63 4.2.2. Cilindro hidráulico
Para la selección de este fue necesario determinar su disponibilidad comercial, además de sus características técnicas; Carrera y Fuerza de empuje (Capitulo 3.10.1 Equilibrio trasnacional y fricción).
Figura 4.2.2.1 Cilindro doble efecto, marca vignola Fuente: Catalogo Productos Vignola.
Cada cilindro debe tener una carrera de 12” y ser capaz de mover 1874,25 [N] el cual corresponde a la fuerza de roce estático sometido a la carga máxima (3.10.2 Calculo de fuerza de roce estático)
Diámetro cilindro 2 pulgadas. Diámetro vástago 1 1/8 pulgadas Peso 11,3 [kg] Fuerza a 1.000 [psi] 1,42 [TON] Fuerza a 2.000 [psi] 2,84 [TON] Fuerza a 3.000 [psi] 4,27 [TON] Consumo de aceite, (Galones por pulgada) 0,014
Tabla 4.2.2.1 Parámetros de Trabajo Cilindro Doble efecto Vignola. Fuente: Catalogo Productos Vignola.
El consumo de aceite por carrera completa de cada cilindro será: 0,014 x 12” = 0,168 galones de aceite.
Conversión a Litro.
64 Regla de tres simple.
1 [𝐺𝑙] 0,168 [𝐺𝑙]= 3,78541 [𝐿] 𝑋 𝑋 =0,168 [𝐺𝑙] ∗ 3,78541 [𝐿] 1 [𝐺𝑙] 𝑋 = 0,6359 [𝐿]
Cada cilindro tendrá un consumo de aceite de 635,9 [cc] 4.2.3. Válvula direccional
Su selección se basó en la disponibilidad en el mercado, además de sus posibles configuraciones para cumplir con el diagrama hidráulico propuesto, y caudal de trabajo.
Figura 4.2.3.1 Conjunto Block Válvulas Fuente: Catalogo Talleres Lucas
Modelo CETOP 3 4/2 12V Marca: Parker
Caudal Máximo 76 lpm Presión Máximo 242 bar
Tabla 4.2.3.1 Parámetros de Operación Válvulas Direccionales Fuente: Catalogo Talleres Lucas.
Tipos de control Tipos de accionamiento Válvulas auxiliares
Centro abierto Palanca Alivio con regulación externa
65
Circuito paralelo Cable con palanca y joystick
Reguladora de caudal Circuito tándem Joystick Mecánico Anti cavitación
Circuito serio Eléctrico Alivio con anti cavitación Combinación de circuitos Hidráulico
Tabla 4.3.3.2 Formatos de diseño para block de válvulas. Fuente: Catalogo Talleres Lucas.
Ver anexo J; catalogo productos talleres Lucas. 4.2.4. Flexibles
La selección de estos corresponde al diseño final, además se toma en consideración su presión máxima de operación, en este caso 36,87 [bar], el tipo de terminal seleccionado para los flexibles corresponde a Macho giratorio ½” NPT. el cual es compatible con los demás componentes del sistema.
Consumo volumétrico de aceite:
4.2.5 Tanque
El estanque se fabricará de acuerdo al consumo volumétrico del sistema, contemplando flexibles y cilindros.
Consumo volumétrico de aceite en cilindros:
Según la información técnica del cilindro, indica que cada uno tiene un consumo volumétrico de aceite de 0,014 galones por pulgada de carrera. cada cilindro posee una carrera de 12 [in], por el método de 3 simples, se logra obtener el consumo en litros por pulgada de carrera, es decir:
1 [𝑔𝑎𝑙] 0,014 [𝑔𝑎𝑙]= 3,78541 [𝑙] 𝑥 𝑥 =3,78541 [𝑙] ∗ 0,014 [𝑔𝑎𝑙] 1 [𝑔𝑎𝑙] 𝑥 = 0,053996 [𝑙]
66
Cada cilindro tendrá un consumo volumétrico de aceite de 0,053996 litros por pulgada de carrera, estos al llenar totalmente el cilindro, el vástago habrá recorrido una distancia de 12 [in]
Consumo volumétrico total por 1 [un] cilindro en operación:
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 = 0,053996 [𝑙 ∗ 𝑖𝑛] ∗ 12 [𝑖𝑛] 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 = 0,6359 [𝑙] 635,9 [𝑐𝑐]
Cada cilindro necesitara 635,9 [cc] de aceite hidráulico para realizar la carrera deseada. Al tener 4 cilindros realizando el trabajo se obtendrá:
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜𝑠 = 0,6359 [𝑙] ∗ 4 [𝑢𝑛] 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜𝑠 = 2,5438 [𝑙]
Los cuatro cilindros en operación necesitaran de 2 litros y 543,8 centímetros cúbicos de aceite hidráulico.
Consumo volumétrico de aceite en flexibles:
Todos los flexibles utilizados en la construcción de este sistema hidráulico, se caracterizan por estar fabricados a partir de flexible R2, Ø ½ [ïn].
para obtener el consumo volumétrico de la red de distribución;
𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖𝑏𝑙𝑒 = 𝜋 ∗ 𝑟2 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖𝑏𝑙𝑒 = 𝜋 ∗ 6,352[𝑚𝑚] 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖𝑏𝑙𝑒 = 126,677 [𝑚𝑚2] 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖𝑏𝑙𝑒 = 𝐴 ∗ 𝐿 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖𝑏𝑙𝑒 = 126,677 [𝑚𝑚2] ∗ 9.000 [𝑚𝑚] 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖𝑏𝑙𝑒 = 1.140.091,828 [𝑚𝑚3] 1,140 [𝑙]
La suma de los largos de todos los flexibles tendrá un consumo volumétrico de aceite hidráulico de 1 litro y 140 centímetros cúbicos
67 Por ende:
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜𝑠 + 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2,5438 [𝑙] + 1,140[𝑙]
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 3,6838 [𝑙]
El circuito en sus componentes de mayor consumo, se necesitarán 3,6838 [l] de líquido hidráulico para llenarlos, a partir de este dato, se aplica un coeficiente de seguridad del 200%, lo que permitirá una alimentación de aceite hidráulico constante.
Por consiguiente, se estima que la capacidad del estanque será de 10 litros, capaz de almacenar el aceite necesario para alimentar el sistema hidráulico y dejar un espacio vacío que permita la disipación de la espuma generada por el retorno del líquido del sistema.
4.2.6. Válvula Selectora
Su selección se basó en la disponibilidad en el mercado, y caudal de trabajo además de su configuración para cumplir con el diagrama hidráulico propuesto.
Figura 4.2.6.1 Válvula dirección control manual Fuente: Catalogo Talleres Lucas
Caudal Presión
75 lpm 207 bar
Tabla 4.6.2.1 Parámetros de trabajo Para válvula dirección control manual. Fuente: Catalogo HY14-2405/US. /Series S, H, SM and HM
68 4.2.7. Filtro
La selección de este se lleva a cabo mediante dos criterios de selección, caudal necesario en el sistema y disponibilidad comercia.
Figura 4.2.7.1 Filtros Parker Fuente: Catalogo Talleres Lucas
Modelo Caudal Presión Partícula Pórticos RET
KLT2- 10Q- SAE16
Tamaño Eficiencia Entrada Salida 56 lpm 10 bar 10 µm 50% 1/2”
NPTF
1/2” NPTF
Tabla 4.2.7.1 Parámetros de trabajo Para filtro. Fuente: Catalogo Talleres Lucas.
.
4.2.8. Válvula Bypass
Su selección se lleva a cabo mediante la disponibilidad comercial, rangos de configuración de apertura de acuerdo a las necesidades planteadas, y caudal máximo de trabajo.
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Figura 4.2.8.1 Bock válvula bypass Fuente: Catalogo Talleres Lucas
MODELO GRESEN S-50
Caudal Presión
70 lpm 320 bar
Tabla 4.2.8.1 Parámetros de trabajo Para válvula bypass. Fuente: Catalogo Talleres Lucas.
4.3. ESTIMACIÓN ECONÓMICA
Una vez seleccionado los componentes del piso móvil, se obtuvieron datos económicos del mercado, realizando cotizaciones en losa siguientes distribuidores de componentes hidráulicos, aceros y plásticos de ingeniería. Estas cotizaciones se extrajeron de las siguientes empresas:
• Talleres Lucas, proveedores de elementos hidráulicos.
• Vignola, proveedores de elementos hidráulicos
• Luksic Zuanic, fábrica de flexibles hidráulicos.
• Mecánica Plástica, proveedor de plásticos de ingeniería
• Sodimac, proveedor de elementos para la construcción
• mercado libre. Proveedor de pernos online.
70 4.3.1. Cotización elementos hidráulicos.
Una vez desarrollada la evaluación técnica de los componentes hidráulicos y estructurales se debe evaluar económicamente el proyecto, es por ello, que, por medio de cotizaciones de los principales distribuidores de elementos hidráulicos y acero (revisar anexo cotizaciones), se obtuvieron los siguientes datos:
ítem cantidad Precio unitario. (s/iva)
Subtotal Bomba hidráulica 1 $ 179.008 $179.008 Cilindro hidráulico. 2x12” 4 $ 324.330 $ 1.297.320 Aceite hidráulico ISO68
(Tineta) 1 $ 24.286 $ 24.286 v/v selectora 1 $ 137.093 $ 137.093 v/v de alivio 1 $ 49.797 $ 49.797 Cuerpo v/v de alivio 1 $ 30.940 $ 30.940 Base válvula 4/2 4 $ 34.905 $139.620 válvula 4/2 4 $ 76.529 $ 306.116 Pernos válvula 4/2 4 $ 4.560 $ 18.240 Filtro sae16 1 $ 207.818 $207.818 Flexible R2 Ø ½[in] macho
giratorio. 1 $317.842 $317.842 Subtotal IVA Total $ 2.708.080 $ 514.535 $ 3.222.615
Tabla 4.3.1.Cotización elementos hidráulicos. Fuente: talleres lucas; vignola; Lubricentro Jorge Ríos Delard.
Revisar Anexo K; cotización talleres lucas. Revisar Anexo L; cotización vignola Revisar Anexo M; cotización Jorge ríos delard.
Revisar Anexo N; cotización Luksic.
Mediante la cotización de los elementos hidráulicos, se obtiene que el conjunto de elementos necesarios para el correcto funcionamiento del piso móvil bordeara un costo de $ 3.222.615 pesos chilenos.
71
4.3.2. Cotización elementos móviles y estructurales.
Una vez obtenidos los valores de los componentes hidráulicos se obtuvieron los de la estructura metálica que compone el piso móvil, mediante cotizaciones con proveedores de acero SAE 1045. Acero que compone el 100% de los elementos de la estructura. Se detallan a continuación:
Cotización componentes estructurales.
Ítem cantidad Precio unitario s/iva
Subtotal Plancha acero sae1045 1,5 mm
1x3 m.
4 $ 35.202 $ 140.808 Plancha Technyl 2 $ 283.176 $ 566.352 Pernos cabeza Allen 10 mm M5 160 $ 77 $ 12.320 Subtotal IVA Total $ 719.480 $ 136.701 $ 856.181
Tabla 4.3.1.1: cotización elementos estructurales y componentes piso móvil.
Fuente: Sodimac; proveedor de plásticos de ingeniería “Mecánica Plástica”. Ver anexo O; cotización Technyl 8 mm, mecánica plástica.
Costo total de producción piso móvil:
Entiéndase costo total, a la sumatoria de la estimación económica de los componentes, ya sea del sistema hidráulico, componentes móviles y estructurales. Se puede obtener lo siguiente:
Costo total elementos hidráulicos: $ 3.222.615 IVA incl.
Costo total elementos móviles y estructurales: $ 856.181 IVA incl.
𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = $ 3.222.615 + $ 856.181 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = $ 4.078.796 𝑖𝑣𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑙.
72
Se acuerda aplicar un 40% del coste de materiales que componen el piso móvil como ganancia, fijando un valor comercial a esta plataforma de $ 5.710.990 iva incl.
4.3.3. Calculo de rentabilidad:
Para saber qué beneficios económicos puede generar este proyecto es necesario realizar un análisis de rentabilidad, para esto, es necesario considerar:
El piso móvil al ser un sistema automatizado de descarga ira en reemplazo del capital humano necesario para desempeñar las labores de descarga, para este caso prescindirá de una persona.
Al día 18/11/2019 momento en que se realiza la evaluación de rentabilidad de este proyecto, la ley en chile indica; -“Ley N° 21.112, publicada en el Diario Oficial el 24 de septiembre de 2018, estableció en su artículo 1° los valores del ingreso mínimo mensual el cual, a contar del 01 de marzo de 2019 tiene un valor de $301.000.”-, para el desarrollo de la siguiente evaluación se utilizara un costo asociado a sueldo de personal el detallado anteriormente.
Para el siguiente cálculo de VAN, se utilizará como tasa de actualización 2,6 % anual, que corresponde a la inflación que presento el país el año 2018, y para el 2019 se esperan las mismas cifras. (banco central de chile)
4.3.4. VAN 𝐶𝑛 = 𝐶𝑜(1 + 𝑖)𝑛 Donde: 𝐶𝑛= Valor futuro 𝐶𝑜= Valor actual. 𝑖= tasa de actualización. 𝑛 = numero de periodos.
al despejar la formula anteriormente detallada se puede obtener la proyección futura a presente que es la que se necesita para saber si un proyecto es viable de invertir.
73
𝐶𝑜 = 𝐶𝑛 (1 + 𝑖)𝑛
Reemplazamos los valores:
𝐶𝑛= $ 3.612.000
𝑖= 2,6 % anual.
𝑛 = 2 años.
𝐶𝑜 = $ 3.612.000 (1 + 0,026)2
la expresión anterior se inserta la formula VAN:
𝑉𝐴𝑁 = −𝑒𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 + 𝐶𝑛 (1 + 𝑖)1 + 𝐶𝑛 (1 + 𝑖)2 𝑉𝐴𝑁 = −$ 5.710.990 + $ 3.612.000 (1 + 0,026)1+ $ 3.612.000 (1 + 0,026)2 𝑉𝐴𝑁 = −$ 5.710.990 + $ 35.204.467,836 + $ 3.431.255,201 𝑉𝐴𝑁 = $ 1.240.733,037
El VAN al ser un resultado positivo, quiere decir que en un periodo de dos años la inversión inicial de adquisición del piso móvil, ya habrá sido retornada.
4.3.5. TIR
El TIR no tiene una formula por defecto, para obtenerlo se debe igualar a 0 el VAN. Y utilizar la tasa de actualización como la incógnita TIR.
Es decir:
0 = −5.710.990(1 + 𝑇𝐼𝑅)2+ 3.612.000(1 + 𝑇𝐼𝑅) + 3.612.000
Al plantear la ecuación de esta manera, se obtiene lo que es una ecuación de segundo grado, aplicando la siguiente formula:
𝑎𝑥2+ 𝑏𝑥 + 𝑐 = −𝑏 ± √𝑏 2− 4𝑎𝑐 2𝑎 0 = −5.710.990 + √3.612.000 − 4 ∗ −5.710.990 + 3.612.000 2 ∗ −5.710.990 0 = −0,539610875
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0 =−5.710.990 − √3.612.000 − 4 ∗ −5.710.990 + 3.612.000
2 ∗ −5.710.990 0 = 1,1720
Se debe utilizar el valor positivo que resulte de uno de los dos resultados, aplicando la ecuación de segundo grado. Para poder obtener el porcentaje de tasa de actualización que permita retornar la inversión sin generar ningún tipo de perdida.
1 + 𝑇𝐼𝑅 = 1,1720 𝑇𝐼𝑅 = 1,1720 − 1 𝑇𝐼𝑅 = 0,1720 /∗ 100%
75
CONCLUSIONES
.
Luego de realizar los análisis técnicos y económicos correspondientes a la evaluación de diseño, se puede afirmar que este proyecto cumple con los objetivos planteados durante la formulación del problema, ya que durante el desarrollo del mismo se logró concebir una solución adecuada, apta para ser introducida en el mercado, por lo demás al ser un accesorio se podría aplicar este principio de funcionamiento a cualquier vehículo, el cual se requiera para desarrollar la tarea de descarga de áridos.
Lógicamente, el dispositivo desarrollado no es la única solución factible para resolver el problema del comienzo, pero se considera que la misma es efectiva acorde a la situación original, las necesidades del usuario y los costos de producción esperados del producto.
Finalmente, este proyecto de diseño deja asentadas las bases, para el desarrollo de la construcción de esta plataforma en función de evaluar la posibilidad de insertar este potencial producto en el mercado nacional.
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