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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECANICA
“Algoritmo de diseño para un transportador de cangilones por métodos computacionales”
AUTOR: Br. Yamunaque Castillo, Fernando Jerson
ASESOR: Ms. Peláez Chávez, Víctor Hugo
TRUJILLO– PERÚ 2021
TESIS
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE
INGENIERO MECÁNICO
ii
PRESENTACIÓN
SEÑOR DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA.
SEÑORES MIEMBROS DEL JURADO:
De conformidad con lo estipulado por el Reglamento de Grados y Títulos de la Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Trujillo, presento a su consideración la presente tesis: "Algoritmo de Diseño para un Transportador de Cangilones por Métodos Computacionales"
El presente estudio tuvo como finalidad diseñar un Transportador de Cangilones a través de la metodología de diseño, pero añadiendo el uso de métodos computacionales como son los softwares de programación.
El presente estudio corresponde a la línea de investigación en Diseño Mecánico y Procesos de Manufactura.
En la ejecución del presente informe se tomó en cuenta los conocimientos básicos de Metodología de la Investigación Científica y Diseño Mecánico.
Trujillo, Abril 2021
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DEDICATORIA
A mis padres por haberme forjado como la persona que soy en la actualidad, muchos de mis logros se los debo a ustedes entre los que se incluye este. Me formaron con reglas y algunas libertades que me motivaron alcanzar mis anhelos.
Gracias, madre y padre
Fernando Jerson Yamunaqué Castillo
iv
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, quiero agradecer a Dios quien es el forjador de mi camino que siempre me acompaña en todo momento al igual que a mi tutor Ing. Víctor Hugo Peláez Chávez, quien con su constante apoyo me guio para alcanzar los resultados trazados de este proyecto.
También quiero agradecer al Taller Mecánico "Chunqui" por brindarme la confianza de trabajar en conjunto y su apoyo incondicional para así llevar a cabo todas las etapas del proceso de investigación.
Por último, quiero agradecer a mi familia por apoyarme en todo momento, en especial quiero mencionar a mis padres, que siempre estuvieron ahí de inicio a fin brindándome todo lo necesario para así cumplir mis metas trazadas.
Muchas gracias a todos.
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ÍNDICE ANALÍTICO
PRESENTACIÓN... i
DEDICATORIA ... ii
AGRADECIMIENTOS ... iii
ÍNDICE ANALÍTICO ... iv
ÍNDICE DE FIGURAS ... v
ÍNDICE DE TABLAS ... vi
RESUMEN ... vii
ABSTRACT ... viii
4. INTRODUCCIÓN ... 1
4.1. Realidad Problemática... 1
4.2. Antecedentes: ... 2
4.3. Enunciado del Problema... 3
4.4. Hipótesis ... 3
4.5. Justificación ... 3
4.6. Objetivos ... 4
4.7. Alcance ... 4
4.8. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ... 5
4.8.1. Diseño de Ingeniería ... 5
4.8.2. Proceso de diseño ... 6
4.8.3. Definición del Problema ... 7
4.8.4. Criterios y restricciones ... 8
4.8.5. Generación de posibles soluciones ... 8
4.8.6. Descarte de las soluciones no viables ... 8
4.8.7. Selección de la mejor solución ... 8
4.8.8. Especificaciones de la solución ... 9
4.8.9. Documentación y comunicación ... 9
4.8.10. Fases del Diseño ... 9
4.8.11. Transportador de Cangilones ... 11
4.8.12. Componentes del Transportador de Cangilones. ... 11
4.8.13. Correa. ... 12
4.8.14. Cangilones ... 13
vi
4.8.15. Tambor de accionamiento ... 14
4.8.16. Tambor de reenvío ... 15
4.8.17. Cabeza de elevador... 15
4.8.18. Pie de elevador ... 16
4.8.19. Estirador ... 16
4.8.20. Freno... 17
4.8.21. Pantalón ... 17
4.8.22. Unidad de accionamiento ... 18
4.8.23. Matlab GUIDE: ... 18
5. MATERIALES Y MÉTODOS ... 35
5.1. Tipo de estudio ... 35
5.2. Diseño de investigación ... 35
5.3. Variables de investigación ... 35
5.4. Procedimiento Experimental ... 36
6. RESULTADOS... 37
6.1. Problema de Diseño ... 37
6.2. Especificaciones de Diseño de Ingeniería ... 37
6.2.1. Efectos no deseados del diseño: ... 37
6.2.2. Características especiales: ... 37
6.2.3. Necesidades del cliente: ... 38
6.2.4. Entorno operativo: ... 38
6.2.5. Mantenimiento, reparación y retiro: ... 38
6.2.6. La fiabilidad y robustez: ... 38
6.2.7. Seguridad: ... 38
6.2.8. Facilidad de uso: ... 39
6.2.9. Factores humanos: ... 39
6.3. Subsistemas ... 39
6.4. Concepto de Solución... 40
6.5. Diseño Paramétrico ... 44
6.5.1. Datos requeridos para el diseño: ... 44
6.5.2. Determinación del coeficiente de llenado: ... 44
6.5.3. Selección del cangilón ... 45
6.5.4. Determinación del ancho de la banda ... 45
vii
6.5.5. Cálculo de paso (P) ... 46
6.5.6. Velocidad aconsejada de banda ... 46
6.5.7. Cálculo de la velocidad aconsejada de banda ... 47
6.5.8. Cálculo de banda ... 48
6.5.8.1. Cálculo del peso del material elevado (Pm) por metro lineal ... 48
6.5.8.2. Cálculo del número de cangilones ... 48
6.5.8.3. Cálculo de la Tensión efectiva (Te) ... 49
6.5.8.4. Cálculo del número de Telas ... 51
6.5.8.4.1. Determinación del número máximo y mínimo de telas ... 51
6.5.8.5. Especificación de cobertura de la correa ... 52
6.5.8.6. Identificación de la banda elevadora ... 52
6.5.8.7. Cálculo del tambor motriz ... 52
6.5.8.8. Cálculo de la Potencia ... 53
6.5.8.9. Cálculo del reductor ... 54
6.5.8.10. Cálculo del reductor ... 55
6.5.8.11. Cálculo de las fuerzas que se ejerce sobre las fajas: ... 55
6.5.8.12. Determinación de la Fuerza Centrifuga ... 55
6.5.8.13. Determinación del Torque ... 56
6.5.8.14. Determinación del ángulo de contacto ... 56
6.5.8.15. Determinación de la tensión inicial ... 57
6.5.8.16. Determinación de la tensión F1: ... 57
6.5.8.17. Determinación de la tensión F2: ... 57
6.5.9. Diseño del eje motriz del tambor superior e inferior: ... 58
6.5.9.1. Diseño del eje motriz del tambor superior: ... 58
6.5.9.2. Determinación del Diámetro mayor del eje motriz: ... 60
6.5.10. Dimensiones de chaveteros y chavetas: ... 66
6.5.11. Selección de rodamientos: ... 69
6.5.12. Diseño estructural de la carcasa: ... 72
6.6. Algoritmo en Software Matlab GUIDE: ... 74
6.6.1. CALCULO DE: ANCHO DE BANDA (B), PASO (P), VELOCIDAD DE BANDA(V): ... 74 6.6.2. CALCULO DE: ANCHO DE BANDA (B), PASO (P), VELOCIDAD DE BANDA(V) CALCULO DE PESO DEL MATERIAL ELEVADO, EL NÚMIERO DE CANGILONES, TENSION EFECTIVA EN FUNCION DE LA CARGA Y EN FUNCION
viii DEL NÚMERO DE CANGILONES, TENSION MAXIMA, UNIDAD DE LA TENSION,
NUMERO DE TELAS, POTENCIA ABSORVIDA, POTENCIA MINIMA, ETC: ... 75
6.6.3. CALCULO DEL NÚMERO MAXIMO DE TELAS, CALCULO DE LA POTENCIA ABSORVIDA Y POTENCIA MINIMA DE INSTALACION: ... 76
6.6.4. CALCULO DE LAS TENSIONES GENERADAS EN EL TAMBOR MOTRIZ .... 77
6.6.5. CALCULO PARA DETERMINAR EL DIAMETRO DEL EJE: ... 78
7. DISCUSION ... 81
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 82
8.1. Conclusiones ... 82
8.2. Recomendaciones ... 82
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 83
10. ANEXOS ... 84
Anexo 1. ... 84
Anexo 2. ... 85
Anexo 3. ... 87
Anexo 4. ... 87
Anexo 5. ... 88
Anexo 6. ... 88
Anexo 7. ... 90
Anexo 8. ... 91
Anexo 9. ... 95
Anexo 10. ... 97
Anexo 11. ... 98
Anexo 12. ... 99
Anexo 13. ... 100
Anexo 14. ... 100
Anexo 15. ... 100
Anexo 16. ... 101
Anexo 17. ... 102
Anexo 18. ... 103
Anexo 19. ... 104
Anexo 20. ... 105
Anexo 21. ... 106
Anexo 22. ... 107
ix 11. FORMATO DE DECLARACIÓN JURADA (SEGÚN ANEXO RR. 384-2018-UNT) 142 12. FORMATO DE AUTORIZACIÓN DE PUBLICACIÓN DEL TRABAJO (SEGÚN
ANEXO RR. 384-2018-UNT) ... 143
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1:Fase del proceso de diseño ... 6Figura 2:Diagrama de bloques del modelo de diseño ingeniería ... 7
Figura 3:Metodología de diseño utilizada ... 10
Figura 4:Transportador de Cangilones ... 12
Figura 5:Fajas de transportador ... 13
Figura 6:Tipos de cangilones ... 14
Figura 7:Tambor de accionamiento ... 14
Figura 8:Tambor de reenvío ... 15
Figura 9:Cabeza de elevador ... 16
Figura 10:Pie de elevador ... 16
Figura 11:Estirador ... 17
Figura 12:Pantalón ... 18
Figura 13:Unidad de accionamiento ... 18
Figura 14:Interfaz de Matlab, herramienta Guide. ... 19
Figura 15:Ventana emergente para seleccionar la GUI: Crear o Abrir ... 20
Figura 16:Entorno de trabajo de una GUI. ... 21
Figura 17:Ventana Emergente Alling Objects ... 22
Figura 18:Editor de Menú de GUI. ... 22
Figura 19:Ventana Tab Order Editor de una GUI. ... 23
Figura 20:Ventana del Toolbar Editor de una GUI. ... 23
Figura 21:Ventana de Trabajo de la GUI, Archivo “.m” ... 24
Figura 22:Ventana de configuración de un comando ejecutable. ... 25
Figura 23:Explorador de objetos de una GUI. ... 25
Figura 24:Ventana emergente correspondiente al ejecutar el programa. ... 26
Figura 25:Árbol de componentes de GUIDE ... 27
Figura 26:Botón para la ejecución de una orden. ... 27
Figura 27:Slider. ... 28
Figura 28:Botón Radio ... 28
Figura 29:Check Box. ... 29
Figura 30:Texto Editable ... 29
Figura 31:Static Text ... 30
Figura 32:Pop-up Menu ... 30
Figura 33:List Box ... 30
Figura 34:Toogle buttom. ... 31
Figura 35:Tabla ... 31
Figura 36:Axes ... 32
Figura 37:Panel de Interfaz ... 32
Figura 38:Botón de Grupo ... 33
x
Figura 39:Flujo de funcionamiento de un GUI ... 34
Figura 40: Esquemas de relación de variables ... 35
Figura 41:Esquema de Proceso Experimental ... 36
Figura 42:Cangilones Profundos ... 41
Figura 43:Cangilones poco profundos ... 41
Figura 44:Cangilones con guías laterales ... 42
Figura 45:Cangilón unido por correa ... 42
Figura 46:Cangilón unido por cadenas ... 42
Figura 47:Carga por tolva dosificadora ... 43
Figura 48:Cangilones con guías laterales ... 43
Figura 49:Dimensiones del cangilón ... 45
Figura 50_Diagrama de cuerpo libre en el tambor motriz ... 55
Figura 51:Bosque del eje motriz a diseñar: ... 58
Figura 52:Diagrama de cuerpo libre de eje motriz ... 58
Figura 53:Diagrama de fuerza de cortante y momento flector en el eje motriz ... 59
Figura 54:Diagrama de fuerza de cortante y momento flector en el eje conducido ... 63
Figura 55:Dimensiones chaveteros y chavetas ... 66
Figura 56:Diagrama de cuerpo libre en la chaveta (Fuente: Mott) ... 67
Figura 57:Ingreso de datos al programa ... 71
Figura 58:Condiciones de operación de la grafica ... 71
Figura 59:Vida nominal del Rodamiento ... 71
Figura 60:Esfuerzos de Von Mises en la carcasa ... 72
Figura 61:Factor de seguridad en la carcasa ... 73
Figura 62:Interfaz de GUI para el diseño de un transportador de Cangilones ... 74
Figura 63:Ejecución del GUI, diseño de un transportador de Cangilones ... 74
Figura 64:Ejecución del GUI, diseño de un transportador de Cangilones2. ... 75
Figura 65:Factor de seguridad en la carcasa ... 75
Figura 66:Interfaz de GUI para el diseño de un transportador de Cangilones3. ... 76
Figura 67:Ejecución del GUI, diseño de un transportador de Cangilones3. ... 76
Figura 68: Interfaz de GUI para el diseño de un transportador de Cangilones4. ... 77
Figura 69:Ejecución del GUI, diseño de un transportador de Cangilones4 ... 77
Figura 70:Interfaz de GUI para el diseño de un transportador de Cangilones5 ... 78
Figura 71:Ejecución del GUI, diseño de un transportador de Cangilones5. ... 78
Figura 72:Ejecución del GUI, diseño de un transportador de Cangilones5. 2 ... 79
Figura 73:Ejecución del GUI, diseño de un transportador de Cangilones5.3 ... 79
Figura 74:Ejecución del GUI, diseño de un transportador de Cangilones5. ... 80
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Dimensiones del Cangilón ... 45Tabla 2. Especificación de la cobertura de la correa ... 52
xi
RESUMEN
En el presente trabajo de investigación realizar el diseño de un Transportador de Cangilones a través de un lenguaje de programación realizado en un software comercial.
Se trabajó utilizando la Metodología de Diseño, empezando con las necesidades del cliente, las diferentes opciones de diseño y en el diseño paramétrico se incluyó el Diseño Computacional.
Se logró demostrar que la metodología de diseño junto con los medios computacionales puede ser útiles para el diseño mecánico de cualquier mecanismo de transporte de material.
Como resultado adicional se consideraron los planos de fabricación de la máquina que se diseñó
Palabras clave: Cangilones, Diseño Mecánico, Programación
xii
ABSTRACT
In the present research work, carry out the design of a Bucket Conveyor through a programming language made in commercial software.
We worked using the Design Methodology, starting with the client's needs, the different design options and in the parametric design, Computational Design was included.
It was possible to demonstrate that the design methodology together with the computational means can be useful for the mechanical design of any material transport mechanism.
As an additional result, the manufacturing drawings of the machine that was designed were considered.
Key Words: Buckets, Mechanical Design, Programming
1
4. INTRODUCCIÓN
4.1. Realidad Problemática
La Ingeniería Mecánica es una disciplina que ejerce fuerte influencia con todos los procesos industriales. Dentro de esta Disciplina el Área de Diseño de Maquinas es un área muy importante que día a día da nuevos aportes tanto en eficiencia, confiabilidad, mejora continua, calidad y desarrollo sostenible de las máquinas que mueven todos los procesos industriales.
El Diseño es una Área de mucho calculo que se apoya sobre Normas y Procedimientos preestablecidas. Así mismo hace uso de diferentes materiales para poder fabricar los nuevos diseños. Algo muy importante sobre la cual no se podría avanzar con los diseños es la correcta metodología que se debería tomar desde la concepción del problema hasta la fabricación.
Dentro de las principales industrias que se tiene en el Valle Jequetepeque se encuentran los molinos de arroz como el caso de Molino El Cholo, sin embargo, uno de los principales problemas que poseen todas las empresas de este rubro es el transporte de su producto terminado.
El área de mantenimiento no posee un área de ingeniería desarrollado, por lo que todos los productos o máquinas son realizadas por empresas contratistas, por lo que se dio la tarea a no sólo realizar la fabricación sino también el informe con la metodología de diseño planteando un algoritmo que pueda ser utilizado para cualquier tipo de necesidad calculado en tiempo real.
Por ello, me veo en la necesidad de plantear un algoritmo de diseño que pueda ser optimizado a través de herramientas computacionales para que se estandarice los procedimientos de cálculo y de fabricación.
2 4.2. Antecedentes:
(Farfán, 2019) en su trabajo titulado “Diseño de una máquina dobladora de Tubería ASTM A-192 para calderas acuotubulares” utilizó la teoría de diseño mecánico basándose en la norma alemana VDI 2221, comenzando con una lista de requerimientos y una matriz morfológica. Basados en los requerimientos del cliente se logró diseñar la máquina y en su diseño paramétrico se aplicó la teoría de Von Misses. De esta tesis tomaremos la metodología de diseño sin embargo trabajaron la parte estructural basándose en un software de simulación.
(Durango, Herrera, & Otero, 2015) en su trabajo titulado “Diseño, construcción y validación del prototipo de una máquina para ensayos de resistencia de materiales” realizaron una máquina que realiza tracción, flexión y compresión. No sólo se centraron en la parte estructural sino también en la parte hidráulica y eléctrica. Se centraron en el diseño paramétrico de la máquina y en la fabricación de esta. Nosotros utilizaremos las mismas ecuaciones del informe y la contrastaremos con software de simulación.
(Villacorta, 2019) en su tesis titulada “Diseño de una faja transportadora de 150 m para 60 t/h de bagazo de caña de azúcar” nos mostró la utilización de un software de simulación estática para el diseño de la estructura y el diseño paramétrico se realizó calculando cada uno de los componentes de la máquina. El problema es no tomó en cuenta la metodología del diseño de maquinarias sino sólo se centró en el cálculo.
3 4.3. Enunciado del Problema
¿Cómo diseñar un Transportador de Cangilones en tiempo real?
4.4. Hipótesis
Estableciendo una metodología adecuada de cálculo y haciendo uso de las herramientas computacionales
4.5. Justificación
Justificación Teórica
Esta investigación pretende ampliar los conocimientos sobre las teorías de diseño.
Se permitirá aumentar los conocimientos de programación combinado con la Metodología de Diseño.
Justificación Metodológica.
Se pretende proponer una metodología de diseño basada en el Design Thinking, el cual puede ser utilizado en cualquier ámbito de la industria.
Justificación Económica y Medio Ambiental.
Los resultados obtenidos nos permitirán predecir propiedades mecánicas y térmicas antes de la fabricación de la máquina.
La investigación nos permitirá el ahorro en costo de ensayos y en pérdidas causadas por las fallas de las uniones soldadas.
4 4.6. Objetivos
Objetivo General
Diseñar un Transportador de Cangilones por medios computacionales.
Objetivos Específicos
Determinar los requerimientos y necesidades del cliente.
Analizar los distintos conceptos de diseño para el transportador de cangilones
Proponer una configuración de diseño óptimo.
Realizar el diseño paramétrico para los componentes del Transportador de Cangilones
Realizar un lenguaje de programación para el diseño propuesto.
4.7. Alcance
El transportador de cangilones que se construirá ha sido tomando en cuenta las necesidades de la Empresa Molino El Cholo, con la finalidad de mejorar la producción mensual.
Esta máquina está destinada a la vida industrial, el diseño se propondrá a la empresa para su implementación y puesta en marcha.
5 4.8. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
4.8.1. Diseño de Ingeniería
“El diseño en ingeniería es el proceso de creación de un sistema, componente, o proceso que cumple con las expectativas de algún requerimiento por parte de una entidad o empresa. Es un proceso en el cual se toma decisiones (generalmente iterativo), en el que las ciencias experimentales, la matemática y las ciencias de la ingeniería se combinan para convertir recursos en una forma óptima con el fin de lograr objetivos establecidos. Entre los elementos esenciales del proceso de diseño están la formulación de objetivos y criterios de selección, la síntesis de soluciones, el análisis de posibilidades, la construcción de prototipos, pruebas sobre ellos y evaluación de resultados.” (Fergus, 2018)
Diseñar es crear un plan para cumplir con un requerimiento con el cual se busca satisfacer necesidades de la sociedad o resolver un problema de la misma. Cuando el resultado de la metodología establecida se obtiene un objeto físico real, éste debe tener características de funcionalidad, seguridad, confiabilidad, competitividad, utilidad para que pueda ser fabricado y puesto a la venta a un público usuario.
Este proceso mencionado debe ser innovador, ya que debe brindar un producto novedoso hacia el usuario, pero a la vez deber iterativo, ya que existen casos que debido a la poca información que se tiene del fenómeno o en otros casos exceso de ella, por lo que se debe tomar decisiones tentativas para a través de ella poder llegar a cambios de ella y finalmente obtener un diseño óptimo a los ojos de usuario.
(Nisbett & Budyna, 2008)
6 4.8.2. Proceso de diseño
El diseño es una serie de pasos que se siguen a partir de datos de entrada, a los que llamaremos requerimientos del cliente, para obtener la solución de ingeniería más práctica y funcional que pueda satisfacer dichos requerimientos. Este proceso consiste en el uso de la creatividad del diseñador y la aplicación de conocimientos adquiridos a lo largo sus sesiones de aprendizaje, esto requiere un método riguroso y organizado que facilita, pero no garantiza la obtención de resultados deseados. (Castaño & Moreno, 2004)
El proceso de diseño comienza con la identificación de una necesidad y lo más importante que consiste en decidir hacer algo al respecto.
Después de varias pruebas se llega a tener un plan de acción para satisfacer la necesidad. De acuerdo con el diseño que se plantee, puede ser que algunas de las fases del proceso se puedan repetir durante la vida del producto.
Figura 1:Fase del proceso de diseño
7 Se han desarrollado una variedad de metodologías para la realización de un proceso de diseño de la solución a los problemas abiertos que debe enfrentar el ingeniero; unas, adaptadas a situaciones específicas;
otras, de carácter más general. Otra forma de analizar los pasos que llevan a cabo son los mencionados en la Figura 02, donde se puede observar que el proceso iterativo es importante en las primeras etapas del proceso de diseño. (Grech, 2013)
Figura 2:Diagrama de bloques del modelo de diseño ingeniería 4.8.3. Definición del Problema
Definir es delimitar el problema y el alcance de la solución que está buscándose. Además, es indicar lo que se desea hacer y en cierto modo, a dónde no se desea llegar. Definir el problema es la parte con mayor dificultad en el proceso de diseño; una mínima desviación a esta altura representa un gran error al final.
8 4.8.4. Criterios y restricciones
La solución a un problema se encuentra sujeta a algunas restricciones o limitaciones. Actualmente se tiene como las principales limitaciones al espacio, ya que las dimensiones máximas serán dadas por el usuario final. Otras importantes son del aspecto de la manufactura, seguridad y aspectos medioambientales, los cuales pueden cambiar el tipo de diseño que vamos a trabajar.
4.8.5. Generación de posibles soluciones
Es uno de los pasos más importantes en el proceso de diseño, ya que consiste en el proceso iterativo en sí, el cual nos dará un mayor universo de opciones cono las cuales poder trabajar.
Para poder llegar a tener un sin número de opciones nos debemos centrar en una búsqueda de información confiable con lo son las investigaciones indexadas, libros o revistas científicas.
4.8.6. Descarte de las soluciones no viables
Para todas las soluciones generadas y obtenidas en el paso anterior se someten a diversos filtros para confirmar si cumplen las restricciones impuestas a la solución, así como otros criterios de selección. Las que no pasan estos controles son rechazadas y se dejan las que de alguna manera podrían llegar a ser soluciones factibles al problema planteado.
4.8.7. Selección de la mejor solución
Para este paso se basa principalmente en el criterio del diseñador, el cual analiza las ponderaciones que tiene cada opción en las diferentes criterios o funciones que va a cumplir el componente.
9 4.8.8. Especificaciones de la solución
Cuando se tiene la mejor solución, se debe realizar todos los pasos para poder realizar un prototipo de ésta, para posteriormente se proceda a realizar las pruebas y las correcciones debidas. En este paso se debe dejar todos los instructivos para que cualquier otro diseñador pueda ejecutarlo.
4.8.9. Documentación y comunicación
El último paso consiste en la documentación escrita y una exposición oral de la solución al problema. (Dym & Brown, 2012) 4.8.10. Fases del Diseño
El diseño de un producto se desarrolla en el tiempo en fases de diseño que van desde la identificación de las necesidades de los clientes a la realización del producto terminado.
Inicialmente, se explora el estado de la necesidad del cliente y se elabora una lista de especificaciones del objetivo del diseño. Por ejemplo, podemos obtener detalles de la geometría del eje existente y las condiciones de funcionamiento en la fábrica, incluyendo la energía disponible. Además, tratamos de aclarar el tipo de funcionamiento que satisface al cliente.
Durante la fase del concepto del diseño sintetizamos una variedad de principios de trabajo o conceptos incluyendo ejemplos que los representen. Luego, después de desarrollar una lista de criterios de evaluación, se selecciona uno de los conceptos a desarrollar más adelante.
Entonces, se genera una variedad de configuraciones, incluyendo la disposición de los componentes individuales. La configuración del diseño es la fase donde se genera configuraciones alternativas, se analizan y se evalúan.
Durante la fase del Diseño Paramétrico, determinamos los valores de los parámetros controlables, llamados variables de diseño,
10 identificados como desconocidos durante la fase de configuración.
Concordamos las variables de diseño con la forma, es decir, perfil, configuración, tamaño, material y proceso de fabricación.
Finalmente, se evalúa el rendimiento por medio de fórmulas convencionales de diseño de máquinas, programas informáticos, o mediante experimentos físicos. Analizamos los resultados para asegurarnos que se cumplen todas las restricciones y que se obtiene un rendimiento óptimo; caso contrario, iterar o rediseñar para generar nuevos candidatos de diseño con los nuevos valores de las variables de diseño, luego reanalizamos, evaluamos, y así sucesivamente.
Durante la fase de diseño de detalles, determinamos las especificaciones del producto aún pendientes, como el acabado superficial, la resina adhesiva para pegar las pastillas del freno y los procedimientos de montaje, podemos fabricar y ensayar las partes críticas. También preparamos un paquete completo de especificaciones de fabricación, incluyendo los detalles y planos de montaje, lista de materiales, recomendaciones sobre el proceso de fabricación, resultados de la prueba de rendimiento del prototipo y especificaciones del producto, tales como altura, anchura, profundidad, peso, rendimiento esperado. (Eggert, 2004)
Figura 3:Metodología de diseño utilizada
11 4.8.11. Transportador de Cangilones
Para el transporte mecánico de materiales a granel, se utiliza mayormente los transportadores o comúnmente llamados elevadores de cangilones, los cuales realizan movimientos verticales de subida y retorno de una correa, sobre la cual se monta los cangilones luego de establecer una distribución adecuada de ellos.
Estos cangilones son los recipientes de llenado del material a transportar los cuales van montados sobre la correa, esta se encarga de transmitir el movimiento del tambor de accionamiento; absorbiendo el propio peso de cada cangilón, el peso específico del material que se desea transportar y a la vez los esfuerzos como resultado de la transmisión.
Las correas usadas para el trasporte por cangilones deben brindar una adecuada resistencia transversal para garantizar de esta manera la correcta sujeción de los pernos o tornillos de los cangilones. La selección de estas debe corresponder de acuerdo con las características que proporciona cada elevador, en función del cálculo pertinente en el diseño.
4.8.12. Componentes del Transportador de Cangilones.
Los componentes del transporte de cangilones tienden a cambiar dependiendo el uso que se le va a dar. Sin embargo, hay componentes que se repiten entre la mayoría de los tipos de Transportares.
En la Figura 4 podemos observar un esquema general de los Transportadores de Cangilones, donde se incluye el nombre de los principales componentes.
12 Figura 4:Transportador de Cangilones de estas debe corresponder de acuerdo con las características que proporciona cada elevador, en función del cálculo pertinente en el diseño.
4.8.13. Correa.
Las correas que se usan en elevación generalmente son las mismas usadas en transporte, por la misma razón se debe tomar COMPONENTES DE UN
ELEVADOR DE CANGILONES 1 Correa
2 Cangilones
3 Tambor de accionamiento 4 Tambor de reenvió
5 Cabeza de elevador 6 Pantalones
7 Pie del elevador 8 Puerta de inspección 9 Unidad de accionamiento 10 Estirador
11 Freno automático 12 Descarga del elevador 13 Tolva de alimentación 14 Puerta de limpieza 15 Puerta del pantalón
13 en cuenta las características necesarias para como la robustez que debe poseer, también la resistencia longitudinal y trasversal para la correcta sujeción de los cangilones. Además, podemos clasificar las correas de acuerdo con las características específicas del material a transportar, algunas de ellas pueden ser; correas anti grasas de hule y PVC, correas anti abrasivas de hule, correas para altas temperaturas, entre otras.
Figura 5:Fajas de transportador
4.8.14. Cangilones
Son los depósitos o elementos de llenado de forma ascendente dentro del sistema de elevación, estos cangilones son fijados sobre la correa mediante tornillos o pernos dependiendo de la carga.
Para el diseño se toman en cuenta las medidas básicas con las cuales se define las cuales son tres, largo, profundidad y proyección, también hay que tener en cuenta las condiciones del fabricante respecto a la velocidad y al diseño del sombrero del elevador, factor determinante de la eficiencia del sistema.
Los materiales considerados para la fabricación de los cangilones pueden ser polietileno, nylon, poliuretano, nyrim,
14 nylatron, acero al carbono, hierro dúctil, acero inoxidable; entre otros.
Figura 6:Tipos de cangilones 4.8.15. Tambor de accionamiento
Es el dispositivo que se encarga de transmitir el movimiento de la correa, debería ser recubierto con caucho a gran escala para evitar el desgaste producido por el polvo que se encuentra en el sistema, de la misma forma evita el desgaste acelerado de la correa generando eficacia en el uso de la potencia ahorrando energía, también evita las fallas de deslizamiento disconforme (eventual patinamiento) debido al aumento del coeficiente de rozamiento. Para que la operación sea eficiente, el diámetro se calcula en función de velocidad y descarga.
Figura 7:Tambor de accionamiento
15 4.8.16. Tambor de reenvío
Este elemento se localiza en la parte inferior del sistema, su construcción es de tipo jaula de ardilla o aleteada para evitar que el material transportado que sufra un derrame no se introduzca en la correa y el tambor ocasionando daños, sobre su eje se ubica el dispositivo de estiramiento, generalmente su diámetro es igual o menor al del tambor de accionamiento.
Figura 8:Tambor de reenvío 4.8.17. Cabeza de elevador
Se ubica en la parte superior del sistema, es la estructura metálica que sujeta y cubre a la unidad de accionamiento, freno y la boca de descarga, el sombrero de cabeza que tiene debe adaptarse al tipo de cangilón utilizado, además debe tener el perfil adecuado para acoplarse a la trayectoria del material al momento de producir la descarga.
16 Figura 9:Cabeza de elevador
4.8.18. Pie de elevador
Este elemento se encuentra en la parte inferior del elevador, dentro de los cuales alberga a la tolva de alimentación, al dispositivo de estiramiento y a las puertas de inspección y limpieza para evitar estancamientos del material trasportado.
Figura 10:Pie de elevador 4.8.19. Estirador
Este dispositivo está montado en el pie del elevador, se usa para tensionar la correa del sistema para su perfecto funcionamiento, puede ser de dos tipos: manual y automático para elevadores de grandes capacidades.
17 Figura 11:Estirador
4.8.20. Freno
Es un dispositivo pegado al eje del tambor de accionamiento, que no permite el descargue del material elevado en caso de una parada, evitando el retroceso de la correa en el caso de que los cangilones estén cargados.
4.8.21. Pantalón
Llamados también ramal, son las estructuras que albergan a los elementos de transporte, como son los cangilones y la correa, se debe considerar la holgura adecuada para el funcionamiento ideal del sistema, tenemos el ramal de subida el cual contiene a la correa de forma descendiente y el ramal de bajada lo hace de forma descendiente.
18 Figura 12:Pantalón
4.8.22. Unidad de accionamiento
Es el conjunto de elementos que se ubica en la parte superior del elevador, se trata de un motor y un reductor que está acoplado directamente al eje del tambor de accionamiento, o también mediante un mecanismo dentado o elástico.
Figura 13:Unidad de accionamiento
4.8.23. Matlab GUIDE:
El Matlab GUIDE (Graphical User Interfase Development Environment) es una extensión del Matlab tal y como lo conocemos, utilizamos las herramientas destinadas para la creación de una interfaz gráfica de usuario (GUI, Graphical User Interfaces), esto requiere estar en constante interacción con el software del programa, con la finalidad de desarrollar y poner en marcha programas que necesiten ingreso continuo de datos. Generalmente la herramienta Matlab es muy
19 sencilla e intuitiva de usar, la cual está compuesta de muchas herramientas como textos estáticos, textos editables, graficas, los cuales se describirán posteriormente.
La creación de archivos en GUIDE, Matlab creará dos archivos, un archivo ". fig", en el cual se encuentra una presentación de los componentes que integran la ventana de interface, y un archivo ".m", en el cual se encuentra las ecuaciones y funciones utilizadas para la creación de la interface del GUI.
INICIO DE UNA GUI:
Existen 2 maneras para ingresar a la interface GUI
Digitalizando el siguiente comando en la ventana de Matlab:
>> guide
Llevando el cursor al incono New, luego pasarlo por App, seleccionamos Matlab Guide o solamente Guide como se muestra en la siguiente figura 14.
Figura 14:Interfaz de Matlab, herramienta Guide.
Al hacer click surgirá una ventana emergente la cual se muestra en la figura 15, en esta se podrá seleccionar crear una nueva interfaz o abrir
20 una existente, dentro la crear una nueva interfaz tendremos opciones, como crear una ventana emergente desde cero, o escoger una ya predeterminada.
Figura 15:Ventana emergente para seleccionar la GUI: Crear o Abrir
Blank GUI (Default): Es una ventana gráfica de usuario en blanco, donde se puede realizare le diseño mediante las herramientas presentes en el mismo (ver figura 16).
GUI with Uicontrols: Es una plantilla predeterminada en la cual se da un ejemplo para el control de las propiedades físicas de un objeto, cabe resaltar que no usa en su totalidad la mayor parte de herramientas disponibles.
GUI with Axes and Menu: Es una plantilla predeterminada en la cual se da un ejemplo el cual usa la gran mayoría de herramientas presentes en la ventana grafica de usuario.
Modal Question Dialog: Esta plantilla permite la visualización de una figura y botones, los cuales tendrán un texto diferente cada una de ellas, cabe resaltar que es una plantilla predefinida.
Al seleccionar “Blank GUI", se abre una ventana emergente como se muestra en la figura 16, o similar, esto de acuerdo a la versión del software portada por el usuario, resaltando que no hay mucha diferencia salvo en la parte izquierda que se muestran los componentes, estos por defecto aparecerán sin un texto predefinido.
21 Para ingresar un texto, nos iremos a File>>Preferentes y escogeremos Show names in component palette.
Figura 16:Entorno de trabajo de una GUI.
Entorno de trabajo
En la ilustración 16 se puede observar que la ventana de interfaz gráfica está compuesta por una serie de menús y datos, los cuales son herramienta clave para el desarrollo de una GUI sencilla e intuitiva.
Menú "Align Objects"
Al seleccionarlo se abrirá una ventana emergente como la figura 17, la cual sirve para alinear todos los elementos del área de trabajo, en la cual hay opciones predeterminadas, y una opción que permite al usuario realizarlo de manera personalizada.
22 Figura 17:Ventana Emergente Alling Objects
Menú "Editor"
Esta herramienta permite al usuario crear menús y submenús desplegables los cuales aparecerán en la ventana de trabajo el cual se puede observar en la figura 18. Cabe mencionar que los menús se ubicarán en la parte superior de dicha ventana.
Figura 18:Editor de Menú de GUI.
Menú "Tab Order Editor"
Al seleccionar este comando se abrirá una ventana emergente, con la cual podrá modificar el acceso a los diversos comandos de la GUI (ver figura 19).
23 Figura 19:Ventana Tab Order Editor de una GUI.
Menú "Toolbar Editor"
Al seleccionarlo este comando permitirá añadir iconos y personalizar las acciones de cada uno de ellos, al ingresar a este comando se abrirá una ventana como se puede observar en la ilustración 20, son del tipo guardar, imprimir, zoom, etc.
Figura 20:Ventana del Toolbar Editor de una GUI.
. Menú "M-File Editor"
Si seleccionamos este comando, se abrirá un archivo .m el cual esta vinculado al diseño que estamos realizado, y nos situará en la parte
24 inicial de las funciones y ecuaciones presentes en nuestra GUI (ver figura 21). Esta es una forma de acceder a la programación o visualización de los comandos y funciones que se encuentran en nuestra área de trabajo.
Figura 21:Ventana de Trabajo de la GUI, Archivo “.m”
Menú "Property Inspector"
Al seleccionar este comando se ejecutará una ventana la cual nos permitirá realizar las configuraciones para la función que este dentro de nuestra área de trabajo, sea este un texto estatice, texto editable, graficas, botón pulsador, etc. una GUI, es decir, permite modificar el tipo de letra, el fondo de nuestro editable, el texto con el que aparecerá en nuestra área de trabajo, entre otros. (ver Figura 22).
25 Figura 22:Ventana de configuración de un comando ejecutable.
Menú "Object Browser"
La figura 23 que se muestra a continuación, muestra la ventana emergente que se genera al abrir menú "Object Browser", en el cual están todos los componentes de nuestra área de trabajo, permitiendo seleccionarlos para realizar configuraciones si fuese necesario.
Figura 23:Explorador de objetos de una GUI.
26 Icono "Run Guide"
Al hacer click derecho sobre el siguiente icono se ejecutará y abrirá una ventana emergente correspondiente a la interfaz diseñada, permitiéndonos así poder modificar los valores de entrada de datos para obtener los datos de salida que se requieren según sea el caso (ver figura 24)
Figura 24:Ventana emergente correspondiente al ejecutar el programa.
Árbol de componentes de una GUIDE
En la siguiente figura 25, se muestra el árbol de trabajo de GUIDE, en la cual se señaló todas las componentes que se usan para el diseño de una interfaz gráfica GUI, estos serán descritos brevemente posteriormente.
27 Figura 25:Árbol de componentes de GUIDE
Push Buttton
Es un elemento el cual tiene la función de realizar la acción que fue programada en el archivo “.m”, al hacer click en este botón se ejecutará el programa o los programas realizados, este comando se puede observar en la siguiente figura.
Figura 26:Botón para la ejecución de una orden.
Slider
Es un elemento o widget el GUI, y tiene la función de deslizar valores que generalmente pueden ser modificados existiendo un mínimo y un máximo, generalmente suele estar por defecto entre los valores de 0
28 y 1, lo cual permite modificar la simulación realizada al deslizar y cambiar el valor de una variable.
Figura 27:Slider.
Radio Button
Es un elemento icono o widget del GUI, que permite seleccionar entre una lista o serie de opciones encontradas en el Radio Buttons, el cual dependerá del programa realizado, pudiendo así, realizar varias operaciones de cálculo o cual sea la finalidad de la programación, dado que una vez seleccionado el programa se ejecutará. A continuación, se muestra una ilustración referente al widget del Radio Button.
Figura 28:Botón Radio
Check Box
En la figura 20 se puede observar el Widget del Check box, su funcionalidad es similar al Radio Botón, pero esta permite activarse o
29 desactivarse en comparación con el Radio Botón, que permite solo activar. Otra de las diferencias sustanciales es al momento de seleccionar una o varias opciones, en cambio en el botón de radio solo se permite seleccionar una opción dentro de la lista de posibilidades existentes.
Figura 29:Check Box.
Edit Text
Es un elemento que permite al usuario registrar algún dato de entrada que fuese necesario, siendo este alfanumérico, es decir; puede ser texto o numérico, para posteriormente en la ejecución del programa este sea leído como un valor, y almacenarlo. Pudiendo ser editado. (ver figura 30).
Figura 30:Texto Editable Texto Estático
Es un elemento que permite al usuario registrar algún dato de entrada que fuese necesario, siendo este alfanumérico, es decir; puede ser texto o numérico, para posteriormente en la ejecución del programa este sea leído como un valor, y almacenarlo. No pudiendo ser editado. (ver figura 31).
30 Figura 31:Static Text
Pop-up Menu
Es una ventana o Widget perteneciente al área de trabajo el cual es una lista desplegable permitiendo así elegir entre una variedad de opciones las cuales fueron programadas, tal que al ejecutar el programa la opción seleccionada sea leída y almacenada para el cálculo realizado por el programa (Figura 32).
Figura 32:Pop-up Menu
List Box
Es un Widget similar al Pop-up Menu pero este en lugar de ser una ventana que permite desplegar, aparecerá desplegada permitiendo así la elección de alguna opción, posteriormente se realizará la ejecución del programa (figura 33).
Figura 33:List Box
31 Toogle Button
Es un Widget similar a los anteriores, con la diferencia que al ejecutar una orden sobre él, se quedará activada el color como se puede visualizar en la ilustración tomando los valores designados por el programador, y ejecutar la serie de datos o acciones programadas (figura 34)
Figura 34:Toogle buttom.
Tabla
Permite crear una tabla en la cual se pueden visualizar los datos registrados. Este Widget posee un editor para habilitar las propiedades y poder modificarlas en cualquier comento. (figura 35)
Figura 35:Tabla Axes
Es un widget que permite la visualización de figuras, gráficos los cuales pueden ser programados por el usuario para mostrar graficas importantes de la programación como lo son fuerzas vs desplazamientos, etc. O simplemente leer figuras en extensión JPG, PNG, JP, etc. (figura 36).
32 Figura 36:Axes
Panel
Widget para organizar todos los componentes del área de trabajo, quedando estos fijos y no permitiendo el movimiento individual de las componentes, si se logra mover se moverá todo el conjunto, Permitiendo así una organización muy optima en cuanto a componentes de la interfaz gráfica (figura 37).
Figura 37:Panel de Interfaz
Button Group
Widget para organizar todos los componentes del área de trabajo, quedando estos fijos y no permitiendo el movimiento individual de las componentes, si se logra mover se moverá todo el conjunto, Permitiendo así una organización muy optima en cuanto a componentes de la interfaz gráfica, con la diferencia de que al agregar
33 un radio button permite escoger una característica de todo el grupo (ver figura 38).
Figura 38:Botón de Grupo Programación y ordenes en Guide
En una GUI, la gestión de operaciones es controlada por los procesos que se llevan a cabo en el mismo entorno de trabajo. Pero en la ventana emergente de comandos (M-file) está por defecto. Esto sucede gracias a que tanto el código como las variables son fijas las cuales solo cambiaran si el programador cambiara alguna de las acciones realizadas por los comandos dentro de la GUI.
De manera general, la interface gráfica GUI, permite y facilita mucho los caculos realizados de alguna operación matemática,la cual obedece a la programación ejecutada por el usuario que dependiendo de sus necesidades podrá elegir entre diferente tipo de cálculos, desarrollo, procesos, comandos, etc.
En la siguiente ilustración se muestra el diagrama de flujo de la operación de una GUI.
34 Figura 39:Flujo de funcionamiento de un GUI
35 5. MATERIALES Y MÉTODOS
5.1. Tipo de estudio
Tomando en cuenta que el estudio es el diseño de un Transportador de Cangilones para un Molino, se trata de un estudio de acuerdo con el fin:
investigación aplicada 5.2. Diseño de investigación
Se trata de un estudio descriptivo 5.3. Variables de investigación
VARIABLES INDEPENDIENTES.
X1= Volumen de Producto X2= Dimensión del área X3= Nivel de automatización X4= Fuente de Energía
VARIABLES DEPENDIENTES.
Y1 = Materiales Y2 = Estructura
Y3 = Sistema de fuerza
El gráfico de relación de variables lo podemos observar en la figura 12
Metodología de Diseño
Y1
Y2 X1
X2 X3
X4 Y3
Figura 40: Esquemas de relación de variables
36 5.4. Procedimiento Experimental
Figura 41:Esquema de Proceso Experimental
Quinta Etapa: Diseño de Detalle
Elaborar los planos de ensamblaje Elaborar la lista de los elementos para la construcción
Cuarta Etapa: Diseño Paramétrico
Realizar el análisis y cálculo de la estructura. Realizar la selección de cada uno de los mecanismos de la máquina
Tercera Etapa: Configuración de Diseño
Establecer configuraciones de diseño. Realizar la evaluación técnico - económica para seleccionar la solución más viable
Segunda Etapa: Concepto de Diseño
Construir la matriz morfológica con los conceptos de diseño
Realizar la evaluación técnico - económica para seleccionar concepto de diseño óptimo
Primera Etapa: Formulación
Realizar la lista de necesidades y requerimientos
Definir las funciones de la máquina diferenciando principales y secundarias
37
6. RESULTADOS
6.1. Problema de Diseño
El problema de diseño surge de la propia necesidad de transportar el arroz dentro del Molino el Cholo, para de esta manera disminuir el tiempo de almacenado del producto.
Por lo que nuestro problema se desarrolla en torno a:
“Diseño de un Transportador de cangilones con métodos computacionales”
6.2. Especificaciones de Diseño de Ingeniería
Entendido el problema al que nos enfrentamos debemos formular las especificaciones de ingeniería nos servirán de guía para resolver el problema.
Dichas especificaciones deben ser satisfechas por la forma que resulte ser la alternativa más conveniente para realizar el transporte del arroz, y deben estar de acuerdo con lo que requiere el cliente, en este caso la capacidad de transporte, las dimensiones máximas de la máquina, efectos no deseados, etc.
A continuación, se presenta las especificaciones de ingeniería que se derivan del entendimiento del problema:
6.2.1. Efectos no deseados del diseño:
La máquina no debe dañar al material que se transportará lo que disminuiría la calidad del producto.
6.2.2. Características especiales:
Debe presentar un sistema de encendido y apagado y con fuente de energía eléctrica.
38 6.2.3. Necesidades del cliente:
- El material para transportar es arroz.
- La capacidad necesaria mínima es de 25 Tn/h - El tiro del elevador debe tener una altura de 15 m
6.2.4. Entorno operativo:
- La máquina será instalada dentro del ambiente de almacenamiento.
- Debe presentar una toma de corriente cercana para su funcionamiento.
6.2.5. Mantenimiento, reparación y retiro:
- Se debe realizar un mantenimiento predictivo a la máquina siguiendo el plan elaborado.
- La reparación sólo debe ser realizado por el encargado de mantenimiento de la empresa u otro técnico capacitado.
- El retiro del equipo sólo se dará con el visto bueno del Jefe de Planta y la autoridad competente.
- Todos los componentes deben ser de fácil mantenimiento y remplazo.
6.2.6. La fiabilidad y robustez:
- La eficiencia debe ser elevada al 80 %
- Debe asegurarse la esbeltez de cada uno de los componentes estructurales de la máquina.
6.2.7. Seguridad:
- Todos los componentes móviles deben estar protegidos por una guarda.
- La máquina debe estar fija para evitar un desbalance de la máquina.
- Todos los sistemas eléctricos deben estar aislados y con protección de puesta a tierra.
39 - De tener un manual de uso para evitar accidentes
6.2.8. Facilidad de uso:
- La máquina debe ser de fácil uso ya que será usada por personal experto y otros en aprendizaje.
- Semiautomática para facilitar su aplicación.
6.2.9. Factores humanos:
- Todos los componentes móviles deben estar protegidos por una guarda. La operación de la máquina debe requerir el mínimo de intervención humana.
- Las partes de la estructura no deben presentar filos ni geometrías que puedan causar daño al operador.
- El sistema de fuerza debe ser de fácil accionamiento.
- No requiere equipo de protección especial, solo EPP básica de trabajo
6.3. Subsistemas
Los subsistemas para el Transportador de Cangilones dependerán de los parámetros de funcionamiento en planta.
El producto para movilizar es arroz, con la capacidad de transporte mencionada en el apartado anterior, además que la fuente de energía predominante es la eléctrica monofásica. Los materiales deben ser resistente, con un ensamblaje de fácil ejecución y de alta confiabilidad.
Los subsistemas que se utilizarán son:
Acarreo de material
Es el sistema el cual se encarga de llevar el material de una oposición a otra sin generar pérdida de volumen en su recorrido. En este caso se utilizan los cangilones.
Sistema de sujeción
40 Se encarga de soportar a los cangilones y brindarle el movimiento para su desplazamiento
Sistema de carga:
Sistema encargado de alimentar al transportador de la materia prima que transportará.
Sistema de descarga.
Es el sistema encargado de retirar la materia prima del transportador al siguiente punto de trabajo, bien sea un almacén o una cinta transportadora.
Sistema de Fuerza
Es el sistema encargado de brindar movimiento a todo el transportador, a través de un par motor y una velocidad de rotación.
Sistema de Alimentación
Es el sistema encargado de brindar energía al sistema de fuerza y permitir su movimiento.
Dentro de este sistema está considerado la fuente de energía utilizada y el sistema de transmisión de ella hacia la máquina.
6.4. Concepto de Solución
En esta parte se pondrán las posibles soluciones que se obtienen de realizar combinaciones de los factores de diseño.
41
Acarreo de material
El acarreo de material se realiza a través de los cangilones los cuales pueden ser de las siguientes opciones:
- Cangilones Profundos: utilizados para materiales que no se apelmazan y son fácilmente movedizos.
Figura 42:Cangilones Profundos
- Cangilones pocos profundos: utilizados para materiales apelmazados.
Figura 43:Cangilones poco profundos
- Cangilones con guías laterales o de escamas: poseen una base sin redondear. Utilizados en elevadores con descarga dirigida por gravedad.
42 Figura 44:Cangilones con guías laterales
Sistema de sujeción
Incluye la sujeción de los cangilones.
- Cangilón unido por correa: En este caso la correa soporta toda la cara de un cangilón.
Figura 45:Cangilón unido por correa
- Cangilón unido a cadena: se realiza la sujeción a través de dos cadenas ubicadas en ambos filos
Figura 46:Cangilón unido por cadenas
43
Sistema de carga:
Tenemos tres formas de realizar la carga del material:
- Mediante tolva dosificadora: la materia prima se carga a través de un agujero de carga. Es utilizada para materiales de gran tamaño y abrasivos.
Figura 47:Carga por tolva dosificadora
- Por dragada: el material en estado de granel se carga del pozo inferior del elevador. Se utiliza generalmente para materiales que no poseen una resistencia considerable a la extracción (polvorientos o de gránulo fino).
Figura 48:Cangilones con guías laterales - Mixta: cuando se realizan de ambas formas.
44
Sistema de descarga.
Se tiene tres tipos de métodos de descarga:
- Centrífuga: Tiene velocidades de desplazamiento de 1.2 a 4m/s. La distancia de separación entre cangilones de 2 a 3 veces la altura del cangilón. Es el tipo de descarga más utilizado y usa la carga por dragado.
- Gravedad continua: Tiene velocidades más bajas, con valores entre 0.5 y 1 m/s. Se aprovecha el peso del material para la descarga del mismo.
- Positivo: su funcionamiento es parecido a los centrífugos, salvo que el cangilón está ligado con dos cordones de la cadena. Tiene velocidad lenta y es usado para materiales aireados livianos y pegajoso.
6.5. Diseño Paramétrico
6.5.1. Datos requeridos para el diseño:
Material para elevar: Arroz
Capacidad: Q = 25 Tn/h
Peso específico del Maíz: ρ = 45 lb/pie3
Granulometría: 18 mm
Tiro del elevador: H = 15 m
6.5.2. Determinación del coeficiente de llenado:
El cociente que existe del volumen que ocupa el cangilón por el material transportado y el volumen total, depende del material, la forma del cangilón y la velocidad de la banda.
45 Según tabla, el coeficiente de llenado a adoptar para Maíz es: (ver anexo 1)
φ = 0,7 – 0.8
6.5.3. Selección del cangilón
En este punto se selecciona el modelo del cangilón que posee la mayor capacidad de carga disponible. Del catálogo Volante Hnas.
(Ver anexo 2).
Tabla 1. Dimensiones del Cangilón
Figura 49:Dimensiones del cangilón
6.5.4. Determinación del ancho de la banda
(B) es el ancho de la banda, se determina en base al número de filas de cangilones que se van a utilizar y el ancho de cada uno.
Respecto al número de filas, es una variable que se obtiene mediante el dimensionamiento del equipo y está relacionada de manera directa con la capacidad de carga que debe cubrir el equipo.
46 𝐵 = 𝐹 𝑥 𝐴 + 𝐷
𝐵 = 2 x 120 + 60 𝐵 = 300 mm Donde:
F = Número de filas A = Ancho de Cangilón
D = Distancia entre fila de cangilón (30 a 100mm)
6.5.5. Cálculo de paso (P)
Normalmente, para determinar el paso entre cangilones y limitar o definir así el perforado de la banda; el fabricante de los Cangilones debe proporcionar como dato la cantidad de unidades por metro lineal de banda. Dónde:
𝑃 =1Z 𝑃 = 1
5 u m 𝑃 = 0.2 𝑚 Dónde:
Z = Cantidad de Cangilones por m.
6.5.6. Velocidad aconsejada de banda
Por lo tanto, de las pautas de diseño usadas por los fabricantes de experiencia que la velocidad recomendada del transporte debe ser:
V = 3m s
Por lo que, con este criterio se han conseguido los resultados apreciables en la práctica, debido a que se evitan los problemas
47 generados en la descarga del equipo (altas velocidades), además del retorno de material por el pantalón del elevador (bajas velocidades).
Cabe resaltar que según la bibliografía las velocidades que se manejan en esta forma de transporte (elevadores de descarga por fuerza centrífuga) varían entre 1.2 y 4 m/s. (ver anexo 3)
6.5.7. Cálculo de la velocidad aconsejada de banda
Para cubrir las necesidades eficientes en nuestro diseño optamos por calcular la velocidad de banda, a partir de las consignas correspondientes, dadas como datos de entrada, según la configuración de lo planteado.
V = Q x P
3,6 x Vcang x φ x ρ x 2
Dónde:
Q =Capacidad en Tn/hs;
Vcang = Capacidad de cada cangilón (litros) P =Paso de los cangilones (metros)
v =Velocidad de la banda o cadena (m/seg);
φ =Coeficiente de llenado de cada cangilón que varía entre 0,75 y 0,8.
Dependerá del material que se eleva, la forma del cangilón y la velocidad de la banda.
ρ = Peso específico del material (Kg/dm3) Z = Cantidad de cangilones por m
48 Reemplazando
V = 25Tn/hr x 0.2 m
3,6 x 0.35 dm3 x 0.8 x 0.72 kg/dm3 x 2
V = 3.44 m/s
El valor necesario para la descarga centrifuga en este diseño es de 3.44 m/s.
6.5.8. Cálculo de banda
El procedimiento para determinar una correcta banda para el elevador requiere de un análisis de diseño y cálculos fundamentales, los cuales se desarrollarán a continuación:
6.5.8.1. Cálculo del peso del material elevado (Pm) por metro lineal
Pm = 17 xT V
Dónde:
V = Velocidad de la banda o cadena (m/min).
T = Toneladas por hora elevadas (tn/h).
Pm = 17 x 25 Tn/h
3.44 m/s x 60 s/min Pm = 2.08 Kg/m 6.5.8.2. Cálculo del número de cangilones
N =100 x Ca x n e
49 Donde:
Ca = Longitud de la correa abierta, en m (por el diámetro ver ítem.) e = Distancia entre centros de cangilones en mm.
n = Número de filas de cangilones.
N =1000 x (15 m x 2 + π x 0.90m) x 2 200 mm
N = 328 cangilons 6.5.8.3. Cálculo de la Tensión efectiva (Te)
- Cálculo de la Tensión Efectiva en función de la carga.
Te carg = Pm x (H + H0) Donde:
Pm = Peso del material elevado, en Kg/m;
H = Altura de elevación
H0 =Altura equivalente para compensación de los efectos de las fuerzas de carga y fricción en los tambores.
OBS: debido a que el elevador descarga por fuerza centrífuga, se adopta 𝐻0 = 7.6m (Ver anexo 4).
Reemplazando:
Te carg = 2.08 Kg/mx (15 m + 7.6m) Te carg = 47.08 kgf
- Cálculo de la Tensión Efectiva (Te) en función al número de Cangilones.
Te cang = 0.8 x p1x N x (H + H0
H )
50 Donde:
N = Número de cangilones.
p1 = Peso del material contenido en cada cangilón, en Kg.
Reemplazando
Tecang = 0.8 x (0.8 x 0.720Kg/dm3 x 0.35 dm3)x 328 cangilones x (15m + 7.6m
15m )
Te = 79.76 Kgf - Cálculo de la Tensión Máxima (Tm).
Tm = (1 + k)Te
Donde:
K = Factor de accionamiento; (ver anexo 5).
Tm = (1 + 0.85)x79.76 kgf Tm = 147.55
- Cálculo de la Unidad de la Tensión (ut).
Ut =Tm L Donde:
L = Ancho de banda, en cm
Ut =147.571 Kgf 60 cm Ut = 2.45 kgf
51 6.5.8.4. Cálculo del número de Telas
NL =Ut Rt Donde:
Ut = Unidad de tensión, en Kgf
Rt = Tensión admisible de la tela, en Kgf/cm/tela. (Ver anexo 6).
Para tela AA - 70:
𝑁𝐿 = 2.45 Kgf/cm 7,0 Kgf/cm/tela 𝑁𝐿 = 0.35
Con este valor determinamos como primer análisis que el número de telas puedes ser igual o mayor a 1.
6.5.8.4.1. Determinación del número máximo y mínimo de telas
Luego de haber calculado el número, necesario para componer la cubierta, optaremos por elegir el número mínimo y máximo de telas pertinentes, según tablas; (Ver anexo 6 y 7).
- Número mínimo de Telas.
El número mínimo de telas es fundamental para evitar el desprendimiento de los cangilones de la correa o banda.
Según las especificaciones dadas en el diseño, usamos la tabla en donde:
Peso específico: Pe = 7.20 Kg/m3 - por lo tanto < 1600 Kg/m3
Granulometría del material: 18 mm - por lo tanto < 30 mm
52
Proyección del cangilón: pj = 104 mm - adoptamos el valor superior: por lo tanto, pj = 125 mm.
AA - 70: NL Mín. = 5 telas
Se considera los valores tomados de la tabla (anexo 6).
- Número máximo de Telas.
Se considera el número de telas máximo en función del diámetro del tambor motriz, considerado para estas características de trabajo; (ver anexo 7).
6.5.8.5. Especificación de cobertura de la correa
Tabla 2. Especificación de la cobertura de la correa
Alta temperatura
Cobertura lado cangilón 1 mm
Cobertura del tambor 0.5
6.5.8.6. Identificación de la banda elevadora
Banda elevadora, con 6 Telas AA-70, 1mm x 0.5mm de cobertura;
dimensiones 33m x 300mm. (Abierta).
6.5.8.7. Cálculo del tambor motriz
Se analizará para diferentes diámetros de funcionamiento el diámetro del tambor motriz, el cual será del mismo diámetro del tambor conducido.
Dpolea = 750 → n = π x DpoleaV x 60 = 3.4 m/s x 60
π x 0.75 = 87 RPM Dpolea = 900 → n = π x DpoleaV x 60 = 3.4 m/s x 60
π x 0.90 = 72 RPM
