroindustrial el uso del arco ya denota la búsqueda de una estética que se aleje de la mediocridad general en el diseño que rige este tipo de estructuras. En arcos de cubierta predominan las sobrecargas variables frente a las cargas constantes, por lo que el intento de búsqueda de una directriz que se adapte al anti funicular de una determinada combinación de cargas pierde relevancia frente a otras consideraciones, como la estética, la singularidad de la edificación, la facilidad de doblado del acero bajo radio constante, la especialización en el campo de la edificación agroindustrial incluye la capacidad técnica para la realización de edificaciones fabriles. La tipología estudiada se centra en arcos de acero con los extremos empotrados o articulados, con la posibilidad de que los apoyos estén a nivel o, por el contrario, que exista un desnivel entre las extremidades. Continuando con parámetros de diseño, otro factor fundamental es el rebajamiento del arco, o relación entre flecha y luz, que va a tener influencia en el diseño y en los empujes en los apoyos. Compaginando ambos criterios, se decide estudiar arcos con relaciones comprendidas entre 1/5 y 1/10, recomendando el intervalo 1/6-1/8. A la hora de estudiar métodos de cálculo, el estudio se inicia con el método de los desplazamientos, que resuelve la cuestión con una perspectiva pedagógica, al seguir las deformaciones el desarrollo del fenómeno físico correspondiente, a diferencia de los métodos engolados bajo el nombre de energéticos, que hacen intervenir entidades no tangibles que remiten directamente a las expresiones fundamentales de la flexión, compresión y cortadura.

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Especial hincapié se ha realizado en el estudio de los arcos mediante el método de los elementos finitos. Se desarrolla un modelo, denominado elemento de pórtico plano, en el que previamente se realiza una discretización del arco en elementos rectos. El elemento de pórtico plano se ha determinado siguiendo los modelos de Timoshenko y de Euler-Bernoulli, obteniéndose todas las expresiones que se resumen en la matriz de rigidez completa del elemento. Por último se analiza el pandeo de estas estructuras, Pero existen otros tipos de “fallos”, como es el “fallo por inestabilidad o pandeo”, que puede tener lugar en el caso de elementos estructurales esbeltos comenzando por estudios empíricos para arcos concretos y continuando con la generalización y estudio del pandeo global mediante auto valores, obteniéndose la matriz de rigidez geométrica del arco. Además se introduce la base matemática para analizar el pandeo no lineal de los arcos. Todo este análisis teórico se ha plasmado en la realización de aplicaciones informáticas para el estudio de la tipología mencionada, realizada en la hoja de cálculo Microsoft Excel, con el deseo de que pueda ejecutarse sin restricciones en la mayor parte de los ordenadores personales existentes, pues su uso puede calificarse de universal. Así, en cuatro ficheros, «Arcos parabólicos empotrados», «Arcos parabólicos biarticulados»,

«Arcos

circulares

empotrados»

y

«Arcos

circulares

biarticulados», mediante la introducción del mínimo número de datos posible (luz, flecha, desnivel entre apoyos, características mecánicas del perfil seleccionado, cargas verticales, horizontales y térmicas) se efectúa el cálculo del arco correspondiente. Además de las solicitaciones máximas y de las reacciones en los extremos, se efectúa el cálculo del pandeo global del arco, realizado por el método del autovalores, a especialización en el campo de la edificación agroindustrial

incluye

la

capacidad

técnica

para

la

realización

de

edificaciones fabriles. De este modo se ha podido comprobar la coincidencia de los resultados obtenidos con estas sencillas hojas de cálculo con los que

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proporcionan paquetes de software altamente especializados, en los que la labor de introducción de datos puede llegar a convertirse en tediosa, pues la iscretización del arco debe realizarse de forma manual, y la definición de los nudos y de las cargas representa un esfuerzo considerable. También se ha obtenido la carga crítica de pandeo para distintos arcos biarticulados y biempotrados, con directrices circular y parabólica, de luces comprendidas entre 20 y 40 m, y con flechas que oscilan entre rebajamientos de 1/5 y 1/10, dimensionados con perfiles IPN 300 e IPN 400. Este modo de pandeo corresponde a la situación más habitual de carga vertical uniforme distribuida uniformemente a lo largo del eje del arco. También se incluyen tablas con los esfuerzos axiles críticos de pandeo en esas circunstancias, con el objeto de comparar los resultados con las expresiones proporcionadas por distintas normas y autores. Además, mediante la aplicación informática ANSYS se ha podido calcular el pandeo no lineal de la estructura, lo que ha permitido determinar que los valores que se obtienen aplicando esta metodología son un 15-30 por ciento inferiores a los que consiguen aplicando el método lineal de los auto valores. Continuando lo anterior, Dicho autor nos da como aporte al presente trabajo de grado que utiliza el análisis de desplazamiento con ayuda de software capacitados para este tipo de estudio, además los análisis de pandeo, todo ello con el análisis de elementos finitos el cual puede calcular esfuerzos, el método de elementos finitos se originó a partir de la necesidad de resolver la elasticidad y análisis estructural de problemas complejos en la ingeniería civil y la aeronáutica, el mismo autor nos indica que es una técnica numérica basada en ordenador que sirve para calcular la fuerza y el comportamiento de una estructura de ingeniería. Puede ser empleada para valorar la deflexión, el estrés, vibración, el comportamiento en bucle y muchos otros fenómenos.

Bases Teóricas

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Según Bavaresco (2006), sostiene que las bases teóricas tienen que ver con los fundamentos que brindan al investigador el apoyo inicial dentro del conocimiento del objeto del estudio, es decir cada problema posee algún referente teórico, lo que indica que el investigador no puede hacer abstracción por el desconocimiento salvo que sus estudios se soporten en investigaciones puras o bien exploratorias. Continuando el trabajo de investigación se dará apertura a las

bases teóricas centrándose en dos

variables, siendo el equipo o maquinaria la primera variable llamada maquina cernidora y la segunda variable el método de los elementos finitos el cual se usara para estudiar la primera variable.

Propuesta de Maquina Cernidora Según Grupo Víctor (2014) nos trata de definir qué es la cernidora, una maquina cernidora sirve para limpiar las impurezas de los granos con un sistema de filtrado de malla .en la sección donde se encuentra el mesh (malla) es donde el material se va limpiando al punto de dejarlo sin impurezas y sin agentes extraños en el producto, el proceso básico es el mismo que el de cernir o filtrar cualquier producto, el grano va pasando a través de las secciones finas para ir despejando la tierra, polvo u otro material que no se requiera en el proceso que se acumula por el tiempo al aire libre.

Elementos a Diseñar para una Maquina Cernidora Los elementos que se diseñan para cualquier maquina están analizados y estudiados para que tengan el mejor rendimiento posible en su función, además de cumplir su objetivo como elemento fundamental para que la maquina en sí, trabaje sin ningún problema, cada parte de una maquina tiene una función, por más sencilla que sea, cada una de ellas debe tener etapas

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que se deban cumplir en la fabricación, Según Giesecke, (2005). En el Libro Dibujo Técnico con Graficas de Ingeniería, deduce que:

“El proceso de diseño para cualquier producto requiere una comprensión clara de las funciones y el rendimiento esperado de ese producto. Se ha estimado que entre 70 y 80% de los costos de desarrollo y fabricación de los productos se determina durante las fases de diseño inicial. Aunque muchos grupos industriales pueden identificarías según su modo específico de hacer las cosas, el procedimiento para diseñar un producto nuevo o mejorado consta de las siguientes etapas: Identificación del problema: en primer lugar, debe escribirse una manifestación clara de la necesidad y los objetivos del diseño. 1. Ideación: con frecuencia se emplean bocetos técnicos para transmitir conceptos a equipos multidisciplinarios. 2. Refinamiento/análisis: los diseños pueden repensarse, con base en el análisis de ingeniería. Los modelos y bosquejos CAD son Útiles durante la fase de análisis y concesión. Para perfeccionar el diseño, se crean dibujos y modelos CAD en 2D o 3D. 3. Implementación/documentación: se concluyen y aprueban los dibujos de producción y/o funcionamiento que proporcionan los detalles de fabricación y ensamble. Idealmente el diseño transcurre a través de estas etapas.” (p.07)

Estructura Base y sus Elementos a Diseñar para una Maquina Cernidora Una estructura base puede estar hecha de cualquier material solido resistente, como por ejemplo madera, plástico, acero entre otros, las estructuras metálicas son las más utilizadas en las industrias o para maquinarias pesadas, dicha base principal es la encargada de asegurar la estabilidad, la resistencia y la forma de la construcción y casi siempre está

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formada de los siguientes elementos: Vigas metálicas las cuales son elementos de hierros o de aceros muy resistentes y trabajan a flexión además están los pilares metálicos los cuales son los elementos verticales y son los encargados de recibir los esfuerzos de las vigas a compresión. También se les llama montantes. Según el Autor Úrban (2006). En el Libro Construcción de Estructuras Metálicas nos dice que:

“Las estructuras metálicas, al igual que los prefabricados de hormigón, presentan un buen porvenir, ya que a medida que aumenta el nivel de vida de un país, van siendo más económicas las técnicas que requieren menor cantidad de mano de obra. Las construcciones ejecutadas con estructuras metálicas permiten luces mayores, especialmente interesantes para locales comerciales, industrias, donde se requieran edificios sin pilares intermedios, así como para edificios de grandes alturas, sin pilares excesivamente gruesos, evitando ocupar espacios importantes. El mercado de estructuras está muy diversificado, siendo muy importantes los capítulos de edificación en altura, naves industriales y cubiertas, estructuras para los grandes bienes de equipo (centrales térmicas y nucleares, soportes de hornos y de silos), etc.” (p.09) Los perfiles más utilizados en estructuras son los siguientes: 1. PERFIL IPN.- Su sección tiene forma de I (doble T). Caras exteriores de las alas normales al alma. Caras interiores inclinadas un 14%. Bordes redondeados interiormente. Dimensiones desde ochenta (80) hasta seiscientos (600) mm. Forma de trabajo: resiste perfectamente a flexión. No mucho a compresión. 2. PERFIL IPE.- Sección en forma de doble T. Caras exteriores e interiores de las alas paralelas y normales al alma. Espesor constante. Dimensiones desde 80 hasta 600 mm. Forma de trabajo: resiste muy bien a flexión. Soporta pequeñas compresiones. 3. PERFIL HE.- Su sección semejante a la del perfil IPE pero la relación b/h

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es mayor en el HE que en el IPE. Dimensiones desde cien (100) hasta seiscientos (600) mm. Existen tres series: normal (HEB), ligera (HEA) y pesada (HEM). Forma de trabajo: muy bien a flexión y a compresión. 4. PERFIL UPN.- Sección en forma de U. Caras interiores con inclinación del 8%. Dimensiones desde ochenta (80) hasta trescientos (300) mm. Forma de trabajo: Unido a otro perfil igual, trabaja muy bien a compresión.

Individualmente

soporta

tracciones

y

pequeñas

compresiones. 5. PERFIL L.- Sección en forma de ángulo recto, con las alas de igual longitud. Dimensiones desde el veinticinco (25)- tres (3) hasta el 200-20. Forma de trabajo: soporta tracciones y pequeñas compresiones. es un tipo de producto laminado cuya sección tiene forma de ángulo recto, con las alas de igual o distinta longitud. Las caras de éstas son paralelas entre sí, y la unión de las caras interiores está redondeada. Las alas tienen el borde exterior con aristas vivas, y el interior redondeado. 6. PERFIL LD.- Sección en ángulo recto. Alas de distinta longitud. Dimensiones desde 80.50.8 hasta 150.90.13. Forma de trabajo: soporta tracciones y pequeñas compresiones. 7. PERFIL T.- Sección en forma de T simple. Tiene un canto igual al ancho del ala (h = b). Dimensiones desde 30.30.4 hasta 100.100.11 mm. Forma de trabajo: soporta tracciones, flexiones no muy grandes y pequeñas compresiones. La designación de los perfiles se efectúa en función de su tipo y sus dimensiones. En general para los perfiles de la serie I y U es suficiente con indicar el tipo y su altura. Por ejemplo: IPN 180 nos indica el tipo (IPN) y su altura total (180 mm.). UPN 200 nos indica el tipo (UPN) y su altura total (200 mm.). Para los perfiles de tipo angular (L) debemos indicar si se trata de perfiles de lados iguales o de lados desiguales, así como el espesor de las alas. Por ejemplo: L 40x40x4 nos indica que mide 40 mm. cada lado y que el espesor del ala es de 4 mm. L 90x60x7 nos indica que un lado mide 90 mm.,

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el otro mide 60 mm. y el espesor del ala es de 7 mm. En los perfiles HE hay que tener en cuenta que h=b hasta el perfil h=30, y a partir de ahí h > b.

Figura 1. Perfiles más utilizados en estructuras Fuente: Urban (2006) Construcción de Estructuras Metálicas (p.71) Base del Motor y sus Elementos a Diseñar para una Maquina Cernidora Una base para un artefacto bien sea motor o cualquier aparato sirve para que dicha maquina este soportada y reposada sobre ella sostenida mediante tornillo u otros elementos de sujeción la cual esta puede ir unida directamente a la maquina junto con algún elemento que vaya a sostener. Según Pérez (2009):

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“Las Bases son elementos verticales o Horizontales sometidos principalmente a compresión y a flexión pequeña o nula. Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a través de los cimientos y las bases de la estructura. Para dimensionar un soporte o base se tendrá en cuenta: el tipo de acero, el tipo de carga que va a recibir el perfil, la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresión.” (p.14) Marco para el Mesh y sus Elementos a Diseñar para una Maquina Cernidora El marco es un elemento que puede ser construido de un metal resistente, como por ejemplo de madera o metal, este sirve para aguantar o adornar un objeto mayormente es cuadrado, pero puede ser de otra figura geométrica como triangular o redonda. Según Jackson (1993), en su libro Manual Completo de la Madera, la Carpintería y la Ebanistería nos trata de definir que un marco es la pieza que rodea o guarnece ciertas cosas y que permite encajar puertas, ventanas y pinturas.

Biela Manivela y sus Elementos a Diseñar para una Maquina Cernidora Contemplando la definición de Straneo y Consorti (1965), acerca del sistema

biela manivela, nos refiere que este mecanismo se utiliza para

transformar el movimiento linear en giratorio o en viceversa movimiento rotatorio en lineal o alternativo, los elementos de este mecanismo están proyectados

para cumplir las condiciones cinemáticas deseadas y están

calculadas por la resistencia de los materiales de modo que tengan las dimensiones adecuadas a los esfuerzos que han de soportar, su forma y configuración varía según el tipo de motor alternativo a que se le aplican. (p. 420)

Tolva del Material Cernido y no Cernido y sus Elementos a Diseñar para una Maquina Cernidora

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Interpretando a Ramos (1993), las tolvas son generalmente de forma cónica, y sirven para el transporte de algún material de algún proceso para su fin, y siempre es de paredes inclinadas, de tal forma que la carga se efectúa por la parte superior y la descarga se realiza por una compuerta inferior. La tolva se coloca en la entrada para alimentación de polímero y es muy importante en los procesos de tecnología del plástico. Pues permite una dosificación de material homogénea que se refleja en piezas de mejor Calidad para el diseño de la tolva no hay especificaciones, el tamaño varía dependiendo de su aplicación o cantidad de producción.

Elementos Seleccionados para una Maquina Cernidora En el año 2012, Budynas define que “el diseño de un sistema para transmitir potencia o una maquina con cualquier propósito de trabajo requiere que se preste atención al diseño y la selección de los elementos individuales que lo componen (engranes, cojinetes, eje, etc.)” (p.205) Sin embargo, como sucede con frecuencia en el diseño, estos componentes no son independientes, todo depende de la geometría, esfuerzos a soportar, tipo de material que se debe construir o seleccionar, dimensiones adecuadas para el ensamble de todos estos elementos, en la selección de todos estos dependen de lo antes dicho y de otras características que se debe tener en cuenta según los parámetros que se debe prestar atención.

Motor Eléctrico como Elemento Seleccionado para una Maquina Cernidora En el año 1955, Mott Señalo que los motores eléctricos suministran el movimiento a un enorme conjunto de

productos en hogares, fábricas,

escuelas, comercios, equipos de transporte y muchos aparatos portátiles, dichos motores se clasifican en dos grupos, motores de corriente continua

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(DC) y motores de corriente alterna (AC) y algunos pueden trabajar con ambos tipos de voltaje El motor eléctrico se usa mucho para proporcionar el accionamiento primado a maquinaria industrial, productos de consumo y equipo de oficinas. En este capítulo se describirán los diversos tipos de motores

y

sus

características

de

funcionamiento.

El

objetivo

es

proporcionarle los antecedentes necesarios para especificar los motores y para comunicarse con los proveedores cuando desee adquirir el motor adecuado para una aplicación dada. Según Ventura (2008), nos explica a detalle las características que debe contener una placa de un motor eléctrico para saber todo referente a él, las placas de datos o de identificación de los motores suministran una gran cantidad de información útil sobre diseño y mantenimiento. Esta información es particularmente valiosa para los instaladores y el personal electrotécnico de la planta industrial, encargado del mantenimiento y reemplazo de los motores existentes. Durante la instalación, mantenimiento o reemplazo, la información sobre la placa es de máxima importancia para la ejecución rápida y correcta del trabajo. En la publicación NEMA MG1, sección 10.38, se expresa que los siguientes datos deben estar grabados en la placa de identificación de todo motor eléctrico: Razón social del fabricante, tipo, armazón, potencia en h.p, designacion de servicio (tiempo), temperatura ambiente, velocidad en r.p.m., frecuencia en Hz., numero de fases, corriente de carga nominal en Amperes, voltaje nominal en Volts, letra clave para rotor bloqueado, letra clave de diseño, factor de servicio, factor de potencia, designación de sus rodamientos y clase de aislamiento. Además, el fabricante puede indicar la ubicación de su fabrica o servicio autorizado, etc. Casi todos los datos de placa se relacionan con las características eléctricas del motor, de manera que es importante que el instalador o encargado de mantenimiento sea ingeniero electricista o técnico electricista calificado, o bien un contratista especializado en estos trabajos. A continuación se detallara las características principales

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que se deben grabar en la placa de un motor para su debida identificación 1.

Número de serie (SER NO): Es el número exclusivo de cada motor o

diseño para su identificación, en caso de que sea necesario ponerse en comunicación con el fabricante. 2.

Tipo (TYPE): Combinación de letras, números o ambos, seleccionados

por el fabricante para identificar el tipo de carcasa y de cualquier modificación importante en ella. Es necesario tener el sistema de claves del fabricante para entender este dato. 3.

Número de modelo (MODEL): Datos adicionales de identificación del

fabricante. 4.

Potencia (H.P.): La potencia nominal (h. p.) es la que desarrolla el motor

en su eje cuando se aplican el voltaje y frecuencia nominales en las terminales del motor, con un factor de servicio de 1.0. 5.

Armazón (FRAME): La designación del tamaño del armazón es para

identificar las dimensiones del motor. Si se trata de una armazón normalizada por la NEMA incluye las dimensiones para montaje (que indica la norma MG1), con lo cual no se requieren los dibujos de fábrica. 6.

Factor de servicio (SV FACTOR): Los factores de servicio más

comunes son de 1.0 a 1.15. Un factor de servicio de 1.0 significa que no debe demandarse que el motor entregue más potencia que la nominal, si se quiere evitar dano al aislamiento. Con un factor de servicio de 1.15 (o cualquier mayor de 1.0), el motor puede hacerse trabajar hasta una potencia mecánica igual a la nominal multiplicada por el factor de servicio sin que ocurran danos al sistema de aislamiento. Sin embargo, debe tenerse presente que el funcionamiento continuo dentro del intervalo del factor de servicio hará que se reduzca la duración esperada del sistema de aislamiento. 7.

Amperaje (AMPS): Indica la intensidad de la corriente eléctrica que

toma el motor al voltaje y frecuencia nominales, cuando funciona a plena carga (corriente nominal).

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8.

Voltaje (VOLTS): Valor de la tensión de diseño del motor, que debe ser

la medida en las terminales del motor, y no la de la línea. Los voltajes nominales estándar se presentan en la publicación MG1-10.30. 9.

Clase de aislamiento (INSUL): Se indica la clase de materiales de

aislamiento utilizados en el devanado del estator. Son sustancias aislantes sometidas a pruebas para determinar su duración al exponerlas a temperaturas predeterminadas. La temperatura máxima de trabajo del aislamiento clase B es de 130 grados centígrados; la de la clase F es de 155 grados centígrados y la de la clase H es de 180 grados centígrados. 10. Velocidad (RPM): Es la velocidad de rotación (rpm) del eje del motor cuando se entrega la potencia nominal a la maquina impulsada, con el voltaje y la frecuencia nominales aplicados a las terminales del motor (velocidad nominal). Nota.- Esta velocidad también se le conoce como velocidad asíncrona en el caso de los motores eléctricos de inducción tipo rotor jaula de ardilla asíncrona. 11. Frecuencia (HERTZ): Es la frecuencia eléctrica (Hz) del sistema de suministro para la cual esta diseñado el motor. Posiblemente esta también funcione con otras frecuencias, pero se alteraría su funcionamiento y podría sufrir daños. 12. Servicio (DUTY): En este espacio se graba la indicación “intermitente” o “continuo”. Esta última significa que el motor puede funcionar las 24 horas los 365 días del año, durante muchos años. Si es “intermitente” se indica el periodo de trabajo, lo cual significa que el motor puede operar a plena carga durante ese tiempo. Una vez transcurrido este, hay que parar el motor y esperar a que se enfrié antes de que arranque de nuevo. 13. Temperatura ambiente (oC): Es la temperatura ambiente máxima (oC) a la cual el motor puede desarrollar su potencia nominal sin peligro. Si la temperatura ambiente es mayor que la señalada, hay que reducir la potencia de salida del motor para evitar daños al sistema de aislamiento. 14. Número de fases (PHASE): Numero de fases para el cual esta diseñado

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el motor, que debe concordar con el sistema de suministro. 15. Clave de KVA (KVA): En este espacio se inscribe el valor de KVA que sirve para evaluar la corriente máxima (de avalancha) en el arranque. Se especifica con una letra clave correspondiente a un intervalo de valores de KVA/hp, y el intervalo que abarca cada letra aparece en la norma NEMA MG1-10.36. Un valor común es la clave G, que abarca desde 5.6 hasta menos de 6.3 KVA/hp. Es necesario comprobar que el equipo de arranque sea de diseño compatible, y consultar si la empresa suministradora de energía eléctrica local permite esta carga en su sistema. 16. Diseño (DESIGN): En su caso, se graba en este espacio la letra de diseño NEMA, que especifica los valores mínimos de par mecánico de rotación a rotor bloqueado, durante la aceleración y a la velocidad correspondiente al par mecánico máximo, así como la corriente eruptiva máxima de arranque y el valor máximo de deslizamiento con carga. Estos valores se especifican en la norma NEMA MG1. 17. Cojinetes (SE BEARING) (EO BEARING): En los motores que tienen cojinetes antifricción, estos se identifican con sus números y letras correspondientes de designación conforme a las normas de la Anti- Friction Bearing Manufacturers Association (AFBMA). Por tanto, los cojinetes pueden sustituirse por otros del mismo diseño, pues el numero AFBMA incluye holgura o juego del ajuste del cojinete, tipo retención, grado de protección (blindado, sellado, abierto, etc.) y dimensiones. Se indican el extremo hacia el eje (SE, shaft end) y el extremo opuesto (EO, end opposite) en los cojinetes del árbol (flecha). 18. Secuencia de fases (PHASE SEQUENCE): El que se incluya la secuencia de fases en la placa de identificación de datos permite al instalador conectar, a la primera vez, el motor para el sentido de rotación especificado, suponiendo que se conoce la secuencia en la línea de suministro. Si la secuencia en la línea es A-B-C, los conductores terminales se conectan como se indica en la placa. Si la secuencia es AC- B, se

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conectan en sentido inverso al ahí señalado. Comúnmente las conexiones externas no aparecen en las placas de identificación de motores de una velocidad y de tres conductores. Sin embargo, en motores con más de tres conductores, si aparecen dichas conexiones. En la placa de motores de doble velocidad (motores de polos consecuentes) se indican las conexiones para alta velocidad y para baja velocidad. Para funcionamiento a baja velocidad, la línea 1 debe conectarse al conductor T-1, la línea 2 al T-2, y la línea 3 al T-3; los conductores T-4, T-5 y T-6 del motor permanecen sin conexión (abiertos). Para funcionamiento a alta velocidad, la línea 1 se conecta a T-6, la línea 2 a T-4, y la línea 3 al T-5; entonces T-1, T-2 y T-3 se ponen en cortocircuito. 19. Eficiencia (EFF): En este espacio figura la eficiencia nominal NEMA del motor, tomada de la tabla 12-4 de la norma MG-12.53b. Este valor de eficiencia se aplica a los motores de tipo estándar así como a los de eficiencia superior. Para los de alta eficiencia (energy – efficient) se indicara este dato. 20. Factor de potencia o coseno de Ø (POWER FACTOR): Es la razón entre la potencia activa medida en kilowatts que demanda el motor y la potencia aparente medida en kilovoltsamperes que demanda el motor. Si el factor de potencia inscrito en la placa de datos del motor fuera menor al especificado como minino aceptable por la empresa suministradora de energía eléctrica entonces se procederá a calcular la cantidad de potencia reactiva capacitiva para seleccionar el capacitor que se deberá conectar a las terminales del motor y así quede corregido su factor de potencia. En otro segmento que es importante es sobre la Ley de Ohm, cuando hablemos de tensión o voltaje, de frecuencia o ciclos y estos términos se refieren a medidas y por tanto de las unidades de medida fundamentales en la electricidad, pero en estas notas mencionaremos cuatro, estas son: Voltio o Volt, Amperio o Ampere, Vatio o Watt y Ohmio u Ohm. VOLT o tensión, es la presión que requiere la corriente para circular. Se abrevia “V” y cuando se

37

habla de grandes cantidades de ellos, se emplea el término Kilovolt, que se abrevia “KV” y representa 1,000 voltios. En formulas eléctricas se emplea para representarlo, la inicial “E”. Su nombre se le puso en honor a Alejandro, conde de Volta, físico italiano autor de notables trabajos de electricidad e inventor de la pila que lleva su nombre. Ampere o intensidad, es el flujo de la corriente, es decir, la corriente misma, la cantidad. Se abrevia “A” o amp. En las formulas eléctricas se emplea, para representar a la intensidad de la corriente la inicial “I”. Su nombre se lo debe a André Marie Ampere, matemático y físico francés que creó

la

electrodinámica,

invento

el

electroimán

y

el

telégrafo

electromagnético. El amperio es la intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2 newton por metro de longitud WATT o potencia de la corriente o de los aparatos, tanto de los que la producen, como de las que la consumen. Es la mayor o menor capacidad para efectuar un trabajo mecánico, térmico o químico. Decimos que tanto de los que la producen, como de los que la consumen, porque se habrá oído hablar de una planta de tantos watts, lo cual quiere decir, que dicha planta, produce la fuerza suficiente para mover aparatos que consuman esos tantos o cuantos watts para funcionar, asimismo se dice de una plancha, una parrilla, un foco incandescente, un horno de microondas, etc., de tantos watts, o lo que es lo mismo que el aparato necesita de esos tantos watts para efectuar su trabajo. Se abrevia W. Se emplean también las iniciales KW, MW y GW que quieren decir KILOWATT, MEGAWATT y GIGAWATT y que corresponden a 1,000 watts, 1,000,000 watts y 1,000,000,000 watts respectivamente. Esa potencia es la energía que se consume o genera en la unidad de tiempo, es decir, un foco incandescente de 40 watts, consume esos 40 watts

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en una hora, una parrilla de 1,000 watts (1 KW), consume dichos 1,000 watts en una hora; lo que equivale a que, para que la parrilla consuma 1 KW, deberá estar prendida una hora, en cambio, para que el foco consuma esa misma cantidad de kilowatts necesitara estar prendido 25 horas, por lo tanto para medir energía consumida, es necesario unir las dos medidas, la de la energía y la de tiempo y debe decirse entonces un watt-hora, para uno y emplear las mismas iniciales y términos indicados arriba añadiéndole la letra “h”, o sea KWH, MWH y GWH. El nombre se le puso en honor del físico ingles James Watt, el que independientemente de sus trabajos sobre electricidad, concibió el principio de la máquina de vapor. OHM o resistencia es la mayor o menor resistencia que ofrecen los conductores al paso de la corriente, al igual que las paredes de un tubo oponen resistencia al paso del agua por la fricción que se produce entre esta y aquellas. No tiene abreviatura; se designa con la letra “R” o con la letra griega omega (Ω). El nombre es en honor de físico alemán Jorge Ohm, que formulo las leyes fundamentales de las corrientes eléctricas, El ohm es la unidad de medida de la resistencia que oponen los materiales al paso de la corriente eléctrica y se representa con el símbolo o letra griega "" (omega). La razón por la cual se acordó utilizar esa letra griega en lugar de la “O” del alfabeto latino fue para evitar que se confundiera con el número cero “0”. El ohm se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica una columna de mercurio (Hg) de 106,3 cm de alto, con una sección transversal de 1 mm2, a una temperatura de 0o Celsius. En el alambrado y diagramas elementales, dos hilos conectan el dispositivo de control (el cual puede ser un interruptor de temperatura o termostato, un interruptor de flotador, un interruptor de limite, un interruptor de presión u otro dispositivo de control mantenido) a la bobina del arrancador magnético. Cuando se cierran los contactos del dispositivo de control, completan el circuito de la bobina del arrancador, motivando que conecte este el motor a la línea. Cuando los contactos del dispositivo de control se

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abren, la bobina del Arrancador queda desenergizada y para el motor. El control a dos hilos o de dos hilos provee el disparo o apertura por bajo voltaje pero no protección por bajo voltaje. Como es ilustrado, el alambrado del arrancador permite funcionar automáticamente de acuerdo a la señal del dispositivo de control, sin la atención de un operador.

Figura 2. Representación de Formulas para determinar incógnitas eléctricas de potencia para motores eléctricos. Fuente: Ventura (2008)

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Cojinete Deslizante y sus Elementos Seleccionados para una Maquina Cernidora En 1995, Mott expreso que “El rodamiento o cojinete seleccionado para sostener determinada parte del eje debe, entonces, tener un diámetro interior no menor que el diámetro seguro del eje” (p.148). Naturalmente, ese rodamiento no debe ser mucho más grande que lo necesario. Cuando se selecciona un rodamiento especifico, deben especificarse el diámetro del eje en

su

apoyo

y

las

tolerancias

admisibles,

de

acuerdo

con

las

recomendaciones del fabricante, para obtener un funcionamiento y una expectativa de duración adecuados. Los tipos de cojinetes deslizantes según Mott, un cojinete de deslizamiento se compone de dos partes principales: el muñón o gorrón (que es la pieza cilíndrica soportada interior, generalmente un elemento giratorio u oscilante) y el cojinete o manguito que le rodea (que puede ser estacionario o inmóvil, como en el caso de un cojinete para árbol de transmisión, o puede ser móvil, como en el caso de un cigüeñal). Una base para a clasificación depende de si la superficie de apoyo rodea completamente al muñón. y en este caso pertenece a la clase de cojinete completo o sólo le rodea parcialmente, clase de cojinete parcial. Los cojinetes de deslizamiento se pueden clasificar también como cojinetes holgados y cojinetes ajustados. En los primeros el diámetro del cojinete es mayor que el diámetro del muñón. La diferencia entre dichos diámetros se llama huelgo o juego diametral. El huelgo o juego radial Cr c41/2 es la diferencia entre los radios del cojinete y del muñón. La relación o cociente entre el huelgo diametral y el diámetro del muñón, que es igual a cr/r, siendo r el radio del muñón, se llama radio de juego o de huelgo, la capacidad de carga y rozamiento para cojinetes simples de deslizamiento resulta muy cómodo trabajar con parámetros adimensionales en el proyecto de cojinetes. La teoría, la experimentación y el análisis dimensional, cuando

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el muñón y el cojinete son cilindros de revolución lisos con ejes paralelos, conducen a la conclusión de que:

Ec. 1 Donde: Ho: Huelgo o juego Cr: resistencia de rozamiento de fluido dividida por la carga W p: W/LD = W/ 2rL en Kg/m2

A demás el coeficiente de rozamiento variable

Ec.2

Donde: Uns: es la velocidad angular del muñón p: W/LD = W/ 2rL en Kg/m2 r: peso o carga Cr: resistencia de rozamiento de fluido dividida por la carga W

En referencia al calor disipado por un cojinete según

Mott, (1995)

“Muchos cojinetes están fabricados con un dispositivo de suministro de lubricante incorporado” (p.201). Como, por ejemplo, un anillo de engrase o un collar aceitado en que hay un pozo local para depósito de lubricante, Este tipo de cojinetes se puede proyectar para entregar la cantidad de aceite adecuada a las necesidades hidrodinámicas, Por lo tanto, los especialistas en cojinetes deben considerar factores como la carga de fatiga, la fricción, el calor, la resistencia a la corrosión, problemas cinemáticas, propiedades de los materiales, lubricación, tolerancias de maquinado, ensamble, uso y costo.

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Una vez que se han tomado en cuenta estos factores, los especialistas en cojinetes llegan a un compromiso, que a su juicio, representa una buena solución para el problema enunciado.

Mesh como Elemento Seleccionado para una Maquina Cernidora Salazar (2014), expresando lo dicho por el autor un tamiz es una malla metálica constituida por barras tejidas y que dejan un espacio entre sí por donde se hace pasar el material previamente triturado, las aberturas que deja el tejido y que en conjunto constituyen la superficie de tamizado, pueden ser de forma distinta según la clase de tejido, las mallas cuadradas se aconsejan para productos de grano plano, escamas, o alargado. Las telas y mallas son tejidos metálicos de cualquier tipo de acero inoxidable, estas son utilizadas para la fabricación de cribas vibratorias, filtros y tamizadoras. La malla de acero inoxidable es un medio de filtración eficaz utilizada para separar, cribar o tamizar diferentes tipos de productos y puede ser utilizada en cualquier industria, para la construcción de un tejido metálico, se realiza mediante el entrelazamiento de alambres que forman entre sí las mallas, estos alambres se identifican como urdimbre y trama. La distancia entre los ejes de las mallas la representa el espacio entre la línea central de un alambre y la del otro de la misma malla. Nuñez (2008) “Se entiende por luz de la malla a la abertura útil de pasaje, y la superficie de paso es la relación al tanto por ciento entre la superficie total de los ojos de las mallas y la superficie total de la tela” (p.154). Para elegir la malla y para optar por alguna opción en caso de no poder conseguir o no existir en el mercado el que se necesita, se da a continuación una tabla que correlaciona los números de mesh y la apertura de malla en tres sistemas distintos de normas utilizados internacionalmente. La malla mesh o tela metálica es un entrelazado de alambres de iguales diámetros que forman aberturas constantes.

43

Los alambres de la urdimbre son los paralelos a la longitud del tejido y los de trama son aquellos paralelos a la anchura. El parámetro que comúnmente se utiliza para evaluar la capacidad de retención de una tela metálica es el número de mesh, que se define como el número de orificios por pulgada lineal, contados a partir del centro de un hilo, así se dice una malla de 120 mesh o 120 orificios. El número de mesh puede ser por lo tanto, un dato orientador sobre la capacidad de filtrado de una malla, resulta más recomendable la adopción de la luz de la malla (tamaño del orificio expresada en mm) como parámetro para definir la capacidad de retención del filtro, evitándose las posibles confusiones a que pueda dar lugar el empleo del número de mesh.

Caja Reductora como Elemento Seleccionado para una Maquina Cernidora Mott expreso en el año 1995, que la mayor parte de las transmisiones con engranes causan un cambio de la velocidad de salida del engrane, en relación con la del engrane de entrada. Con frecuencia se emplean engranes para producir un cambio en la velocidad angular del engrane conducido relativa a la del engrane conductor, el engrane superior menor, llamado piñón, impulsa al engrane inferior, mayor, que a veces se le llama simplemente engrane-, el engrane mayor gira con más lentitud. La cantidad de reducción de velocidad depende de la relación del numero de dientes en el piñón entre el numero de dientes en el engrane mayor, de acuerdo con la relación siguiente:

nP/n G = N q/N p no = n A ( Np/Ng)

Donde:

Ec.3

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Np: numero de dientes del piñon Ng: numero de dientes del engranaje

Los reductores y motorreductores mecánicos de velocidad se pueden contar entre los inventos más antiguos de la humanidad y aún en estos tiempos del siglo XXI se siguen utilizando prácticamente en cada máquina que tengamos a la vista, desde el más pequeño reductor o motorreductor capaz de cambiar y combinar velocidades de giro en un reloj de pulsera, cambiar velocidades en un automóvil, hasta enormes motorreductores capaces de dar tracción en buques de carga, molinos de cemento, grandes máquinas cavadoras de túneles o bien en molinos de caña para la fabricación de azúcar. Un motorreductor tiene un motor acoplado directamente, el reductor no tiene un motor acoplado directamente. El “torque” o “par” es una fuerza de giro; Por ejemplo la fuerza de giro de la flecha de salida del motorreductor; es también la fuerza de giro en la flecha de un motor. No es simplemente una fuerza expresada en kilogramos, libras, onzas, Newton, etc.; tampoco es una potencia en HP o en Kilowatts. Es un fuerza de giro cuyas unidades son kilogramos – metro, o libra – pie, o libras – pulgada, o Newton – metro, etc. Este torque o par mezclado con un tiempo de realización, aplicación o ejecución es

Figura 3. Visualización de Distancias y Fuerza ejercida para medición de Torque. Fuente; Mott (1995) Diseño de Elementos de Maquinas.

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Un motor eléctrico tiene una determinada potencia en HP y tiene una cierta velocidad de operación a la cual gira la flecha de salida, por ejemplo 1800 Revoluciones por Minuto (RPM). Estas dos características: Velocidad y Potencia llevan aparejado un cierto “torque” o “par” que puede liberar el motor. Es precisamente el “par” lo que permitirá que podamos o no girar una determinada carga, cuanto más alto el “par” más grande será la carga que podamos girar. El que tan rápido podamos hacerlo dependerá de la potencia del motorreductor. Las dos características están interrelacionadas y dependen una de la otra. Esta combinación de potencia, par y velocidad en un motor o motorreductor está regida por la siguiente fórmula:

Ec.4

El cálculo de velocidad de salida de un reductor según Mott (1995), se expresa de la siguiente manera. Ve/Rc

Donde: Ve: Velocidad de entrada en RPM Rc: Relación de velocidad de la caja reductora.

Guardamotor Cernidora

como

Elemento

Seleccionado

para

una

Maquina

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Bastian (2001), nos expreso que los guardamotores son interruptores que se usan para maniobrar simultáneamente todos los polos de un motor, al mismo tiempo que se le protege contrala destrucción por fallo del arranque, sobrecarga, disminución de la tensión de la red y avería de un conductor en redes trifásicas. Disponen de un mecanismo de disparo térmico para proteger el devanado de motor (protección contra sobrecarga) y, generalmente, de un mecanismo de disparo electromagnético (protección contra cortocircuito), como todos los interruptores de protección, tienen un mecanismo de desenganche permanente, se puede montar dispositivos suplementarios en los guarda motores, por ejempló, mecanismos de disparo por disminución de la tensión o de corriente de trabajo, conmutadores auxiliares y avisadores de disparo, los guardamotores que protegen contra sobrecarga al motor, y contra cortocircuito y sobrecarga a la línea de alimentación y al motor, tienen que estar conectados al principio de la línea de alimentación del motor. Los guardamotores con disparo electromagnético que pueden dominar con seguridad las corrientes de cortocircuito que se puedan producir en el circuito en el que estén conectados, es decir, que sean capaces de conmutar también en caso de cortocircuito, se pueden utilizar sin intercalar un fusible antes de la red, en cada circuito del guardamotor hay un mecanismo de disparo bimetálico y otro electromagnético en serie. Cuando el guardamotor está ajustado para valores de corriente bajos, la resistencia propia del mecanismo de disparo bimetálico es lo suficientemente grande para limitar la corriente de cortocircuito a valores menores que la capacidad de corte del guardamotor, estos interruptores se denominan guardamotores seguros Si la corriente de cortocircuito producida supera la capacidad de corte del guardamotor, es necesario que un dispositivo de protección conectado antes del guardamotor se haga cargo de la protección contra el cortocircuito.

Cableado Eléctrico como Elemento Seleccionado para una Maquina Cernidora

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Según Condumex (2007),

nos expreso que el flujo de electrones

necesita un material, como el cobre o el aluminio, que permita por su medio un fácil desplazamiento de los electrones. Este material, el cual va a soportar el flujo de electrones, es llamado conductor. Si la característica evidente de todo buen conductor de electricidad es el ser metal, es lógico pensar que los metales tienen una característica común que les hace ser buenos conductores. Todos los metales están constituidos por paquetes compactos de átomos de metal con pequeñísimos electrones libres flotando en los espacios entre los átomos, libres para viajar a lo largo de todo el metal. Estos electrones libres siempre están presentes en el metal sin importar su temperatura. La presencia de esos electrones libres hace a todos los metales buenos conductores. No todos los metales conducirán la electricidad con la misma facilidad. El mejor conductor de electricidad es la plata, seguida muy de cerca por el cobre, oro y aluminio. El cobre es el más utilizado en la mayoría de los conductores eléctricos, por sus características eléctricas y mecánicas.

Figura 5 Conductor Eléctrico Fuente: Grupo Condumex (2007), Manual Técnico de Instalaciones Eléctricas en baja tensión. Colombia.

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El alambre de cobre es fabricado en muchas formas y tamaños. Algunos alambres son de cobre solido, mientras otros deben ser flexibles y son hechos con alambre de cobre cableado. En muchas aplicaciones industriales, varios alambres de cobre son reunidos y posteriormente aislados para formar cables. Estos cables pueden ser aislados con materiales elastomericos (hules) o termoplásticos. En algunos casos se reúnen varios cables para formar un cable muticonductor, el cual es encerrado por una cubierta para protegerlo contra la acción de los agentes externos. En los motores, transformadores, balastros y aparatos electrónicos se usan tipos especiales de alambres, el alambre puede ser tan delgado como un cabello o tan grueso como una rama. Este cubierto por una delgada capa aislante, la cual no se daña o rompe cuando el alambre se dobla. El nombre técnico para este tipo de conductor es alambre magneto. Los malos conductores son materiales que conducen la electricidad mejor que los aislantes, pero no con la facilidad de los metales. De este tipo de materiales o sustancias podemos citar la tierra mojada, la madera húmeda, el carbón, el papel mojado, entre otros.

Lubricante como Elemento Seleccionado para una Maquina Cernidora Mott, (1995) Todas las superficies sometidas a movimiento relativo en contacto se benefician de la lubricación. Un lubricante tiene por finalidad evitar el contacto entre dos superficies deslizantes de manera que no se produzca el roce directo o continuado entre ambas. Se aumenta así la vida útil del mecanismo; se mejora su rendimiento, evitando las pérdidas de energía por fricción; se lo hermetiza convenientemente; se disipa mejor el calor generado; y se facilita la limpieza y evacuado de impurezas. La lubricación correcta implica la aplicación del lubricante adecuado en el lugar que corresponda, en los intervalos y en las cantidades correctos. Los aceites minerales son hidrocarburos del tipo Cn Hm con un elevadísimo número de

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isómeros, que provienen de la destilación del petróleo crudo Columna de destilación-columna

bajo

vacío-refinación selectiva

con

solventes-des

parafinado-desestatizado-mezclado-aditivos. En el año 2009, Fiuba expreso que “la fricción puede definirse como la fuerza resistente tangente a la superficie de dos cuerpos cuando un cuerpo se mueve o tiende a moverse sobre otro” (p.54). La fuerza tangencial necesaria para comenzar el movimiento se denomina fricción estática; la fricción dinámica es la que lo mantiene. El coeficiente de fricción µ es el cociente entre la fuerza de fricción F y la carga aplicada P. Todas las superficies de los materiales, aún las lisas, presentan muchas irregularidades en forma de picos y valles, que son grandes si se los considera a escala molecular. Cuando una superficie sólida se desliza sobre otra, el contacto real ocurre solamente en un número limitado de puntos de contacto. Aún las cargas livianas pueden causar deformación plástica apreciable en materiales dúctiles como los metales, uniendo así los puntos de contacto. La resistencia a la fricción por rodamiento en un cilindro bajo carga está aplicada en su centro, y responde a la fórmula µ=F/P

Ec.5

Fr = k * P n / D m

Figura 6. Superficie sometida a fricción Fuente: Fiuba (2009). Lubricantes Buenos aires, Argentina. La lubricación actúa por dos mecanismos principales, la lubricación fluida o hidrodinámica, y la lubricación límite. La primera supone una capa de lubricante lo suficientemente espesa para evitar el contacto entre las

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superficies deslizantes. La segunda, implica una capa de lubricante de unas pocas moléculas de espesor, comparable al de las rugosidades

Figura 7. Lubricación Fluida y Límite Fuente: Fiuba (2009), Lubricantes Buenos aires, Argentina. Entonces, en un cojinete bien lubricado, las propiedades de fricción y resistencia al desgaste de los materiales serían irrelevantes. La presión del lubricante en el régimen hidrodinámico mantiene suspendido al eje, soportando comúnmente entre diez (10) y cien (100) atmósferas. Pero los cojinetes se elaboran con metales normalmente blandos (plomo, cinc, estaño) para que reciban el desgaste que inevitablemente se produce en los arranques del mecanismo (motor). En la lubricación límite se producen lubricantes para este uso agregando una pequeña cantidad de compuestos orgánicos polares, tales como ácidos grasos a un aceite lubricante. La reacción del grupo polar tal como un carboxilo con la superficie del metal, produce una capa mono molecular muy adherente. La película resultante reduce el número y área de las soldaduras metálicas, disminuyendo en forma importante la fricción y el desgaste. Para altas temperaturas se usan lubricantes sólidos (grafito, bisulfuro de molibdeno). El coeficiente de fricción cae hasta diez (10) veces. La lubricación y el montaje concluyen nuestra introducción. Es necesario consultar los manuales de los proveedores para conocer los detalles específicos relativos a los cojinetes que fabrican. Aunque se supone que un cojinete sellado se lubrica de por vida, en ocasiones se proporciona un medio de re lubricación.

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En la lubricación por salpicadura, que es común en reductores de velocidad, el lubricante se deposita en la cubierta del alojamiento (parte superior) y su trayectoria se dirige, mediante nervaduras, hacia un cojinete. En el montaje directo, un cojinete de ro dillos cónicos bombea aceite de afuera hacia adentro. Se necesita proporcionar un conducto de aceite hacia el lado exterior del cojinete. El aceite regresa al colector como consecuencia de la acción de bombeo del cojinete. Con un montaje indirecto, el aceite se dirige hacia el anillo interior, mientras que el cojinete lo bombea hacia el lado exterior. Se tiene que proporcionar un conducto para el aceite desde el lado exterior hacia el colector.

Figura 8. Clasificación de los Lubricantes Fuente:Fiuba (2009). Lubricantes Buenos aires, Argentina Cuñas como Elementos Seleccionado para una Maquina Cernidora Mott (1995), expreso que las cuñas son componentes de maquinaria que se instalan en la interfaz entre un eje y el cubo de un elemento de transmisión de potencia, se trata de un doble plano inclinado que puede trasladarse de un lugar a otro. Mott (1995), también señalo que existen dos tipo de cuñas la cuña cuadrada que es la más común para ejes hasta de seis (6) pulgadas de diámetro y las cuñas rectangulares las cuales se recomiendan para ejes más

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grandes y para ejes pequeños donde se puede tolerar la menor altura. Estas cuñas también son llamadas cuñas paralelas porque sus caras superior, inferior y lateral son paralelas.

Figura 9. Cuñas rectangular y cuadrada Fuente: Mott (1995) Diseño de Elementos de Maquinas. Donde: H: Altura (mm) W: Ancho (mm) L: Longitud (mm)

Figura 10. Cuña Altura Fuente: Mott (1995), Diseño de Elementos de Maquinas. Donde C: Margen + Holgura de 0.005 pulgadas para cuñas paralelas - Interferencia de 0.020 pulgadas para cuñas inclinadas D: Diámetro nominal del eje o del barreno, pulgadas

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H: Altura nominal de la cuña, pulgadas W: Ancho nominal de la cuña, Pulgadas Y: Altura de la cuerda, Pulgadas

Figura11. Cuña Profundidad en el eje Fuente: Mott (1995), Diseño de Elementos de Maquinas. Donde: H: Altura (mm) W: Ancho (mm) L: Longitud (mm)

Figura12. Cuña Profundidad en el Cubo Fuente: Mott (1995), Diseño de Elementos de Maquinas. Donde C: Margen + Holgura de 0.005 pulgadas para cuñas paralelas - Interferencia de 0.020 pulgadas para cuñas inclinadas D: Diámetro nominal del eje o del barreno, pulgadas H: Altura nominal de la cuña, pulgadas

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W: Ancho nominal de la cuña, Pulgadas Y: Altura de la cuerda, Pulgadas

Anillos de Retención como Elementos Seleccionado para una Maquina Cernidora En el año 1995, Mott nos señalo que un anillo de retención se utiliza o lo utilizamos en ejes para que no ocurra un movimiento axial de alguna parte o elemento de la maquina, Mott dice que a estos anillos se les puede llamar como candados, estos varían según la carga axial que soportaran. está hecho con menos material que las piezas de sujeción tradicionales, lo que permite eliminar resaltos, roscas, cubiertas y espárragos termo formados, lo que, en última instancia, permite ahorrar costos...Es una pieza de calidad que ofrece capacidad de localización por lotes, para que pueda utilizar sus anillos de retención Rotor Clip con total confianza y ahorrando al mismo tiempo. Cuando los anillos de seguridad están hechos de estampación en chapa de metal, tienen un lado liso y un lado áspero. Para evitar posibles daños, los anillos de seguridad se instalan con el lado liso hacia la parte interna y el lado áspero hacia afuera. Se requiere algún tipo de lubricación (húmeda o seca) para que el anillo de seguridad pueda mantener su funcionalidad, los anillos de seguridad, tanto internos como externos, están diseñados para ser extraídos o insertados con unos alicates especiales (alicates de circlip o anillos de retención) mediante los cuales se pueden volver a montar los anillos de retención pero en situaciones adecuadas se puede suplir su función con, unos alicates de punta fina (para los clips internos) o haciendo palanca con un destornillador de cabeza plana (para los clips internos o externos). Cuando los anillos de seguridad están hechos de estampación en chapa de metal, tienen un lado liso y un lado áspero. Para evitar posibles daños, los anillos de seguridad se instalan con el lado liso hacia la parte

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interna y el lado áspero hacia afuera. Se requiere algún tipo de lubricación (húmeda o seca) para que el anillo de seguridad pueda mantener su funcionalidad, los anillos de seguridad, tanto internos como externos, están diseñados para ser extraídos o insertados con unos alicates especiales (alicates de circlip) mediante los cuales se pueden volver a montar los circlips, pero en situaciones adecuadas se puede suplir su función con, unos alicates de punta fina (para los clips internos) o haciendo palanca con un destornillador de cabeza plana (para los clips internos o externos).

Figura 13. Anillos de retención en el mercado Fuente: Mott (1995), Diseño de Elementos de Maquinas. Cabeza de Articulación como Elemento Seleccionado para una Maquina Cernidora Godoy, (2014) nos expreso que las cabezas de articulación constan de una cabeza de biela con vástago integral formando un soporte y una rotula radial estándar. Se utilizan principalmente en los extremos de un pistón o en

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cilindros hidráulicos y neumáticos para unir el cilindro a los componentes asociados. No hay un método estandarizado para determinar la capacidad de carga de las rótulas y cabezas de articulación, ni existe una definición estándar. Puesto que los distintos fabricantes definen la capacidad de carga de manera diferente, no es posible comprar las capacidades de carga de las rotulas producidas por un fabricante con las comercializadas por otro.

Figura 14. Partes de Rotula Articulada Fuente: Godoy, J. (2014), Rotulas Mecánicas y Rodamientos Argentina Se utiliza la capacidad de carga dinámica, junto con otros factores influyentes, para determinar la duración de las rotulas y cabezas de articulación. Como norma, representa la carga máxima que una rotula o cabeza de articulación puede soportar a temperatura ambiente cuando las superficies de contacto están en movimiento relativo. La carga máxima admisible de cualquier aplicación individual debería tenerse en cuenta con relación a la duración deseada. La capacidad de carga estática representa la carga máxima admisible que puede aplicarse a una rotula cuando no hay un movimiento relativo de las superficies de contacto. En el caso de las rotulas la capacidad de carga estática representa la carga máxima que puede

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soportar la rótula a temperatura ambiente sin que su rendimiento se vea afectado con motivo de deformaciones inadmisibles, roturas o daños en las superficies de contacto. Las rotulas pertenecen a la categoría de rodamientos de fricción en seco, al contrario que. Por ejemplo, las rotulas hidrodinámicas, no pueden formarse una película de lubricante que separe completamente las superficies de deslizamiento. En consecuencia, bajo cargas dinámicas se produce un desgaste, con lo que aumenta el juego interno. La duración de una rotula o una cabeza de articulación representa el periodo de funcionamiento bajo condiciones de prueba que termina cuando se alcanza uno de los criterios relacionados para el final de la duración. La vida se expresa en horas de funcionamiento o en el número de movimientos de oscilación. Se realiza in distinción entre la duración nominal y la duración realmente alcanzada.

Figura 15. Tipos d cargas en las rotulas Fuente: Godoy, J. (2014), Rotulas Mecánicas y Rodamientos Argentina Para determinar el tamaño necesario de la rotula (o de cabeza de articulación), es preciso conocer la duración requerida para esa aplicación concreta. La duración depende del tipo de máquina, las condiciones de funcionamiento y las exigencias relativas a fiabilidad de funcionamiento.

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Como primera aproximación, pueden utilizarse los valores guía de la carga relativa C/P presentados en la tabla, para obtener la capacidad de carga dinámica necesaria. A continuación puede seleccionarse una rotula o cabeza de articulación adecuada en las tablas de productos. Después de comprobar si el tamaño elegido puede utilizarse en las condiciones actuales de carga y velocidad de deslizamiento utilizando el diagrama adecuado para la combinación de superficie de contacto.

Elementos y Procesos de Uniones para una Maquina Cernidora En el año 1999, Brotons expreso que “Los medios de unión que contempla esta Instrucción son los constituidos por tornillos, tuercas y arandelas, para uniones atornilladas, y el material de aportación, para uniones soldadas”. Los tornillos, tuercas y arandelas, deberán estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen: límite elástico y resistencia a tracción. El material de aportación utilizable para la realización de soldaduras (electrodos) deberá ser apropiado para el proceso de soldeo, teniendo en cuenta el material a soldar y el procedimiento de soldeo; además deberá tener unas características mecánicas, en términos de límite elástico, resistencia a tracción, deformación bajo carga máxima etc. no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar.

Tornillería para el Proceso de Uniones en una Maquina Cernidora En la mayoría de todos las maquinas que se diseña o cualquier otro artefacto están presentes los tornillos, ya que son elementos fundamentales para unir dos (2) o más piezas pueden ser una fija y una móvil o desmontable para una determinada función. Estos elementos por lo general son roscados, y se enroscan en una tuerca o en un agujero ya roscado. Según Budynas

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(2012) nos dice que:

“Los tornillos son elementos que tienen filetes enrollados en forma de hélice sobre una superficie cilíndrica y son unos de los elementos más utilizados en las máquinas. Podemos clasificar los tornillos, de acuerdo con la función que cumplen, en tornillos de unión y tornillos de potencia. Los tornillos de unión son los que sirven para unir o asegurar dos o más partes estructurales o de maquinaria, como es el caso de los tornillos, pernos, espárragos y tornillos prisioneros o de fijación. Los tornillos de potencia son aquellos destinados a la transmisión de potencia y movimiento; generalmente convierten un movimiento de giro en un movimiento de traslación. Los tornillos se usan en estructuras, máquinas herramientas, vehículos, prensas y elementos de elevación, entre otros. En muchos casos, los tornillos están sometidos a cargas variables combinadas, por lo que debe aplicarse una teoría de falla por fatiga. Un tornillo puede fallar en el núcleo o en los filetes; se debe tener en cuenta el diámetro del tornillo, así como el número de filetes en contacto con la tuerca. Los sujetadores son distintos artículos de ensamblaje que se emplean para unir diversos componentes de una pieza. Un sujetador puede ser un perno y una tuerca, un tornillo, un clavo e incluso una grapa. Sin embargo, la mayoría de los sujetadores utilizados en la industria son sujetadores roscados. Estos dispositivos por lo general permiten el ensamblar y desensamblar componentes” (p.80). Soldadura para el Proceso de Uniones en una Maquina Cernidora Interpretando a Mott, en el diseño de uniones soldadas es necesario considerar la forma elementos que se van a unir, y la geometría de la junta misma. La carga puede estar uniformemente distribuida sobre la soldadura, de tal modo que todas sus partes tengan el mismo, (Mott, 1995) Según explico Faires (1934), que naturalmente, la soldadura no es un elemento de máquina, sino un proceso de fabricación que nos recuerda que un proyecto tiene muchas facetas además del análisis de esfuerzos. En efecto. En el análisis de esfuerzos y en el dimensionado de detalle de las piezas se invertirá probablemente sólo una parte pequeña del tiempo total

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empleado en el proyecto. En La mayoría de los casos. los proyectos dependen de manera importante del proceso de fabricación. el cual debe ser conocido de modo particular. Entre los tipos de uniones tenemos unión a tope. Las planchas para uniones a tope pueden ser no biseladas ranuras cuadradas, biseladas sólo en un lado o biseladas en ambos lados: a la ranura sc le da diversas formas, tal como en V, U. J. por razones relacionadas con el aspecto económico, la unión a tope puede estar reforzada en ambas caras, el esfuerzo nominal medio se calcula por :

F: St. L

Ec.6

Donde: L: Longitud de la plancha St: Espesor de la plancha

Figura 16. Cordón de Protección Fuente: Faires,V. (1934), Diseño de Elementos de Maquina, 2da Edición Las soldaduras de filetes o de ángulo pueden estar cargadas transversalmente o longitudinalmente soldaduras paralelas, es decir. Paralelas al vector F o forma cualquier otro ángulo con el vector F. La soldadura normalizad a de filete completo tiene una sección de triángulo isósceles rectángulo. Frecuentemente con los catetos b del triángulo iguales

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al espesor de la chapa, aunque también pueden ser menores: además un cateto puede ser más largo que otro. Una soldadura de filete reforzada tiene una dimensión de garganta > b cos 45S, Para una cantidad determinada de metal, una soldadura de filete con superficie conca (no representada) es relativamente débil. Sin embargo, la arista de unión de la soldadura con la superficie de la chapa y. en menor grado, la unión de una soldadura de filete normalizada en C, son puntos de concentración de esfuerzos. Si la Junta está sometida a cargas repetidas. Conviene que la unión sea menos abrupta (menos brusca) aunque sea a expensas del aumento de coste. El esfuerzo nominal calculado se puede dar mediante:

F: St (2t L)

Ec.7

Donde: St: espesor de la plancha L: longitud t: Cos 45º

Interpretando los expresado por Serra (2001), los diversos trozos o piezas metálicas que se deseen fijar permanentemente entre si, deben ser sometidas a algún proceso que proporcione uniones que resulten lo más fuertes posibles. Es aquí cuando para tal fin, los sistemas de soldadura juegan un papel primordial. El calor necesario para unir dos piezas metálicas puede obtenerse a través de distintos medios. Podemos definir dos grandes grupos. Los sistemas de calentamiento por combustión con oxígeno de diversos gases (denominados soldadura por gas), y los de calentamiento mediante energía eléctrica (por inducción, arco, punto, etc.). Las uniones logradas a través de una soldadura de cualquier tipo, se ejecutan mediante el empleo de una fuente de calor (una llama, un sistema de inducción, un arco eléctrico, etc.). Para rellenar las uniones entre las piezas o partes a soldar, se utilizan varillas de relleno, denominadas material

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de aporte o electrodos, realizadas con diferentes aleaciones, en función de los metales a unir. En la soldadura, las dos o más piezas metálicas son calentadas junto con el material de aporte a una temperatura correcta, entonces fluyen y se funden conjuntamente. Cuando se enfrían, forman una unión permanente. La soldadura así obtenida, resulta tan o más fuerte que el material original de las piezas, siempre y cuando la misma esté realizada correctamente. La selección y control de la corriente son aspectos muy importantes en el proceso de soldadura. La cantidad de corriente que fluye a través de un arco es proporcional al calor aplicado a la junta que se va a soldar. Si se incrementa la corriente se obtiene un efecto calorífico mayor del arco. Se pueden encontrar dos tipos de fuentes de poder: máquina de corriente alterna: Como su nombre lo indica, proporciona voltaje y corriente de manera alternada. Como su gráfica es senoidal, y el arco depende de la intensidad de corriente, habrá momento en que el valor de corriente será cero; a causa de esto, hay algunos tipos de electrodos que no deben utilizarse en este tipo de corriente.

Figura 17. Gráfica de corriente alterna Fuente: Serra,J. (2001) Soldadura, 2da Edición, Colombia. Máquina de corriente continua: Esta máquina tiene un voltaje directo y por lo tanto la corriente es de tipo directo o fluye en una sola dirección. En la máquina se puede cambiar la polaridad, por ello se puede definir el cátodo y

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el ánodo dependiendo el tipo de material a soldar. El tipo de polaridad a escoger depende en muchos casos que ocurre con el arco eléctrico. En el arco se encuentran juntos: electrones con cargas negativas muchos más pequeños que los iones con cargas positivas y muchos más pesados.

Figura 18. Polaridad Fuente: Serra,J. (2001) Soldadura, 2da Edición, Colombia. Los iones positivos y pesados se dirigirán al cátodo de la fuente y los electrones hacia el cátodo de la fuente. Los electrones por ser más ágiles y rápidos, chocarán con el ánodo de la fuente, creando mayor impacto y por ende mayor calor en la pieza conectada en dicho ánodo. Los iones positivos y muchos más pesados y menos ágiles, en su choque con la pieza conectada con el cátodo de la fuente, originarán menos calor. Dependiendo de esto hay dos tipos de conexión: Conexión de polaridad directa o normal: electrodo se conecta el polo negativo de la fuente y la pieza al polo positivo de la fuente. Al formarse el arco, los electrones se dirigen hacia la pieza, y los iones hacia el electrodo; por ello la pieza se calentará mucho más que el electrodo. Con la polaridad directa, los electrones golpean a la pieza de trabajo a alta velocidad y el material se calienta mucho más rápido que el electrodo. Esta situación es una ventaja en la soldadura de piezas grandes,

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debido que se le aplica calor en donde se necesita.

Figura 19. Polaridad Directa Fuente: Serra,J. (2001) Soldadura, 2da Edición, Colombia. Conexión de polaridad inversa: El electrodo se conecta al polo positivo de la fuente y la pieza al polo negativo de la misma. Al formarse el arco, los electrones se dirigen hacia el electrodo y los iones hacia la fuente. El electrodo se calienta mucho más que la pieza, esta conexión es recomendada para soldar piezas delgadas. Muchas operaciones de soldadura con corriente directa, debido a que se pueden manejar en todas situaciones y trabajos, ordinariamente suministra un arco más estable. Si bien no se puede hacer todo el trabajo con corriente alterna, casi el 90% de todos los trabajos se pueden realizar con ella y por otro lado, el equipo es más sencillo y barato que la corriente directa.

Figura 20. polaridad Inversa Fuente: Serra,J. (2001) Soldadura, 2da Edición, Colombia.

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Figura 21. Amperios según la maquina Fuente: Serra,J. (2001) Soldadura, 2da Edición, Colombia. La longitud normal a los electrodos para soldadura al arco metálico es normalmente de treinta y cinco coma cincuenta y seis centímetros (35,56 cm) o catorce (14). Los electrodos de diámetros más pequeños (hasta 1/16 “) pueden tener longitud de nueve (9) a (12) pulgadas. Los electrodos de diámetro grande (hasta 3/8”) se consiguen en longitudes de hasta dieciocho (18) pulgadas. Existen tres (3) tipos de electrodos: 1. Celulósicos: tienen alta penetración, se emplean en todas las posiciones y la escoria es delgada. 2. Rutílicos: para baja y media penetración, pueden utilizar corriente alterna y continua, la escoria que dejan es densa. 3. Bajo hidrógeno: bajo contenido de hidrógeno, de media penetración, arco suave, se emplea en todas las posiciones y para aceros de difícil soldabilidad. Las posiciones de soldadura, se refieren exclusivamente a la posición del eje de la soldadura en los diferentes planos a soldar. Básicamente son cuatro las posiciones de soldar y todas exigen un conocimiento y dominio perfecto del soldador para la ejecución de una unión soldadura. En la ejecución del cordón de soldadura eléctrica, aparecen piezas que no pueden ser colocadas en posición cómoda. Según el plano de referencia fueron establecidas las cuatro posiciones siguientes:

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Figura 22. Posiciones de soldadura (Posición Plana) Fuente: Serra,J. (2001) Soldadura, 2da Edición, Colombia.

Figura 23. Posiciones de soldadura (Posición Vertical) Fuente: Serra,J. (2001) Soldadura, 2da Edición, Colombia.

Figura 24. Posiciones de soldadura (Posición Horizontal) Fuente: Serra,J. (2001) Soldadura, 2da Edición, Colombia.

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Figura 25. Posiciones de soldadura (Posición Sobre cabeza) Fuente: Serra,J. (2001) Soldadura, 2da Edición, Colombia. Acople para Ejes en el Proceso de Uniones en una maquina cernidora Entre otros elementos importantes en la transmisión de potencia entre un motor y un eje, nos encontramos con los acoples rígidos y flexibles, que son los dos tipos más comunes que se utilizan cuando se quieran unir dos ejes de diámetros iguales o diferentes Según Mott (1995)

“Los acoplamientos rígidos se diseñan para unir firmemente dos ejes entre sí, para que no pueda haber movimiento relativo entre ellos. Este diseño es conveniente para ciertos tipos de equipos, donde se necesita y se puede dar un alineamiento preciso de dos ejes. En esos casos, se debe diseñar el acoplamiento para poder transmitir el par torsional entre los ejes”. (p.513) Los acoplamientos flexibles son fabricados de un material resistente al igual que los rígidos, estos acoples son usados para transmitir un torque uniformemente y sin importar algún desalineamiento entre los ejes bien sea radial, axial o angular, esto lo permite este tipo de acople ya que es flexible, y el nos indico que existe muchos tipos de acoples flexibles en el mercado. (Mott, 1995).

Método de Elementos Finitos (MEF)

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Según Cubillos, (2008) expreso que el método de los elementos finitos, es un procedimiento basado en técnicas computacionales, que puede ser usado para analizar estructuras y diferentes sistemas continuos. Es un método numérico versátil, y que es ampliamente aplicado para resolver problemas que cubren casi todo el espectro de análisis ingenieriles. Sus aplicaciones comunes, incluyen el comportamiento de sistemas estáticos, dinámicos y térmicos. Los avances en el hardware, han facilitado y aumentado la eficiencia del software de elementos finitos, para la solución de sistemas complejos de ingeniería sobre computadores personales, los resultados obtenidos con el análisis de elementos finitos, son raramente exactos. Sin embargo, una solución adecuada puede ser obtenida, si se usa un modelo apropiado de elementos finitos.

Generación de malla Aplicando el Método de Elementos Finitos En el Año 2008, Cubillos expreso que una malla de elementos finitos debe ser uniforme donde sea práctico. Sin embrago, la no uniformidad es requerida para obtener resultados apropiados en cambios bruscos de la geometría y carga. Solo estas partes, donde la geometría, las cargas o los esfuerzos, cambian dramáticamente, se debe refinar la malla, Después de crear el modelo, el siguiente paso consiste en realizar el mallado. La creación de un mallado adecuado es fundamental a la hora de obtener buenos resultados. Cuanto más fina sea la malla más aproximada serán los resultados obtenidos, sin embargo, mayor será el tiempo de procesado. En el año 2012 Budynas nos expreso que la red de elementos y nodos que “discretizan” una región se conoce como malla. La densidad de malla se incrementa a medida que más elementos se colocan dentro de una región dada. El refinamiento de malla ocurre cuando la malla se modifica de un análisis de un modelo al siguiente análisis para producir resultados mejorados. Por lo general, los resultados mejoran cuando la densidad de

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malla se incrementa en áreas de gradientes de esfuerzo alto y/o cuando las zonas de transición geométrica se enmallan de manera uniforme. Por lo general, pero no siempre, los resultados del FEA convergen hacia resultados exactos a medida que el enmallado se refina continuamente. Para valorar la mejora, en las regiones donde aparecen gradientes de esfuerzo alto, la estructura puede volver a mallarse con una densidad mayor. Si existe un mínimo cambio en el máximo valor de esfuerzo, es razonable presumir que la solución ha convergido. Existen tres formas básicas para generar una malla de elementos: manual, semiautomática o completamente automatizada. 1.

Generación manual de mallas. Así es como se creaba la malla de

elementos en los primeros días del método de elemento fi nito. Éste es un método intensivo de mucha labor para crear una malla, y excepto por algunas modificaciones rápidas de un modelo se utiliza raras veces. Nota: Debe tenerse cuidado al editar el archivo de texto de entrada. Con cierto software FEA, otros archivos tales como el archivo de gráficos binario del preprocesador puede no modificarse. Por consiguiente, los archivos pueden ya no ser compatibles entre sí. 2.

Generación semiautomática de malla. A lo largo de los años se han

desarrollado algoritmos computacionales que le permiten al modelador enmallar de manera automática las regiones de la estructura que se está dividiendo, mediante el empleo de límites bien definidos. Puesto que el modelador tiene que definir estas regiones, la técnica se considera semiautomática. El desarrollo de los variados algoritmos computacionales para generar mallas proviene del campo de los gráficos por computadora. Si el lector desea más información acerca de este tema, se recomienda una revisión de la literatura disponible sobre él. 3.

Generación completamente automatizada de mallas. La mayor parte de

los distribuidores de software han concentrado sus esfuerzos en desarrollar la generación completamente automática de mallas, y, en algunos casos, un

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refinamiento para mallas automáticas autoadaptables. El objetivo obvio es reducir de manera significativa el tiempo de pre procesamiento del modelador, así como el esfuerzo para llegar a una malla de FEA final bien construida. Una vez que se han definido las fronteras o los límites completos de la estructura, sin subdivisiones como en la generación semiautomática de mallas y con un mínimo de intervención por parte del usuario, se tienen disponibles diversos esquemas para discretizar la región con un tipo de elemento. En el caso de problemas elásticos planos, los límites o fronteras se definen mediante una serie de líneas geométricas internas y externas, y el tipo de elemento que formará la malla automáticamente será el elemento elástico plano. Para estructuras de paredes delgadas, la geometría se define por medio

Figura 26. La malla 2D para la imagen superior (la malla es más densa alrededor de nuestro objetivo, aquellas zonas de mayor interés, o de mayor complejidad en el cálculo). Fuente: Rodríguez. (2000). Método de los Elementos Finitos. México. División de la estructura en Nodos Aplicando el Método de Elementos Finitos

en la Generación de Malla

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Según Rodríguez ( 2000), expreso que el MEF permite obtener una solución numérica aproximada sobre un cuerpo, estructura o dominio (medio continuo) sobre el que están definidas ciertas ecuaciones diferenciales en forma débil o integral que caracterizan el comportamiento físico del problema dividiéndolo en un número elevado de subdominios no-intersectantes entre sí denominados «elementos finitos». El conjunto de elementos finitos forma una partición del dominio también denominada discretización. Dentro de cada elemento se distinguen una serie de puntos representativos llamados «nodos». Dos nodos son adyacentes si pertenecen al mismo elemento finito; además, un nodo sobre la frontera de un elemento finito puede pertenecer a varios elementos. El conjunto de nodos considerando sus relaciones de adyacencia se llama «malla». Los cálculos se realizan sobre una malla de puntos (llamados nodos), que sirven a su vez de base para discretización del dominio en elementos finitos. La generación de la malla se realiza usualmente con programas especiales llamados generadores de mallas, en una etapa previa a los cálculos que se denomina pre-proceso. De acuerdo con estas relaciones de adyacencia o conectividad se relaciona el valor de un conjunto de variables incógnitas definidas en cada nodo y denominadas grados de libertad. El conjunto de relaciones entre el valor de una determinada variable entre los nodos se puede escribir en forma de sistema de ecuaciones lineales (o linealizadas). La matriz de dicho sistema de ecuaciones se llama matriz de rigidez del sistema. El número de ecuaciones de dicho sistema es proporcional al número de nodos. Típicamente el análisis de los elementos finitos se programa computacionalmente para calcular el campo de desplazamientos y, posteriormente, a través de relaciones cinemáticas y constitutivas las deformaciones y tensiones respectivamente, cuando se trata de un problema de mecánica de sólidos deformables o más generalmente un problema de mecánica de medios continuos. El método de los elementos finitos es muy

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usado debido a su generalidad y a la facilidad de introducir dominios de cálculo complejos (en dos o tres dimensiones). Además el método es fácilmente adaptable a problemas de transmisión de calor, de mecánica de fluidos para calcular campos de velocidades y presiones (mecánica de fluidos computacional, CFD) o de campo electromagnético. Dada la imposibilidad práctica de encontrar la solución analítica de estos problemas, con frecuencia en la práctica ingenieril los métodos numéricos y, en particular, los elementos finitos, se convierten en la única alternativa práctica de cálculo, una importante propiedad del método es la convergencia; si se consideran particiones de elementos finitos sucesivamente más finas, la solución numérica calculada converge rápidamente hacia la solución exacta del sistema de ecuaciones.

Figura 27. Malla empleada para la simulación numérica de una unión a tope de soldadura realizando la división de nodos. Fuente: Bullon, W. (2007).Simulación de un Proceso de Soldadura Mediante un modelo termo - Mecánico Considerando el Efecto de Esfuerzos Residuales Utilizando el Método ee Los Elementos Finitos Aplicación de cargas Usando el Método de Elementos Finitos En el año 2012, Budynas definió que existen dos formas básicas de especificar cargas en una estructura: nodal y por carga de elementos. No obstante, la carga de elementos finalmente se aplica a los nodos empleando cargas nodales equivalentes. Un aspecto de la aplicación de cargas se relaciona con el principio de Saint-Venant. Si no se tiene interés acerca de

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los esfuerzos cercanos a los puntos de aplicación de carga, no es necesario intentar distribuir la carga de manera muy precisa. La fuerza neta y/o momento puede aplicarse a un solo nodo, siempre que el elemento soporte los grados de libertad asociados con la fuerza y/o el momento en el nodo. Sin embargo, el analista no debe sorprenderse, o preocuparse, cuando revise los resultados y los esfuerzos en la vecindad del punto de aplicación de la carga y encuentre que son muy grandes. Los momentos concentrados pueden aplicarse a los nodos de vigas y la mayoría de los elementos de placas. No obstante, los momentos concentrados no pueden aplicarse a elementos de puntales, planos elásticos bidimensionales, axiales simétricos o de ladrillos, pues no soportan grados de libertad rotacionales. Un momento puro se puede aplicar a estos elementos solamente mediante el empleo de fuerzas en la forma de un par. Mediante la mecánica de la estática se puede generar un par empleando dos o más fuerzas que actúen en un plano donde la fuerza neta de las mismas sea igual a cero. El momento neto de las fuerzas es un vector perpendicular al plano y es la sumatoria de los momentos de las fuerzas que se toman en cualquier punto común. Las cargas de elementos incluyen cargas estáticas debidas a la gravedad (peso), efectos térmicos, cargas superficiales tales como la presión hidrostática y uniforme, y cargas dinámicas debidas a aceleración constante y rotación en estado estacionario (aceleración centrífuga). Tanques de acero y concreto, rotores, conchas, toberas y contenedores son algunos ejemplos representativos de estructuras axisimétricas. De forma similar a las estructuras tridimensionales que están bajo condición de esfuerzo plano o deformación plana, las estructuras axisimétricas sometidas a cargas axisimétricas, pueden ser analizadas en un modelo bidimensional. Como se estableció con anterioridad, las cargas de elementos se convierten por medio de software en las cargas nodales equivalentes y al final se tratan como cargas concentradas que se aplican a los nodos. Para carga de gravedad, la gravedad constante en unidades adecuadas y la

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dirección de la misma deben ser suministradas por el modelador. Si la longitud del modelo y las unidades de fuerza son pulgadas y lbf, g 386.1 ips2. Si dicha longitud, así como las unidades de fuerza, están dadas en metros y newtons, Gravedad 9.81 m/s2. La dirección de la gravedad normalmente se encuentra hacia el centro de la Tierra. Para carga térmica, el coeficiente de expansión térmica debe proporcionarse para cada material, además de la temperatura inicial de la estructura y las temperaturas nodales finales. La selección del tipo de elemento o elementos también depende del tipo de resultados esperados.

Figura 28. Aplicación de Fuerzas a una estructura mediante el software Solidworks Simulation. Fuente: Dassault S. (2013), Proyecto de diseño de un puente con el software SolidWorks, Documento, EEUU. La mayoría de los paquetes de software tienen capacidad para efectuar primero un análisis de transferencia de calor de elemento finito sobre la estructura para determinar las temperaturas nodales finales. Los resultados de temperatura se guardan en un archivo, así pueden transferirse al análisis de esfuerzo estático. En este caso el modelo de transferencia térmica

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debería tener los mismos nodos y tipo de elemento que el correspondiente al modelo del análisis de esfuerzo estático. Por lo general, la carga superficial se aplica a la mayoría de los elementos. Por ejemplo, las cargas de línea transversal lineal o uniforme (fuerza/longitud) pueden especificarse en vigas. Por lo regular, la presión uniforme y lineal puede aplicarse en los bordes de elementos axiales simétricos y de plano bidimensional. La presión lateral se aplica sobre elementos de placa y sobre la superficie de elementos de ladrillo sólidos. Cada paquete de software tiene su propia forma para especificar estas cargas superficiales, habitualmente en combinación de modos de texto y gráficos. El bosquejo de un sistema físico, puede ayudar en la selección del elemento apropiado. Por ejemplo, para modelar cargas transversales o axiales en elementos mecánicos, eléctricos y estructuras civiles, se pueden usar elementos beam o truss. Elementos de esfuerzos planos son apropiados para modelar en el plano de acción, placas y vigas cortas. Elementos de deformación plana son usualmente utilizados para modelar paredes de contención y largos diques.

Aplicando Cargas en los Elementos Usando el Método de Elementos Finitos Según Molina en el año 1999, “La restricción que las cargas solo se apliquen en los nodos del elemento típico viga (elemento de flexión) debe revisarse en cuanto a este requerimiento si por ejemplo una carga distribuida está presente actuando al interior del elemento”. El procedimiento usual es reemplazar la carga distribuida con fuerzas y momentos nodales de modo que el trabajo mecánico realizado por el sistema de cargas nodales sea equivalente a aquel que es efectuado por la carga distribuida original. Las cargas concentradas así halladas además deben ser consistentes con el campo de desplazamientos internos especificado para el elemento que se está analizando.

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Figura 29. Cargas Aplicadas Fuente: Molina,J. (1999). Fundamentos del Método de Elemento Finito. Argentina El trabajo mecánico realizado por la carga distribuida original puede expresarse como

Ec.8

Donde: q(x): es la función de carga linealmente distribuida actuante al interior del elemento de aquí, el vector de fuerza nodal que representa una carga distribuida arbitraria en base a la equivalencia de trabajo mecánico esta dado por la ecuación.

Condiciones de Frontera en el Método de Elementos Finitos Expresando a Budynas en el año 2012, la simulación de las condiciones de frontera y otras formas de limitantes probablemente es la parte más difícil del modelado preciso de una estructura para un análisis de elemento finito. Con limitantes específicas, es relativamente sencillo cometer errores de omisión o distorsión. Para el analista puede ser necesario probar diferentes enfoques para modelar limitantes enigmáticas tales como uniones de pernos,

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soldaduras, etc., que no son tan simples como las uniones fijas o pernos idealizados. La prueba debería confinarse a problemas simples y no a una estructura grande y compleja. En ocasiones, cuando la naturaleza exacta de una condición limítrofe o de frontera es incierta, sólo pueden ser posibles los límites de comportamiento. Por ejemplo, se han modelado ejes con cojinetes con soporte sea algo entre soporte simple y fijo, y se podrían analizar ambas limitantes para establecer los límites. Sin embargo, al suponer un soporte simple, los resultados de la solución son conservadores para esfuerzos y deflexiones. Crear un modelo apropiado es el paso más crucial en el análisis por medio de elementos finitos. El objetivo es desarrollar el patrón de nodos más apropiado, que genere una cantidad suficiente de elementos y obtener resultados sin derrochar interpretación de datos y tiempo de cálculo. Es decir, la solución pronosticaría esfuerzos y deflexiones mayores que las reales. La viga horizontal está uniformemente cargada y se encuentra fija en ambos extremos. Las ecuaciones de restricción de punto múltiple se emplean con bastante frecuencia para modelar condiciones de frontera o conexiones rígidas entre miembros elásticos. Cuando se utilizan en esta última forma, las ecuaciones actúan como elementos y entonces se conocen como elementos rígidos. Los elementos rígidos pueden rotar o trasladarse únicamente de manera rígida. Los elementos de frontera se utilizan para forzar desplazamientos específicos distintos de cero sobre una estructura. Los elementos de frontera también pueden ser útiles al modelar condiciones de frontera que son laterales del sistema coordenado global.

Simulación de Condiciones de Fronteras usando el Método de Elementos Finitos En el año 2000 Rodríguez interpreto que la simulación de las

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condiciones de frontera y otras formas de limitantes probablemente es la parte más difícil del modelado preciso de una estructura para un análisis de elemento finito. Con limitantes específicas, es relativamente sencillo cometer errores de omisión o distorsión. Para el analista puede ser necesario probar diferentes enfoques para modelar limitantes enigmáticas tales como uniones de pernos, soldaduras, etc., que no son tan simples como las uniones fijas o pernos idealizados. La prueba debería confinarse a problemas simples y no a una estructura grande y compleja. En ocasiones, cuando la naturaleza exacta de una condición limítrofe o de frontera es incierta, sólo pueden ser posibles los límites de comportamiento. Por ejemplo, se han modelado ejes con cojinetes con soporte simple. Es más probable que el soporte sea algo entre soporte simple y fijo, y se podrían analizar ambas limitantes para establecer los límites. Sin embargo, al suponer un soporte simple, los resultados de la solución son conservadores para esfuerzos y deflexiones. Es decir, la solución pronosticaría esfuerzos y deflexiones mayores que las reales. En la creación de un modelo FEM, se debe esforzar por la precisión y la eficiencia computacional. En la mayoría de los casos, el uso de un modelo complejo y muy refinado no es justificable, aunque este probablemente genere mayor exactitud computacional a expensas de un innecesario incremento en el tiempo de procesamiento. Las formulaciones de elementos de frontera típicamente dan como resultado matrices que están completamente pobladas. Esto significa que los recursos de almacenamiento y tiempo computacional tienden a crecer proporcionalmente al cuadrado del tamaño del problema. En contraste, las matrices de elementos finitos son típicamente bandeadas (los elementos son sólo localmente conexos) y las necesidades de almacenamiento para este tipo de matrices crece típicamente linealmente con el tamaño del problema. usar

técnicas

de

compresión

(e.g.

expansiones

multipolares

o

almacenamiento jerárquico de matrices) para alivianar estos problemas, el

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costo es la complejidad que se añade y la utilidad está muy ligada al tipo de problemas que se resuelve y a su geometría.

Figura 30. Estructura generada por FEM para el análisis de tensiones de la cabeza de un pistón de un motor de combustión interna alternativo. Fuente: Rodríguez. (2000). Método de los Elementos Finitos. México. Técnicas de Modelado Usando el Método de Elementos Finitos Budynas, (2012) nos dice que con los actuales paquetes de CAD y generadores automáticos de mallas, es una tarea cómoda crear un modelo sólido y mallar el volumen con elementos finitos. Con las velocidades de computación actuales y con sobrada memoria de trabajo computacional, es muy fácil crear un modelo con números extremadamente grandes de elementos y nodos. Las técnicas antiguas de modelado de elemento finito parecen pasadas de moda e innecesarias. No obstante, puede gastarse mucho tiempo de manera innecesaria en un modelo sumamente complejo cuando uno mucho más sencillo funcionaría. El modelo complejo puede incluso no proporcionar una solución precisa, mientras que un modelo más

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simple lo hará.

Creación del Modelo Solido con Técnicas de Modelado Aplicando el Método de Elementos Finitos Cubillos en el año 2008, dijo que la estructura debe ser dividida en una cantidad finita de elementos, con ayuda de un preprocesador. Este paso es uno de los más cruciales para obtener una solución exacta del problema, de esta forma, determinar el tamaño o la cantidad de elementos en cierta área o volumen del elemento a analizar representa una ventaja del método, pero a la vez implica que el usuario debe estar muy consciente de esto para no generar cálculos innecesarios o soluciones erróneas, el objetivo del análisis por medio del método de los elementos finitos, es determinar de forma precisa la respuesta de un sistema modelado con una cantidad finita de elementos y sujeto a unas cargas determinadas. En la generación de un modelo por elementos finitos, siempre se tiene presente que se está desarrollando un modelo el cual es una idealización de un sistema físico real. Con muy pocas excepciones, como el del análisis estático de vigas simples, marcos y sistemas de membranas, el método de elementos finitos no genera una solución „exacta‟. Sin embargo, con un modelo adecuado, se puede obtener una solución precisa. Cuando la formulación analítica de un problema es difícil de desarrollar, FEM (Finite Element Method) provee uno de los más fiables métodos para atacar el problema. En la creación de un modelo FEM, se debe esforzar por la precisión y la eficiencia computacional. En la mayoría de los casos, el uso de un modelo complejo y muy refinado no es justificable, aunque este probablemente genere mayor exactitud computacional a expensas de un innecesario incremento en el tiempo de procesamiento. El tipo y la complejidad del modelo dependen sobre todo del tipo de resultados requeridos. Como regla general, un modelo

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de elementos finitos puede empezar con un modelo simple. Los resultados de este modelo sencillo, combinados con la comprensión del comportamiento del sistema, puede ayudar a decidir si es necesario refinar el modelo y en que parte del mismo.

Desplazamientos con Técnicas de Modelado Utilizando el Método de Elementos Finitos Expresando a De la Torre en el año 2007, nos explico que uno de los resultados que buscaremos en el análisis estructural es el mayor desplazamiento. Es la distancia que se movió la viga desde el inicio cuando se le aplicó una fuerza externa. El desplazamiento nos ayudará a determinar la capacidad de la estructura. El análisis estructural es un proceso de ingeniería que utiliza la física y las matemáticas para predecir el comportamiento de una estructura bajo cargas externas como pesos y presiones. Entre los muchos productos que requieren un análisis estructural se encuentran los edificios, los puentes, los aviones, los barcos y los automóviles. Mediante el análisis estructural podemos determinar las tensiones, el factor de seguridad y los desplazamientos. Definiendo las tensiones son las cargas externas aplicadas a una estructura crean tensiones y fuerzas internas que pueden hacer que la estructura falle o se rompa. Factor de seguridad: El factor de seguridad (FDS) es la relación de la tensión real dividida por la tensión máxima que el material puede soportar, El software de modelado sólido CAD proporciona una excelente plataforma para la creación fácil de modelos de FEA. En este capítulo se han descrito diversos tipos de análisis con base en algunos problemas ilustrativos bastante simples. No obstante, el propósito de este capítulo

fue

exponer

algunas

consideraciones

básicas

acerca

de

configuraciones de elementos de FEA, parámetros, consideraciones de modelado y solucionadores, y no necesariamente la descripción de

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situaciones geométricas complejas. La teoría y la aplicación del elemento finito es un tema muy amplio, y tomará años de experiencia antes de que llegue a ser entendido y especializado mediante la técnica.

Figura 31. Los trazados de tensiones y desplazamientos son útiles porque nos indican los valores reales y dónde son más altos Fuente: Dassault S. (2013), Proyecto de diseño de un puente con el software SolidWorks, Documento, EEUU. Carga de Pandeo Critica Usando el Método de Elementos Finitos Budynas 2012, Expreso que los elementos finitos pueden emplearse para predecir la carga de pandeo crítica de un estructura de paredes delgadas.), un ejemplo es es una lata de cerveza de aluminio de paredes delgadas. Se aplicó una presión específica a la superficie superior. Se limitó la traslación vertical de la parte inferior de la lata, así como la traslación en las tres direcciones del nodo central de la parte inferior de la lata y se limitó la traslación tangencial de un nodo externo sobre la lata. Esto evita el movimiento de cuerpo rígido y proporciona soporte vertical para la parte inferior de la lata con movimiento no restringido horizontal de su parte inferior. El software de elemento finito devuelve un valor del multiplicador de

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carga que, cuando se multiplica por la fuerza total aplicada, indica la carga de pandeo crítica. El análisis de pandeo es un problema de eigenvalores o valores propios, y un lector que repase un texto básico de mecánica de materiales encontrará que hay una forma de modo de deflexión asociada con la carga crítica.

. Figura 32. Analisis de Pandeo a una Lata de Aluminio Fuente; Budynas, R; Nisbett, J (2012). Diseño de Ingeniería Mecánica. 9na Edición. México. Análisis en las Cargas de Pandeo Críticas Usando el Método de Elementos Finitos Según la Dassault 2005, el pandeo se produce cuando una pieza esbelta (gran relación longitud/sección) se somete a una carga axial, produciéndole una flexión lateral y provocando su rotura a cargas relativamente pequeñas por fluencia o por fractura del material de la pieza. Los modelos sometidos a pandeo, adoptan diferentes formas de deformación (forma modal) para distintas cargas. Mediante Solidworks Simulation Podemos obtener las tensiones máximas sufridas y las fuerzas de contacto que se producen en el momento del choque y en instantes inmediatamente

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posteriores. El pandeo se produce cuando una pieza esbelta (gran relación longitud/sección) se somete a una carga axial, produciéndole una flexión lateral y provocando su rotura a cargas relativamente pequeñas por fluencia o por fractura del material de la pieza. Los modelos sometidos a pandeo, adoptan diferentes formas de deformación (forma modal) para distintas cargas. Mediante SolidWorks Simulation, podemos conocer los diferentes modos de deformación por pandeo, la carga crítica para cada caso y sus coeficientes de seguridad.

Vibraciones Aplicando el Método de Elementos Finitos Rodríguez (2000), es usado para analizar la estructura sometida a vibraciones aleatorias, choques e impactos. Cada uno de estas acciones puede actuar en la frecuencia natural de la estructura y causar resonancia el consecuente fallo. El análisis de elemento finito es una de las más importantes y se integra fácilmente dentro del ambiente de la ingeniería asistida por computadora. El software de modelado sólido CAD proporciona una excelente plataforma para la creación fácil de modelos de FEA. Odas las máquinas generan vibraciones como parte normal de la actividad, sin embargo, cuando falla alguno de sus componentes, las características de estas vibraciones cambian, permitiendo bajo un estudio detallado identificar el lugar y el tipo de falla que se está presentando, su rápida reparación y mantenimiento. El análisis de vibraciones está basado en la interpretación de las señales de vibración tomando como referencia los niveles de tolerancia indicados por el fabricante o por las normas técnicas.

Análisis de Vibraciones Utilizando el Método de Elementos Finitos De la Torre expreso en el año 2007, que el ingeniero de diseño puede interesarse por la forma en que se comporta un componente en relación con

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la entrada dinámica, lo que produce vibración. Para la vibración, la mayor parte de los paquetes de elemento finito comienzan con un análisis modal del componente. Este enfoque proporciona las frecuencias naturales y formas de modo a las que el componente vibra naturalmente. Éstas se conocen como los exigen valores (valores propios) y exigen vectores (vectores propios) del componente. Acto seguido, esta solución puede transferirse (del mismo modo

que

para

los

esfuerzos

térmicos)

a

módulos

de

solución

(“solucionadores” o “solvers”) para realizar análisis de vibración forzada, tal como la respuesta a la frecuencia, impacto transitorio o vibración aleatoria, para apreciar cómo se comportan los modos del componente con respecto a la entrada dinámica. El análisis de forma de modo está principalmente basado en la rigidez y las deflexiones resultantes. De este modo, de manera semejante al análisis de esfuerzo estático, los modelos más simples bastarán. Sin embargo, si al resolver problemas de respuesta forzada se desean conocer los esfuerzos. La correcta utilización de esta tecnología en términos de cantidad de pruebas (tendencia), y el análisis espectral aportan información valiosa en el diagnóstico prematuro de fallas en los elementos rodantes, engranajes, bombas, compresores, ventiladores y muchas otras máquinas rotativas. Se toman mediciones de amplitud vs. Frecuencia de vibración, en las direcciones horizontal, vertical y axial, y en cada punto

Post-proceso aplicando el Método de Elementos Finitos Según Massanet en el año 2011, en el post-proceso se obtiene los desplazamientos en los nodos y, con ello, el campo de desplazamientos en el elemento finito, estos resultados vienen representados en gráficas, para su mejor comprensión. Debe incluir una fase de comprobación en la que se verifica si la estructura cumple los requisitos establecidos por las normas, calculando si se sobrepasan tensiones admisibles el post-proceso permite la

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visualización gráfica de los resultados obtenidos del cálculo. Estos resultados permitirán saber si la estructura calculada cumple su función estructural. Esto es, si la estructura cumple los requisitos establecidos por las normas o si se sobrepasan tensiones y/o deformaciones.

Figura 33. Los trazados de resultados se organizan de la misma manera que los resultados de análisis de viga. Fuente: Dassault S. (2013), Proyecto de diseño de un puente con el software SolidWorks, Documento, EEUU Obtención de Resultados en el Post-proceso Aplicando el Método de Elementos Finitos En el año 2000 Rodríguez expreso que el MEF es usado para calcular problemas tan complejos, que los ficheros que se generan como resultado del MEF tienen tal cantidad de datos que resulta conveniente procesarlos de alguna manera adicional para hacerlos más comprensible e ilustrar diferentes aspectos del problema. En la etapa de post-proceso los resultados obtenidos del la resolución del sistema son tratados, para obtener representaciones gráficas y obtener magnitudes derivadas que permitan extraer conclusiones

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del problema. El post-proceso del MEF generalmente requiere software adicional para organizar los datos de salida, de tal manera que sea más fácilmente

comprensible

el

resultado

y

permita

decidir

si

ciertas

consecuencias del problema son o no aceptables. En el cálculo de estructuras por ejemplo, el post-proceso puede incluir comprobaciones adicionales de si una estructura cumple los requisitos de las normas pertinentes, calculando si se sobrepasan tensiones admisibles, o existe la posibilidad de pandeo en la estructura.

Bases Legales En las bases legales se procede a nombrar leyes, reglamentos, decretos, resoluciones políticas, y normas que le dan un basamento jurídico o que pueden condicionar el desarrollo del trabajo de investigación. Según Villafranca (2002), las bases legales no son mas que se leyes que sustentan de forma legal el desarrollo del proyecto explica que las bases legales son leyes, reglamentos y normas necesarias en algunas investigaciones cuyo tema así lo amerite. (p.40)

Constitución de la República Bolivariana de Venezuela. Artículo 102. La educación es un derecho humano y un deber social fundamental, es democrática, gratuita y obligatoria. El Estado la asumirá como función indeclinable y de máximo interés en todos sus niveles y modalidades, y como instrumento del conocimiento científico, humanístico y tecnológico al servicio de la sociedad. La educación es un servicio público y está fundamentada en el respeto a todas las corrientes del pensamiento, con la finalidad de desarrollar el potencial creativo de cada ser humano y el pleno ejercicio de su personalidad en una sociedad democrática basada en la valoración ética del trabajo y en la participación activa, consciente y solidaria

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en los procesos de transformación social consustanciados con los valores de la identidad nacional, y con una visión latinoamericana y universal. El Estado, con la participación de las familias y la sociedad, promoverá el proceso de educación ciudadana de acuerdo con los principios contenidos de esta Constitución y en la ley. Articulo110. El Estado reconocerá el interés público de la ciencia, la tecnología, el conocimiento, la innovación y sus aplicaciones y los servicios de información necesarios por ser instrumentos fundamentales para el desarrollo económico, social y político del país, así como para la seguridad y soberanía nacional. Para el fomento y desarrollo de esas actividades, el Estado destinará recursos suficientes y creará el sistema nacional de ciencia y tecnología de acuerdo con la ley. El sector privado deberá aportar recursos para los mismos. El Estado garantizará el cumplimiento de los principios éticos y legales que deben regir las actividades de investigación científica, humanística y tecnológica. La ley determinará los modos y medios para dar cumplimiento a esta garantía.

Ley Orgánica de Prevención, Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo Artículo 63. De la Concepción de los Proyectos, Construcción, Funcionamiento, Mantenimiento y Reparación de los Medios, Procedimientos y

Puestos

de

Trabajo.

El

proyecto,

construcción,

funcionamiento,

mantenimiento y reparación de los medios, procedimientos y puestos de trabajo, debe ser concebido, diseñado y ejecutado con estricta sujeción a las normas y criterios técnicos y científicos universalmente aceptados en materia de salud, higiene, ergonomía y seguridad en el trabajo, a los fines de eliminar, o controlar al máximo técnicamente posible, las condiciones peligrosas de trabajo. El Instituto Nacional de Prevención, Salud y Seguridad Laborales propondrá al Ministerio con competencia en materia de seguridad y salud en el trabajo la norma técnica que regule esta materia. Son de

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obligatoria observancia las normas técnicas relacionadas con seguridad y salud en el trabajo, aprobadas por el Ministerio con competencia en materia de seguridad y salud en el trabajo. Artículo 64. De la Aprobación de los Proyectos de Nuevos Medios y Puestos de Trabajo o de su Remodelación Los empleadores y empleadoras deben llevar un registro de las características fundamentales de los proyectos de nuevos medios y puestos de trabajo o la remodelación de los mismos, y están en la obligación de someterlos a la consideración del Comité de Seguridad y Salud Laboral y del Servicio de Seguridad y Salud en el Trabajo, para su correspondiente aprobación. Los proyectos de altos niveles de peligrosidad, considerados como tales por las normas técnicas de la presente Ley, deben ser registrados y sometidos a la aprobación del Instituto Nacional de Prevención, Salud y Seguridad Laborales. La forma, condiciones y contenidos del registro y aprobación serán establecidos en las normas técnicas correspondientes. Articulo 67. Obligaciones de los y las Fabricantes, Importadores y Proveedores Los y las fabricantes, importadores y proveedores de maquinaria, equipos, productos y útiles de trabajo están obligados a garantizar que éstos no constituyan una fuente de peligro para el trabajador o trabajadora, siempre que sean instalados y utilizados en las condiciones, forma y para los fines recomendados por ellos. Los y las fabricantes, importadores y proveedores de productos y sustancias químicas de utilización en el trabajo están obligados a envasar y etiquetar los mismos, de forma que se permita su conservación y manipulación en condiciones de seguridad y se identifique, claramente, su contenido y los peligros para la seguridad o la salud de los trabajadores y trabajadoras que su almacenamiento o utilización comporten. Los y las fabricantes, importadores y proveedores de productos y sustancias químicas de utilización en el trabajo mencionados en los dos párrafos anteriores deben suministrar la información que indique la forma

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correcta de utilización por los trabajadores y trabajadoras, las medidas preventivas adicionales que deban tomarse y los peligros asociados tanto con su uso normal, como con su manipulación o empleo inadecuado. Los y las fabricantes, importadores y proveedores de implementos y equipos de protección personal están obligados a asegurar la efectividad de los mismos, siempre que sean instalados y usados en las condiciones y de la forma recomendada por ellos. A tal efecto, deben suministrar la información que indique que tipo de peligro está controlando o minimizando, cuál es el nivel de protección frente al mismo y la forma correcta de su uso y mantenimiento. Los y las fabricantes,

importadores

y

proveedores deben

proporcionar

a

los

empresarios y empresarias, y éstos recabar de aquéllos, la información necesaria para que la utilización y manipulación de la maquinaria, equipos, productos, materias primas y útiles de trabajo se produzca sin riesgos para la seguridad y la salud de los trabajadores y trabajadoras. El empleador o empleadora debe garantizar que estas informaciones sean trasmitidas mediante los instrumentos adecuados, incluyendo capacitación específica a los trabajadores y trabajadoras en términos que resulten comprensibles para los mismos.

Reglamento Parcial de la Ley Orgánica de Prevención, Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo Artículo 13. De la política de créditos en materia de seguridad y salud en el trabajo A los efectos de impulsar una política de créditos destinada al financiamiento de las inversiones para mejorar las condiciones y ambientes de trabajo, tal como lo establece la Disposición Final Primera de la Ley Orgánica de Prevención, Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo, los órganos crediticios del Estado y aquéllos que por gestión del Estado otorguen créditos destinados al establecimiento, ampliación o mejoramiento

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de explotaciones industriales, comerciales, agrarias, pecuarias y demás explotaciones económicas, deberán asignar un porcentaje de este crédito a inversiones en materia de prevención, seguridad y salud en el trabajo.

Sistema de Variables En todos los trabajos de investigación es importante realizar un sistema de variables ya que se encuentran algunos conceptos y relacionarlos a todo lo que el investigador va a estudiar, la variable dependiente y variable independiente son las que se manejara en este trabajo de grado, De acuerdo a lo que definió Arias (2012), se puede expresar que “la variable Es una característica, cualidad o medida que puede sufrir cambios y que es objeto de análisis, medición o control en una investigación" (p.57), Ramírez (1999) plantea que una variable es la representación característica que puede variar entre individuos y presentan diferentes valores.(p.25)

Variable Dependiente Según Salkind, (1998), Una variable dependiente es la que refleja los resultados de un estudio de investigación. Por ejemplo, si medimos la diferencia entre dos grupos de adultos en cuanto a qué tan bien pueden recordar una serie de 10 dígitos individuales después de un periodo de 5 horas, el número de dígitos recordados es la variable dependiente. Un ejemplo final: si usted está examinando el efecto del grado de participación escolar de los padres sobre las calificaciones de los niños, las calificaciones recibidas por los niños se considerarían una variable dependiente, esta variable es la que indica si el tratamiento o manipulación de la variable independiente tuvo algún efecto. (p.17) lo cual la variable dependiente del presente trabajo tiene como nombre: Propuesta de Maquina Cernidora.

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Variable Independiente Según

Hernández;

Fernández;

Baptista.

(2010).

La

variable

independiente es la que se considera como supuesta causa en una relación entre variables, es la condición antecedente, y al efecto provocado por dicha causa se le denomina variable dependiente (consecuente).Expresando a Salkind (1998), una variable independiente representa los tratamientos o condiciones que el investigador controla para probar sus efectos sobre algún resultado. Las variables independientes también se denominan variables de tratamiento, y es tal vez dentro de este contexto que más se usa el término, una variable independiente se manipula en el curso de un experimento a fin de entender los efectos de tal manipulación sobre la variable dependiente. (p.17) la variable independiente del presente trabajo lleva como nombre Método de los Elementos Finitos (MEF).

Definición de Términos Básicos ASTM: Siglas en ingles (American Society of Testing Materials), que traducidas al idioma español significa, Asociación Americana de Ensayo de Materiales, organización de normas internacionales que desarrolla y publica acuerdos voluntarios de normas técnicas para una amplia gama de materiales, productos, sistemas y servicios. Bigbag: termino en ingles que su significado en español es ( Saco grande) Sacos grandes de polipropileno. CAD: abreviatura en ingles (Computer Aided Design) que en español su significado es Diseño asistido por computadoras. CAM: abreviatura en ingles (Computer Aided Manufacture) que en español su significado es Fabricación asistida por computadoras.

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Cernidora: Maquina cuyo fin es separar mezclas. Cernir: proceso el cual separa un material de otro de diferentes tamaños mediante una malla. Mesh: termino en ingles que traducido al español es (malla) básicamente hecha de metal, la cual es usada para cernir. PYMES: abreviación que significa Pequeña y medianas empresas. RPM: Unidad de frecuencia que indica las revoluciones por minuto que gira un cuerpo alrededor de un eje. Scrap: Termino en ingles que traducido es (Chatarra). Staff: termino en ingles que traducido es (Personal de trabajo).

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Cuadro 1 Conceptualización de Variables Objetivo General: Proponer un Diseño de una Cernidora para mejorar el filtrado del Material Reciclado de PVC en el Área de Mezcla en la Empresa TUBRICA. CA Variables Definición Definición Dimensiones Indicadores Conceptu Operacional al Propuesta Se define Se refiere al Elementos a Estructura base de Maquina Maquina conjunto de Diseñar Base del motor Cernidora Cernidora elementos y Marco para el Mesh a una procesos que Biela Manivela estructura se deben Tolva del Material de llevar a cabo Cernido y no Cernido elementos para la Elementos Motor Eléctrico ensamblad selección y seleccionados Cojinete Deslizante os cuya diseño de función es cada una de Mesh separar las partes Caja Reductora mezclas o conformadas Guarda Motor materia la por la Cableado cual son de maquina Lubricante diferentes tamaños Cuñas Anillos de Retención Cabeza de Articulación Proceso de Tornillería Uniones Soldadura Acople para Ejes Método de Técnicas Generación de División de la estructura procedimi los mediante Malla en nodos ento Elementos Aplicación de basado en software la Finitos cual se puede Carga De los elementos técnicas ( MEF) dar resultados Condiciones de Simulación computaci de diferentes Frontera onales, estudios en la Técnicas de Creación del modelo que puede geometría y Modelado solido Desplazamientos ser usado esfuerzos de un objeto para Carga de Pandeo Análisis de Pandeo Crítica analizar Vibraciones Análisis de Vibración estructura Post-proceso Resultados sy

diferentes sistemas continuos. Fuente: Andrade (2018)

CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO

En el año 2013 Bavaresco explico que el marco metodológico constituye la fase del cómo trabajar metodológicamente en la investigación o el trabajo de grado. Dentro de esta etapa se hace necesario que se conozca lo relativo a cómo elegir el tipo de diseño o métodos la cual se usaran para seguir desarrollando la investigación, como por ejemplo; cuál podría ser su población y muestra, cuáles serían las técnicas de recolección de datos, el procesamiento de esos datos, la matriz triparita de datos (herramientas metodológicas), el análisis e interpretación de los datos, El investigador deberá tener claro el plan metodológico, por cuanto esta etapa establece la forma o manera de cómo cada persona podrá abordar su propio trabajo de búsqueda de nuevo conocimiento.

Naturaleza de la Investigación La naturaleza de la investigación, se refiere a la modalidad en la cual se ejecutaran los parámetros enmarcados para realizar el estudio. La Universidad Simón Rodríguez (1980), considera que un proyecto factible está orientado a resolver un problema planteado o a satisfacer las necesidades en una institución. Es decir, la finalidad del proyecto factible da a ver en el diseño de una propuesta de acción dirigida a resolver un problema o necesidad previamente detectada en el medio. Por ende el presente estudio está previsto como un proyecto factible el cual pretende dar una solución a una problemática dada en la empresa Tubrica, CA, la cual tiene uno en el proceso del material reciclado de PVC, ya que algunos granos del

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material previamente pulverizado son de mayor tamaño con respecto al apropiado para la fase de extrusión.

Tipo de Investigación La Investigación es una agrupación de fases sistemáticos, críticos y empíricos que se aplican al estudio de algún fenómeno, Hernández, (2010). Contemplaremos dos tipos de investigación, la investigación cuantitativa según índico Enfoque cuantitativo Usa la recolección de datos para probar hipótesis, con base en la medición numérica y el análisis estadístico, para establecer patrones de comportamiento y probar teorías, Hernández (2010). Y la investigación cualitativa la cual utiliza la recolección de datos sin medición numérica para descubrir o afinar preguntas de investigación en el proceso de interpretación, refiriéndonos a los dos significados expuestos, el presente trabajo de investigación es de tipo cuantitativo ya que se utilizara medición y cálculos numéricos para resolver una problemática.

Diseño de la Investigación El diseño de investigación

o plan de investigación, representa el

método o los pasos, el cómo pensar el desarrollo que tendrá la investigación, es decir, significa el camino que guiará al científico, al investigador, al estudiante o la persona que quiera indagar, pero no utilizará cualquier método, sino el científico, así como también las técnicas que utilizará, es decir, el cómo hacer, pero con técnicas científicas, Bavarasco (2013), existen estudios experimentales y no experimentales, las experimentales según Hernández (2010), los diseños experimentales se utilizan cuando el investigador pretende establecer el posible efecto de una causa que se manipula, y los no experimentales se refiere a los estudios que se realizan sin la manipulación deliberada de variables y en los que sólo se observan los

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fenómenos en su ambiente natural para después analizarlos.

Población y Muestra La población y la muestra son los objetos o individuos que se le realizara la investigación para dar con los datos de dicho estudio, Cuando seleccionamos algunos elementos con la intención de averiguar algo sobre una población determinada, nos referimos a este grupo de elementos como muestra. Toda investigación debe plantearse inicialmente· la delimitación espacial. Esa delimitación señala el universo operacional, de lo contrario se haría muy complejo el proceso. Pero ese universo o población en el que se circunscribirá la investigación podría resultar de dimensiones incontroladas por parte del investigador, de allí, que requerirá del uso de la muestra con el fin de analizar las variables consideradas en el problema, Bavaresco (2013).

Población La población es un grupo de objetos que se toman y deben ser de mismo grupo o concordar con especificaciones dadas, la cual se dará el estudio y dará resultados usando a dichos objetos, cuando seleccionamos algunos elementos con la intención de averiguar algo sobre una población determinada, nos referimos a este grupo de elementos como muestra. Según Paneque (1998), La población objeto de estudio es aquella sobre la cual se pretende que recaigan los resultados o conclusiones de la investigación; y la muestra es la parte de esta población que se observa directamente. es el conjunto total de individuos, objetos o medidas que poseen algunas características comunes observables en un lugar y en un momento determinado. Cuando se vaya a llevar a cabo alguna investigación debe de tenerse en cuenta algunas características esenciales al seleccionarse la población bajo estudio.

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Cuadro 2 Población Objeto TUBRICA, CA Maquinaria Cernidora

Ubicación Área de Mezcla

Fuente: Andrade (2018) Cuadro 3 Población Sujeto Personal del Área de Mezcla Ocupación Supervisor Operador de Pulverizadora Ayudante

Cantidad 1 2 1

Fuente: Andrade (2018) Muestra Según Hernández (2010), la muestra Subgrupo de la población del cual se recolectan los datos y debe ser representativo de ésta. Esta parte se trata de que la muestra que se estudia refleje o replique las características de la población sobre las que se quieren inferir los resultados de la investigación. Se debe tener claro que la muestra debe ser un grupo elegido de la población o universo, la cual a este conjunto es el que se le realizara el estudio por eso debe ser sacado directamente de la población. Si esto no se cumple, el trabajo de investigación, que siempre pretende conclusiones generales, se pierde. El tamaño de la muestra depende de la precisión con que el investigador desea llevar a cabo su estudio, pero por regla general se debe usar una muestra tan grande como sea posible de acuerdo a los recursos que haya disponibles. Entre más grande la muestra mayor posibilidad de ser más representativa de la población. Cuadro 3 Muestra Objeto TUBRICA, CA Maquinaria Cernidora

Fuente: Andrade (2018)

Ubicación Área de Mezcla

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Cuadro 4 Muestra Sujeto Personal del Área de Mezcla Ocupación Supervisor Operador de Pulverizadora Ayudante

Cantidad 1 2 1

Fuente: Andrade (2018)

Técnicas de Recolección de Datos El siguiente paso es idear un esquema de organización para reunirla de modo que pueda aplicar fácilmente algunas técnicas que le permitirán analizar y entender sus hallazgos las técnicas de recolección de datos puede ser largo y arduo. Según Bavaresco (2013), “La investigación no tiene significado sin las técnicas de recolección de datos” (p.109). Estas técnicas conducen a la verificación del problema planteado. Cada tipo de investigación determinará las técnicas a utilizar y cada técnica establece sus herramientas,

instrumentos

o

medios

que

serán

empleados.

Los

instrumentos que se construirán llevarán a la obtención de los datos de la realidad y una vez recogidos podrán pasarse a la siguiente fase del procesamiento de los datos obtenidos como información. El presente trabajo utilizara como método de recolección de datos la observación directa y la entrevista no estructurada.

Observación Directa Se puede considerar como la técnica de mayor importancia, por cuanto es la que conecta al investigador con la realidad, es decir, al sujeto con el objeto o problema. Según (Paneque 1998),

100

“Esta técnica no debe delegarse, debe palparla directamente el sujeto Así por ejemplo, si se va a realizar una investigación sobre la productividad de las zonas agrícolas del Sur del Lago de Maracaibo, el investigador no podrá valerse "de lo que le digan", pues él debe ir personalmente, "observar directamente" las áreas cultivadas para formarse una idea, lo más precisa y amplia del problema que está estudiando, es decir, lo que sus ojos ven, de la manera más simple, de allí que se considera a la observación directa simple, como la observación más natural, más pura, más objetiva”. (p.94). Entrevista Estructurada La entrevista es otro instrumento de la técnica de la observación mediante encuesta, la cual consiste en la observación de los datos de manera verbal por parte del sujeto informante. Es una fuente primaria. Según Bavaresco

(2013),

“Es

un

Formulario

debidamente

preparado

y

estrictamente normalizado sobre la base de preguntas que llevan un orden fijo, inamovible. Se suministra por igual a varias personas que conozcan del tema u otras que han vivido ante variables establecidas en la investigación” (p.48). Conviene casi siempre hacer entrevistas a personal calificado que permita brindar aportes a la investigación. Así mismo, cuando se desea verificar un hecho o acontecimiento, se escogen personas que pudieren estar vinculadas con el objeto del estudio.

Entrevista no Estructurada Según Paneque (1998), “Existe libertad para expresar los sentimientos y opiniones de parte del informante, mientras que el entrevistador debe tratar de orientarlo hacia un tema determinado” (p.104). Este tipo de entrevista se realiza de forma libre la cual no tiene un orden en especifico y no se guía por un formato Las entrevistas abiertas o no estructuradas se fundamentan en una guía general de contenido y el entrevistador posee toda la flexibilidad

101

para manejarla (él o ella es quien maneja el ritmo, la estructura y el contenido) el entrevistador tiene la libertada de realizarle preguntas lo mas en espontaneo posible ya que no se sentirá de forma rígida al no tener un orden especifico, debe ser preguntas relacionadas al estudio.

Fases de la Investigación La actual investigación está estructurada por tres (3) fases, las cuales la primera fase es el diagnostico en donde se evaluara la situación actual de la problemática bien sea de modo aplicando las herramientas como la observación directa y la entrevista no estructurada, la fase numero dos (2) la cual se estudiara la factibilidad técnica, económica y operativa del presente trabajo con el fin de saber si es posible la viabilidad del mismo, y la fase numero tres (3) llamada la propuesta del diseño la cual es plantear dicha propuesta con fundamentos teóricos y teniendo en cuenta los factores d diseño del artefacto a diseñar.

Fase I: Diagnostico En esta fase se recolectara toda la información que se deba con respecto a la situación actual del filtrado del material previamente pulverizado el cual está generando granos de mayor tamaño al que se quiere para el proceso de extrusión, por medio de las técnicas de recolección de datos que ya anteriormente se seleccionaron, tales son la observación directa y la entrevista no estructurada, en prosecución se dará una lista de objetivos de fase para lograr el primer objetivo especifico referente a esta fase, dicho objetivo lleva como nombre: Diagnosticar la situación actual de la empresa con respecto al reciclado del material de PVC. Para lograr esta fase se ejecutaran las siguientes Actividades:

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Adquirir conocimiento sobre la pulverizadora Conocer la situación actual sobre el material reciclado Identificar el problema actual sobre el material reciclado en el área de mezcla Medir los tamaños de Granos resultantes del pulverizado Recopilar los problemas que deriva el grano de mayor tamaño en las tuberías Inspeccionar el daño que ocasiona los granos al no ser fundidos en la extrusora Evaluar y presentar alternativas de solución. Fase II: Factibilidad Continuando con la segunda fase la cual en esta etapa se estudiara la viabilidad técnica, operativa y económica del proyecto, Según Rodríguez, R (2009), expreso que

un proyecto es factible cuando se demuestra que

además de que se puede realizar, su implementación y operación son recomendables desde los puntos de vista de mercado, técnico, financiero y social y por tal razón se debe ejecutar. En esta fase se expondrán las actividades para dar logro al objetivo específico referente a esta fase, la cual lleva como nombre: Determinar la factibilidad técnica, económica y operativa para la viabilidad del proyecto.

Factibilidad Técnica El análisis de factibilidad técnica evalúa si el proyecto está disponible (en el caso de una maquina si se puede desarrollarse) y si tienen las capacidades técnicas requeridas por cada alternativa del diseño que se esté

103

considerando, expresando a Aceituno, (2008), Los estudios de factibilidad técnica también consideran si la organización tiene el personal que posee la experiencia técnica requerida para diseñar, implementar, operar y mantener el sistema propuesto. Si el personal no tiene esta experiencia, puede entrenársele o pueden realizarse nuevas contrataciones de personal que tenga la experiencia solicitada. La falta de experiencia técnica dentro de la organización puede llevar al rechazo de una alternativa particular. Para lograr esta factibilidad se realizaran las siguientes actividades a seguir:

Determinar la Organización de la Empresa. Revisar el área donde se colocara la maquinaria. Chequear si existe la tecnología en para el Evaluar al personal para la utilización de la maquina Evaluar alternativas para solucionar el problema Factibilidad Económica Identifica por medio de la investigación si los costos se justifican con los beneficios que se pueden obtener con el sistema propuesto. “Los estudios de factibilidad económica incluyen análisis de costos y beneficios asociados con cada

alternativa

del

proyecto.

Aceituno

(2008),

“Con

análisis

de

costos/beneficio, todos los costos y beneficios de adquirir y operar cada sistema alternativo se identifican y se hace una comparación de ellos”. Los datos con los cuales se necesita contar para realizar el estudio de la factibilidad económica, o estudio costo/beneficios, como también se le denomina, son aquellos referidos a la inversión, los costos y beneficios que cada solución lleva asociados. Para lograr esta factibilidad se realizaran las

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siguientes actividades a seguir:

Calcular Costos de la Fabricación de la Maquinaria. Determinar los recursos que se posee para el proyecto. Establecer las herramientas necesarias para realizar el proyecto Conocer el Presupuesto Anual de Mantenimiento. Factibilidad Operacional En el año 2008, Aceituno Expresó que

el objetivo que persigue la

factibilidad operacional es investigar si el sistema será utilizado por los usuarios. Dentro de los factores a tomar en cuenta tenemos que cuando un sistema es complejo en su utilización en los usuarios se puede dar una resistencia a su utilización de tal forma que no lo utilicen. Por otra parte el miedo a ser desplazados por el nuevo sistema causaría temor y la falta de cooperación. Al introducir el sistema se debe de hacer de forma que el usuario se adapte a él le identifique los beneficios que le generaría al utilizarlo. Para lograr esta factibilidad se realizaran las siguientes actividades a seguir:

Diagnosticar tamaño óptimo del Proyecto. Determinar la localización del proyecto Evaluar si los operarios están de acuerdo con la propuesta Fase III: Diseño

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A continuación en esta fase se pretende a elaborar los procedimientos a seguir para la elaboración de la maquina cernidora, y está alineada con el último objetivo específico llamado: Establecer los parámetros a considerar para el cálculo y selección de los elementos del diseño de la propuesta del estudio, cabe destacar que en esta etapa se dará la solución del problema la cual debe ser mediante pasos que nos lleven a resolver la problemática, mediante investigaciones en las fases anteriores se ayudara para la solución, además se debe tener originalidad en esta fase. Para lograr este objetivo que básicamente es la propuesta, se realizaran las siguientes actividades a seguir:

Determinar los materiales necesarios para la propuesta Seleccionar los componentes mecánicos. Seleccionar los Cojinetes Deslizantes Seleccionar el Mesh Seleccionar la Caja Reductora Seleccionar el Lubricante Seleccionar las Cuñas Seleccionar los Anillos de Retención Seleccionar la Cabeza de Articulación Seleccionar los componentes eléctricos.

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Seleccionar el Cableado Seleccionar el Guarda Motor Seleccionar el Motor Eléctrico Determinar las Uniones de Soldaduras Seleccionar el Material de Aporte para la Soldadura. Diseñar mediante software computacional los componentes de la maquina cernidora. Aplicar conocimientos de diseño computacional Diseñar en la estructura base. Diseñar la Base del motor Diseñar la Marco para el Mesh Diseñar la Biela Manivela Diseñar la Tolva del Material Cernido y no Cernido Generar el mallado de la estructura. Calcular esfuerzos en la estructura Calcular las cargas en las uniones. Analizar los desplazamientos en la estructura.

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Realizar un Análisis de Pandeo Desarrollar un análisis de Vibración

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