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DISEÑO DE UESADFFFWNA MAQUINA DESGRANADORA DE
2013
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE MECÁNICA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
PROYECTO: DISEÑO DE UNA MÁQUINA DESGRANADORA DE FRÉJOL
INTRODUCCIÓN
El término industrias alimenticias abarca un conjunto de actividades industriales
dirigidas al tratamiento, la transformación, la preparación, la conservación y el envasado
de productos alimenticios; en general, las materias primas utilizadas son de origen
vegetal o animal y se producen en explotaciones agrarias, ganaderas y pesqueras.
La industria alimenticia actual ha experimentado un intenso proceso de diversificación y
comprende desde pequeñas empresas tradicionales de gestión familiar, caracterizadas
por una utilización intensiva de mano de obra, a grandes procesos industriales altamente
mecanizados basados en el empleo generalizado de capital. A pesar de la enorme
diversidad de las industrias alimenticias, los procesos de fabricación pueden dividirse en
la manipulación y el almacenamiento de materias primas, la extracción, la elaboración,
la conservación y el envasado.
En los últimos años las empresas alimenticias han ido incrementando de una manera
constante la calidad de sus productos a través de instrumentos de mejora de la gestión y
de la eficacia.
La presión de la competencia externa e interna y de los diferentes agentes económicos
que confluyen en este sector requiere una respuesta permanente en profundizar en la
formación de los trabajadores y en invertir en investigación y desarrollo.
Los retos de la seguridad alimenticia, la relación entre la alimentación-salud, y las
nuevas de unos consumidores cada vez más informados requieren una vigilancia
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constante de las empresas de alimentación, que día a día ponen en los mercados miles
de productos.
La progresiva liberación del comercio mundial y la globalización de la economía son
también nuevos desafíos para industria alimenticia; aumentar el nivel de
internacionalización del sector, mediante la promoción exterior, los acuerdos
comerciales e intercambio de tecnología, el respeto al medio ambiente y la inversión en
activos productivos, es una necesidad apremiante para sostener el dinamismo de las
empresas.
En definitiva, la industria alimenticia ha conseguido superar los obstáculos del pasado,
ha sabido modernizarse y ha afrontado con fortaleza la apertura de fronteras, pero ha de
perseverar en este empeño para poder mantener e incrementar su presencia en un
mercado global.
Es por eso que personas vinculadas en el sector de la industria alimenticia, han confiado
en la producción nacional para demostrar que son capaces de cubrir satisfactoriamente
éstas necesidades con la utilización de materia prima, tecnología y mano de obra local.
Se ha visto la gran necesidad que las pequeñas productoras del país implementen y
equipen su microempresa para el procesamiento y pelado del fríjol, esto en su
comercialización en los principales almacenes de alimentos del país.
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1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Diseñar una Máquina Desgranadora de Frijol
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Disminuir el tiempo de desgranado del frijol
Reducir la manipulación y esfuerzo humano en el proceso de desgranado.
Abaratar costes de producción
Aplicar los conocimientos teóricos y prácticos adquiridos en la Escuela de
Ingeniería Mecánica.
Estudiar, seleccionar y los componentes y sistemas necesarios para el correcto
funcionamiento de la máquina.
Alcanzar la capacidad de pelado de chochos hidratados de 50 [kg/h].
MARCO TEÓRICO
Función y Forma de la Máquina.- La máquina consiste en dos rodillos cubierto de pvc, es decir dos ejes girando con diferente sentido, con elementos de transmisión, esta es por engranajes, ajustable en la distancia de separación entre cada rodillo, según el tamaño de la vaina, apoyadas en chumaceras que permitirá el giro. El elastómero permitirá retener la cáscara y solamente pasar el fríjol, esto sin manipulación manual sobre el grano. Solamente transmitiendo la energía generada manualmente a los elementos de transmisión.
Está máquina está diseñado para que el usuario tenga la comodidad de pelar los fríjoles rápida y eficazmente. El sistema de producción está diseñado utilizando la Ingeniería de Métodos y Tiempos, para optimizar el tiempo, recursos y disminución de costos, y así, obtener un precio cómodo al mercado ecuatoriano.
Sus principales procesos son Mecanizado, Corte, Soldadura, Taladrado, Remachado y Ensamblado.
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Fig. 1. Peladora de fríjol
Fuente: Diseño en Solidworks 2010 – Design System
Fig. 2. Mecanismo Interior Peladora de fríjol
Fuente: Diseño en Solidworks 2010 – Design System
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FENÓMENOS FÍSICOS
Al existir en el país una gran variedad de fríjoles, su tamaño no es fijo por la cual se
necesitará de un estudio estadístico para determinar una dimensión promedio, cantidad
de fríjoles por libra, densidad, así como también la fuerza de compresión y corte del
fríjol.
DETERMINACIÓN DE LA FUERZA DE CORTE DEL FRÍJOL
La fuerza de corte necesaria se le determinará aplicando una fuerza al mecanismo
indicado en la figura 1, que simula la fuerza aplicada en los dedos, hasta conseguir el
desprendimiento de la cáscara del fríjol (la fuerza aplicada en el mecanismo puede ser
medida a través de un dinamómetro).1
Fig. 1. Mecanismo que determina la fuerza de corte
Fuente: SolidWorks
DETERMINACIÓN DE LA FUERZA DE COMPRESIÓN QUE EJERCEN LOS
RODILLOS SOBRE EL FRÍJOL
Para determinar la fuerza de compresión que ejercen los rodillos sobre el fríjol se
utilizará el mecanismo diseñado en Solidworks presentado a continuación:
1 Esto se realizará construyendo el mecanismo y midiendo para el número de muestras que sería 80 la fuerza aplicada hasta desprender la cáscara del frijol medida por el dinamómetro.
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Fig. 1. Mecanismo que determina la fuerza de compresión
Fuente: SolidWorks
El cuál utilizando un dinamómetro, permitirá cuantificar la fuerza que ejercen las placas
sobre el fríjol. Se presionará la placa superior hasta alcanzar la abertura de 3 [mm] de
separación de los rodillos.2
CARGAS EN LOS RODILLOS
La acción que se produce en los rodillos depende directamente de la resistencia a la
compresión y al corte que se producen entre la vaina del fríjol y las superficies de los
rodillos en contacto.
El esfuerzo de corte [τ
] del fríjol es igual a;
τ=VA
Donde:
τ: Esfuerzo de corte [kgf/m2]
2 Esto se realizará construyendo el mecanismo y midiendo para el número de muestras que sería 80 la fuerza aplicada hasta que tenga una apertura de 5mm que es la separación del rodillo medida por un dinamómetro.
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V: Fuerza de corte del fríjol [kgf]
A: Área transversal de fríjol [m2]
El esfuerzo de compresión [δ c
] es igual a:
δ c=PA
τ: Esfuerzo de compresión [kgf/m2]
V: Fuerza de compresión de los rodillos sobre el fríjol [kgf]
A: Área transversal de fríjol [m2]
DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE FRÍJOL POR LIBRA
Para la determinar la cantidad de fríjoles por libra se realizará mediante un análisis
muestral, que obedece a la siguiente fórmula:
n=N∗Zα
2∗p∗q
d2∗( N−1 )+Zα2∗p∗q
Donde:
n: Tamaño muestral
N: Población
Zα: Desviación 95% (1,96)
p: Información desconocida (50%)
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q:
(1−p )
d: Estimación
DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD ANGULAR DEL RODILLO
Para determinar la velocidad angular de los rodillos se procederá primero a calcular el
número de fríjoles a lo largo de los rodillos de presión, mediante la siguiente expresión:
Nº fríjol=Lrod
Lprom
Donde:
Nº fríjol: Número de fríjoles a lo largo del rodillo [u]
Lrod: Longitud del rodillo [mm]
Lprom: Longitud promedio de las medidas generales del fríjol [mm]
Una vez determinados cuantos fríjoles hay por fila, se determinará el número de fríjoles
existentes en la zona de pelado, mediante la siguiente expresión:
Nº fríjol p=Prod
Pchocho
Donde:
Nº fríjols p: Número de fríjoles en el perímetro del rodillo [u]
Prod: Perímetro del rodillo [mm]
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Pfríjol: Perímetro promedio del fríjol [mm]
Así la cantidad de fríjoles existentes en la zona de desgranado es el resultado de:
a)Nº total=Nº fríjoles∗Nº fríjoles p
También es necesario establecer, el flujo necesario de fríjoles para cumplir con la
capacidad establecida, dicho flujo está definido por la siguiente expresión:
b)C=(Capacidad de la Máquina)∗(Cantidad de fríjol por libra )
Por lo tanto la velocidad angular del rodillo motriz será:
ω= CNºtotal
Igualando las ecuaciones (a) y (b), se obtiene que:
ω=(Capacidad de la Máquina)∗(Cantidad de fríjol por libra )
Nº total
Donde:
ω: Velocidad angular del rodillo motriz [
rpm]
C: Flujo de fríjoles, necesarios para cumplir con
[ fríjolmin ]
la capacidad de pelado establecida
DETERMINACIÓN DE LA INERCIA DE LOS ELEMENTOS
La inercia de un cilindro macizo está dada por la siguiente ecuación:
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I=m∗d2
8
Donde:
I: Inercia del cilindro macizo [kg-m2]
m: Masa del cilindro macizo [kg]
d: Diámetro del cilindro macizo [m]
La inercia de un cilindro hueco está dada por la siguiente ecuación:
I=m8
(d2ext−d
2int)
Donde:
I: Inercia del cilindro hueco [kg-m2]
m: Masa del cilindro hueco [kg]
dext: Diámetro exterior del cilindro hueco [m]
d int: Diámetro interior del cilindro hueco [m]
Para determinar el volumen de un cilindro hueco se emplea la siguiente ecuación:
V= π4
(d2ext−d
2int )∗L
Donde:
V: Volumen del cilindro hueco [m3]
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L: Longitud del cilindro hueco [m]
dext: Diámetro exterior del cilindro hueco [m]
d int: Diámetro interior del cilindro hueco [m]
La masa está definida por:
m=ρ∗V
Donde:
I: Volumen del material [m3]
m: Masa del material [kg]
ρ: Densidad del material [kg/m3]
DISEÑO
DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE FRÍJOLES POR LIBRA
n=N∗Zα
2∗p∗q
d2∗( N−1 )+Zα2∗p∗q
Donde:
n: Tamaño muestral
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N: Población
Zα: Desviación 95% (1,96)
p: Información desconocida (50%)
q:
(1−p )
d: Estimación
Los datos a utilizar son los siguientes, se asume una población de 100:
N=100 Zα=1 ,96 p=0,5 q=0,5 d=0 ,05
n=100∗1 , 962∗0,5∗0,50 ,052∗(100−1 )+1 ,962∗0,5∗0,5
=80
De acuerdo al proyecto del Procesamiento de Cereales y Granos Andinos, han obtenido
los siguientes datos de la cantidad de fríjoles:
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Fig. 1. Gráfica de la cantidad de fríjoles por libra
Fuente: HILARES GERMAN,: Procesamiento de Cereales y Granos, Andinos., Pág. 10
Una vez determinado el tamaño de la muestra se determina la media aritmética de la
cantidad de fríjoles, utilizando la siguiente expresión: 3
X__
=∑j=!
n
x j
n
Donde:
X__
: La media aritmética
x j: Cantidades de fríjoles
n: Tamaño muestral
X__
=4915480
=614 , 43
Para la determinación del error se empleará la siguiente expresión:
ε=0 , 6745[ 1n(n−1)∑j=1
n
( x j− X )2__ ]
1/2
ε=0 , 6745[ 180(80−1)
(910 , 4 )2 ]1/2
=7 ,72[ u ]
3 HILARES GERMAN,: Procesamiento de Cereales y Granos, Andinos., Pág. 10
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Una vez calculados tanto la media aritmética, como el error producto del cálculo, se
obtiene la cantidad de fríjoles que hay en una libra.
X__
=614±8[ u ]
DETERMINACIÓN DE LAS MEDIDAS GENERALES DEL FRÍJOL.
Las medidas generales del fríjol se determinarán mediante un análisis estadístico; el cual
contendrá la determinación del tamaño de la muestra, la media aritmética y el cálculo
del error; mediante la utilización de las ecuaciones mencionadas anteriormente.
Fig. 1. Dimensiones generales del fríjoles
Fuente: Fotografía
Donde:
l: Largo [m]
h: Ancho [m]
e: Espesor [m]
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Fig. 1. Mediciones del fríjol
Fuente: Fotografía
Para determinar el tamaño de la muestra se utiliza la ecuación anteriormente
mencionada.
n=N∗Zα
2∗p∗q
d2∗( N−1 )+Zα2∗p∗q
N=614 Zα=1 ,96 p=0,5 q=0,5 d=0 ,05
n=614∗1 ,962∗0,5∗0,50 ,052∗(614−1)+1 , 962∗0,5∗0,5
=236 ,54≈237
a) Largo
b) Alto
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Una vez calculado el tamaño de la muestra que es de 237 se utiliza la ecuación de la
media aritmética; se realiza el mismo cálculo para todas las medidas generales del
fríjol.4
X l arg o
__
=2794 , 16237
=11 ,79[ mm ]=0 ,01179 [ m ]
X alto
__
=3502 , 88237
=14 ,78 [mm ]=0 , 01478[ m ]
X ancho
__
=1494 ,32237
=6 , 31[ mm ]=0 , 00631[ m ]
Para el cálculo del error en todas las medidas, se utiliza la misma ecuación del error
para cada medida:
ε=0 ,6745[1n(n−1) ∑j=1
n
( x j− X )2__ ]
1/2
ε larg o=0 ,061[ mm ]ε alto=0 ,060[ mm ]ε espesor=0 ,038 [mm ]
A continuación se muestran los valores que obtuvo el Ing. Germán Hilares para una
libra de fríjol.
4 Se tomó de referencia del proyecto de Procesamiento de Cereales y Granos Andinos
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Fig. 1. Gráfica de las medidas generales del fríjol
Fuente: HILARES GERMAN: Procesamiento de Cereales y Granos, Andinos., Pág. 12
DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL FRIJOL
Para determinar la densidad del fríjol se considerará los valores de algunos componentes
sólidos tabulados por Peleg (1983).
Tabla. 1. Densidades de algunos componentes sólidos
COMPONENTES
DENSIDAD
[kg/m3]
Fracción
Masa para 1kg
COMPONENTES
DENSIDAD
[kg/m3]
Fracción
Masa para 1kg
Glucosa 1560 0,046 Grasa 900-950 0,0276
Sacarosa 1590 0,050 Sal 2160 0,031
Almidón 1500 0,5543 Ácido Cítrico 1330 0,044
Celulosa 1270-1610 0,0475 Agua 1000 0,1
Proteína 1400 0,1396
Fuente: LEWIS M. J.; Propiedades Físicas de los Alimentos y de los Sistemas de Procesado: Editorial
ACRIBIA S.A.: Zaragoza – España: Página 41.
En la teoría, si la composición del alimento es conocida, la densidad puede expresarse
mediante la siguiente expresión:
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ρ fr=1
m1
ρ1
+m2
ρ2
+m31
ρ3
+. ..+mn
ρn
Donde:
ρ fr: Densidad del fríjol [kg/m3]
m1−mn: Fracciones individuales de los componentes
ρ1−ρn: Densidades de los componentes [kg/m3]
El cálculo de la densidad del fríjol se basará en la composición química de sus
componentes y sus respectivas densidades,
ρ fr=1
0 , 0461500
+0 ,0501590
+0 , 55431500
+0 ,04751610
+0 ,13961400
+0 , 0275950
+0 , 0312160
+0 , 0441330
+0,1
1000
ρ fr=1
7 ,37∗10−4=1356 , 40 [kg/m3 ]
CÁLCULO DEL ÁREA TRANSVERSAL DE FRÍJOL
El área transversal del fríjol, por su geometría, es lo más próxima posible a la geometría
de una elipse, por lo cual el área transversal del fríjol se la calculará utilizando la
siguiente expresión:
A=π∗a∗b
Donde:
A: Área [m2]
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a: Longitud del eje mayor/2 [m]
b: Longitud del eje menor/2 [m
Para el cálculo del área transversal del fríjol se ha determinado que la longitud del eje
mayor corresponde a la medida de la altura y la del eje menor a la medida del largo, por
lo tanto:
A=π∗0 ,011792
∗0 , 014782
=1 , 37∗10−4 [ m2 ]
DETERMINACIÓN DE LA FUERZA DE CORTE DEL FRÍJOL
Estimando la fuerza de corte necesaria para desprender la cáscara del fríjol sería:
V=2,5[ kgf ]
DETERMINACIÓN DE LA FUERZA DE COMPRESIÓN QUE EJERCEN LOS
RODILLOS SOBRE EL FRÍJOL
Estimando la fuerza de compresión necesaria para alcanzar la abertura de 3mm de
separación de los rodillos será:
P=4,5[ kgf ]
ESQUEMA DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN
En el siguiente esquema mostrado a continuación, se realizó el diseño para que pueda
reducir el número de revoluciones del motor desde 865 rpm, hasta 160 rpm (se podrá
ver el cálculo más adelante), por medio de bandas y poleas de aluminio, para minorar la
Inercia, el torque y la potencia requerida
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MOTOR
POLEACONDUCTORA
POLEACONDUCIDA
BANDA
ENGRANAJECONDUCTOR
ENGRANAJECONDUCIDO
EJES
CARGAS EN LOS RODILLOS
El esfuerzo de corte [τ
] del fríjol es igual a;
τ=VA
τ= 2,5 kgf
1 ,37∗10−4 m2=18248 , 17[ kgf /m2 ]
El esfuerzo de compresión [δ c
] es igual a:
δ c=PA
δ c=4,5 kgf
1 , 37∗10−4 m2=32846 ,71[kgf /m2 ]
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ESFUERZOS UNITARIOS DE COMPRESIÓN O NORMALES Y
TANGENCIALES O DE CORTE
El esfuerzo de compresión unitario se lo determinará de acuerdo a la siguiente
expresión:
qc=δc∗R *arctan (u )
qc=32846 ,71∗0 , 03 *arctan(0 , 22 )qc=213 , 4[ kgf /m ]
El esfuerzo unitario de corte se lo determinará mediante la siguiente expresión:
qτ=τ∗R *arctan (u )
qτ=18248 ,17∗0 ,03*arctan (0 ,22)qτ=118 ,55 [kgf /m ]
DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD ANGULAR DEL RODILLO
Nº fríjoles=Lrod
L prom
Nº fríjoles=40011 ,79+14 ,78
2
≈30[ u ]
Una vez determinados cuantos fríjoles hay por fila, se determinará el número de fríjoles
existentes en la zona de pelado, mediante la siguiente expresión:
Nº fríjoles p=Prod
P fríjol
Nº fríjoles p=2∗π∗302∗π∗7
=4 [u ]
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Así la cantidad de fríjol existentes en la zona de pelado es el resultado de:
c)Nº total=Nº frijoless∗Nº fríjol p
Nº total=30∗4=120 [ fríjol /rev ]
También es necesario establecer, el flujo necesario de fríjol para cumplir con la
capacidad establecida, dicho flujo está definido por la siguiente expresión:
d)C=(Capacidad de la Máquina)∗(Cantidad de fríjoles por libra )
C=150[ kgh ]∗[ 2,2lb
kg ]∗[ h60 min ]∗622 [ fríjoles
lb ]=3421[ fríjoles /min ]
Por lo tanto la velocidad angular del rodillo motriz será:
ω= CNºtotal
Igualando las ecuaciones (a) y (b), se obtiene que:
ω=(Capacidad de la Máquina)∗(Cantidad de fríjoles por libra)
Nºtotal
ω=3421 [ fríjoles /min ]120 [ fríjoles /rev ]
=28 , 5[ rev /min ]=2 ,98[ rad / s ]
CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL MOTOR
El cálculo de la potencia del motor se lo determinará de acuerdo al siguiente
procedimiento:
La inercia de un cilindro macizo está dada por la siguiente ecuación:
I=m∗d2
8
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La inercia de un cilindro hueco está dada por la siguiente ecuación:
I=m8
(d2ext−d
2int)
Para determinar el volumen de un cilindro hueco se emplea la siguiente ecuación:
V= π4
(d2ext−d
2int )∗L
La masa está definida por:
m=ρ∗V
Una vez que se ha definido los diferentes componentes para el sistema de transmisión,
se puede calcular la potencia necesaria para el pelado de chochos. Para esto se calculará
cada elemento de forma individual.
Rodillo Motriz y Rodillo Conducido
El rodillo motriz de la máquina peladora de fríjol presenta los siguientes componentes:
Ejes de acero
Rodamientos
Rueda Motriz
Recubrimiento de Neopreno Nylon
Por cuanto, empleando las ecuaciones anteriores se determinó los siguientes valores:
descritas en la tabla que se presenta a continuación:
RODILLO MOTRIZ
ParteLongitud dext dint Densidad Volumen Masa Inercia
m m m kg/m^3 m^3 kg kgm^2
Eje 0,40 0,01905 0 7850 6,82E-04 5,36 2,43E-04
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Rodamiento 1 0,008 0,047 0,03 7850 8,22E-06 6,46E-02 1,06E-05
Rodamiento 2 0,008 0,047 0,03 7850 8,22E-06 6,46E-02 1,06E-05
Rueda Motriz 0,03781 0,0762 0,027 7850 1,51E-04 1,18E+00 7,51E-04
Polea conducida 0,035 0,658 0,03 2700 1,19E-02 1,60E+00 8,66E-02
Neopreno Nylon 0,35 0,03462 0,03 940 8,21E-05 7,71E-02 2,88E-06
TOTAL 8,34 0,0876
En donde la inercia total es igual a la suma de la inercia de cada uno de elementos antes
mencionados, es decir:
I total=∑n=1
n
I n=0 , 08760[ kg−m2 ]
Ya que el sistema parte desde el reposo (wo=0 )
, entonces la aceleración angular es
igual a:
α=ωt
Donde:
α: Aceleración angular [rad/s2]
ω: Velocidad angular [rad/s]
t: Tiempo [s]
α=2 , 98[rad /s ]
0 , 25[ s ]=11 , 94[ rad / s2 ]
La ecuación para el cálculo del torque es la siguiente:
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T=I∗α
Donde:
T: Torque [N-m]
I: Inercia del cuerpo [kg-m2]
α: Aceleración angular [rad/s2]
T=0 ,0876∗(11 ,94 )=1, 05 [ N−m ]
La expresión para determinar la potencia necesaria para poner en rotación los elementos
móviles de la máquina es:
P=T∗ω
Donde:
P: Potencia [W]
T: Torque [N-m]
ω: Velocidad angular [rpm]
P=1 ,05∗2 , 98=3 , 13[ W ]
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El motor a seleccionar debe cubrir la potencia requerida (Prequerida )
para accionar los
elementos móviles de la máquina, además de vencer las fuerzas de fricción de los
mismos.
SISTEMA DE TRANSMISIÓN
El sistema de transmisión de la máquina peladora de fríjoles está conformado por los
siguientes elementos:
Eje Superior
Eje Inferior
Polea motriz
Polea conducida
Empleando nuevamente las ecuaciones anteriormente mencionadas, se obtiene la
siguiente tabla.
SISTEMA DE TRANSMISIÓN, EJE INTERMEDIO E INFERIOR
ParteLongitud dext dint Densidad Volumen Masa Inercia
m m m kg/m^3 m^3 kg kgm^2Eje Superior 0,4 0,01905 0 7850 1,99E-04 1,57E+00 7,83E-05Eje inferior 0,381 0,03 0 7850 2,69E-04 2,11E+00 2,38E-04Polea motriz (63,5mm)
0,0528 0,0528 0,0428 2700 4,19E-04 5,65E-02 6,76E-06
Polea conducida (355,6mm)
0,3556 0,3556 0,3456 2700 1,55E-02 2,09E+00 1,65E-03
TOTAL 5,83 1,97E-03
En donde las inercias y las potencias son las siguientes:
Inercia I1 0,00165 kg-m^2Velocidad w 300 rpm 31,4 rad/sAceleración α 125,6 rad/s^2Torque T 0,20 N-mPotencia P 6,28 W 8,41E-3 HP
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Inercia I2 6,76E-06 kg-m^2Velocidad w 1750 rpm 183,26 rad/sAceleración α 376,99 rad/s^2Torque T 0,00254 N-mPotencia P 0,465 W 6,23E-4 HP
Ahora, para conocer la potencia necesaria para el desgranado de fríjoles, se procede
primero a calcular la potencia real, la cuál será igual a 1,5 veces la potencia calculada; la
potencia calculada será la sumatoria de la potencia de cada uno de los elementos que
intervienen en el sistema de desgranado, y la potencia de diseño a la cual se dará un
factor de seguridad de 1,5 para evitar de esta manera la probabilidad de falla en los
cálculos.
Calculo de la Potencia de DiseñoParámetro Abreviatura Fórmula Resultado Unidad Resultado Unidad
Potencia Total Pt Pt = P1+P2+P3+P4 95 W 0,111 HPPotencia Real Preal Preal = 1,5Pt 142,5 W 0,1665 HPPotencia Diseño Pdis Pdis = 1,5Preal 213,75 W 0,24875 HP
Potencia de Diseño = 0,25 HP
SELECCIÓN DEL MOTOR:
Para una potencia de diseño se tiene los siguientes datos del motor:
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P = 0,25 HP
N = 865 rpm
DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR BANDAS
Para la selección de la banda utilizaremos los conocimientos aprendidos durante el
programa de estudios de la materia Diseño de Máquinas II. En el esquema
anteriormente mencionado, se realizará la reducción en una etapa, desde 865 a 300 rpm.
De acuerdo al cálculo de potencia requerida, se seleccionó un motor de 0,25HP,
monofásico de corriente alterna, con 865 rpm. Con este dato se realizará el diseño de
todo el sistema de transmisión. Para esto se realizó una hoja electrónica en Excel, por
pasos, y se presentan los resultados a continuación:
Selección de la correa más adecuada
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Se obtiene una correa tipo A
Identificamos las poleas y correas a utilizar
Para una correa tipo A, el diámetro primitivo mínimo es de 63 mm
d Pmin=63 mm
Relación de transmisión
i=N1
N2
=DP
dP
i=865160
=5,40
D p=i∗d p
D p=5,40∗63 mm
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D p=340,593 mm
Se selecciona un diámetro de la polea motriz de 63,5 mm = 2,5 in, y de la polea conducida de 355,6 mm = 14 in.
Identificamos las correas y poleas a utilizar
Para i mayor que 3
C ≥ D p
Tomamos C = 350 mm
Identificamos las correas y poleas a utilizar
L=(2∗C )+(1.57∗( DP+d p ))+( DP−d p )2
4∗C
L=(2∗350 )+(1.57∗(340,59+63,00 ) )+ (340,59−63,00 )2
4∗350
L=1388,68 mm
En la tabla escogemos las longitudes primitivas de las correas del perfil A
¿51 Ln=1325 mm
¿55 Ln=1427 mm
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C c=C ±|L−ln2 |
Signo (+) cuando L<Ln
Signo (-) cuando L>Ln
Para la correa #51
C c=C−|L−ln2 |
C c=310−|1388,68−13252 |
C c=318,15 mm
Para la correa #55
C c=C+|L−ln2 |
C c=310+|1388,68−14272 |
C c=369,15 mm
C ≥ D p
C ≥ 350 mm, entonces escogemos la correa¿55 , cumplecon la condic ión
C c=369,15 mm
Determinar el ángulo de contacto menor
∝1=2∗cos−1( DP−d P
2∗Cc)=180−57∗( DP−d P
C c)>120
∝1=2∗cos−1( 340,59−632∗369,15 )=137,13
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Determinar la potencia que transmite una área P1 y el factor de corrección C2
En tablas la potencia que transmite con d p=63 mm y i=5,40Tomamos dos valores e interpolamos
i 800 865 9501.5 0.47 0.496 0.533 0.50 0.5217 0.55
5,4 0.548 0.5627 0.5820
INTERPOLANDO
P1= 0.5627 HP para un i = 5,4
Con el número de correa encontramos el factor de corrección C2
El valor de C2 para la correa #51 es C2 = 0.94
Cálculo de la cantidad de correas necesarias
Interpolando tenemos un C3= 0.8837
i 800133 0.87
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137,13
0.8837
139 0.89
Número de correas:
z=PD
C2 C3 P1
z= 0,25 HP(0.94 ) (0.8837 ) (0.5627 ) HP
z=0,535
z=1CORREA
Cálculo de la banda v=N∗r
v=865 rpm∗31.5
mm∗2 π rad1 rev
∗1min
60 s∗1m
1000 mmm
v=2.853ms
Número de ciclos de flexión por segundo
if =1000 npvLn
if =1000 (6 ) 2.853 m / s1427 mm
if =11,995 s−1 Perfil normal
Control de tensión estática
y= t∗161000
y=369,15∗161000
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y=5.90 mm
Relación de Tensiones
T1-TcT2-Tc
=ef*θSen(α /2)
T c=ρ∗v2
T c=0,11∗(2.853 m /s )2
T c=0,8953Kg m
s2
T1−0,8953T2−0,8953
=e
0.3∗2.37
sen (382
)
T1−0,8953
T2−0,8953=8,88
T 1−T2=Pv
T 1−T2=0,25HP
2,853ms
= 186,5 W2,853 m /s
T 1−T2=65,37 N
T 1=T2+65,37 N
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T2+65,37−0,8953
T 2−0,8953=8,88
T 2+64,47=8,88 (T 2−0,8953)
T 2=9,19 N
T 1=74,56 N
Torque
τ=(T 1−T2 )DP
2
τ=(74,56−9,19 ) 0.340592
τ=22,26 Nm
Potencia
P=( T1−T 2 ) v
P= (74,56−9,19 )∗2.853 m /s
P=186,5 watts=0,25 HP
Cálculo de la durabilidad
H=1477∗Ln
1.25
v ( T Fm
T 1m+T2
m )tomamos el valor de m=6(correasTrapeciales)
H=1477∗14271.25
2.853 ( 4186
74,566+9,196 )H=1,4097 x 1011 Horas
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DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES
Esta alternativa de engranajes es una muy buena opción
puesto que la eficiencia es muy alta, respecto a otro sistema
de transmisión, a continuación se mostrará las tablas
diseñadas en hoja electrónica.
DIMENSIONAMIENTO ENGRANAJE
ENGRANAJES RECTOS Nomenclatura
Fórmulas Piñon Rueda
Número de revoluciones de entrada N 28,5
Número de revoluciones de salida n 28,5
Relación de Transmisión i i=N/n i=z2/z1 1,00
Módulo m m = d / z 0,125 0,125
N.- dientes (Recomendado 17-21 Motriz) z z = d / m 22,00 22
Angulo de presión Φ 20,00 20,00
Paso p p = pi * d /z 0,39 0,39
Paso diametral P P = z1/dp(in) P = pi/p 8,0 8,0
Diámetro primitivo o de paso dp d = m * z 2,75 2,75
Diámetro exterior o de cabeza de dc = d + 2 m de = (z + 2) x m
3,00 3,00
Diámetro de interior o fondo di di = d - 2,5 m di= m (z -2,5) 2,44 2,44
Diámetro base db db = d Cos Φ m * z * Cos Φ 2,58 2,58
Altura de cabeza (Addendum) hc hc = m * 1 0,13 0,13
Altura de pie (Dedendum) hp hp = 1,25 m 0,16 0,16
Altura de diente (profundidad) hz hz = hc + hp hz = 2,25 m 0,28 0,28
Anchura de diente b b = k m 1,25 1,25
Distancia entre centros c c = (dc + dp)/2 m ((z1 + z2)/2) 2,75 2,75
Factor k k 8 o 10 9 o 10 10,00 10,00
Espesor del diente e e =(Pi * m) /2 e = p/2 0,20 0,20
Radio de circunferencia de base o pie rb rb = 1,25 x m 0,16 0,16
Aceros Recomendados
Acero Sy (Psi) Sut (Psi) HB dureza1050 HR 49000 90000 111
1020 HR 30000 50000 104
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1018 HR 32000 58000 106
1015 HR 27000 50000 101
Lim de Fluencia (Sy) Psi 49000
Res la tension (Sut) 90000
HB Dureza 111
Factor de Lewis Y
12 0,245
13 0,261
14 0,277
15 0,29
16 0,296
17 0,303
18 0,309
19 0,314
20 0,322
21 0,328
22 0,331
24 0,337
26 0,346
28 0,353
30 0,359
34 0,371
38 0,384
Lewis Y (Tablas AGME)0,331
DISEÑO
Potencia de Entrada en el Sistema
HP 0,4513 Hp
Velocidad en la línea de paso V v =( pi*dp*n)/12 20,52 fpm
Carga Transmitida wt wt=33000HP/V 725,75 lb
Factor de Velocidad kv kv=1200/(1200+v) 0,983
Esfuerzo σ σ=Sy/n 12250,00
Psi
Ancho de Cara F F=(wt*P)/(kv*σ*y) 1,46 pulg
Verificación de la condición
1,178097245 1,456377662 1,963495408
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VERIFICACIÓN A FATIGAFactor de acabado superficial ka 0,76 Se'=0,5Sut 45000 Ps
iFactor de Tamaño kb 1 Se=ka.kb.kc.kd.ke.kf.Se
'40800,94
2Psi
Factor de Confiabilidad kc 0,897
Factor de Temperatura kd 1Factor de Concentración de Esfuerzos
ke 1
Factor de Esfuerzos diversos kf 1,33
pFp 53
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FACTOR AGMAFactor de Seguridad G nG nG=Se/σ 3,331Factor de Sobrecarga ko 1Factor de Distribución de Carga k
m1,3
Factor de Seguridad n n=nG/(ko*km) 2,562068571 Resiste a Fatiga
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DURABILIDAD DE LA SUPERFICIEFactor Dinámico Cp Aceros 2300Factor de Configuración Geométrica I I=(cosΦ.senΦ)/2*mg/(mg+1) 0,093139145Relación de Transmisión m
gmg=Nc/Np 1
Factor de Velocidad Cv Cv=kv 0,98318868Tension de Contacto σH σ=-Cp*(wt/(CvF.dp.I))^0,5 -102313,376
FATIGA SUPERFICIAL
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Factor de Vida CL 1,5Factor de Confiabilidad CR 0,8Factor de Dureza CH 1Factor de Temperatura CT 1Sc Sc Sc=(0,4HB-10) 34400SH SH SH=(CL.CH)/(CT.CR)Sc 64500
TENSION PERMISIBLETension permisible wt
pwtp=(SH^2.Cv.F.dp.I)/Cp^2
288,4294335
Coeficiente de Seguridad nG
nG nG=wtp/wt 2,5
Coeficiente de Seguridad n
n n=nG/(ko.km) 1,9 Resiste a fatiga Superficial
DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS Y MOMENTOS PRESENTES EN EL
EJE MOTRIZ
Para el cálculo de las fuerzas en el rodillo (eje) motriz, se debe tomar en cuenta el
torque necesario para pelar los frijoles, además de las fuerzas que son generadas por
cada uno de sus elementos, esfuerzo unitario de compresión y esfuerzo unitario de
corte.
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Análisis en el programa MD Solid
PLANO XY
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RAy=240,08 N
RBy=240,08 N
M C=17465,46 Nmm
M B=3961,24 Nmm
PLANO XZ
Análisis en el programa MDSolid
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RAy=133,37 N
RBy=133,37 N
M C=9702,58 Nmm
M B=2200,58 Nmm
Los resultados obtenidos son:
M B=√M Bxy+ M Bxz=√3961,242+2200,582=4531,44 Nmm
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M C=√ M Cxy+M Cxz=√17465,462+9702,582=19979,55 Nmm
Revisando los resultados tenemos que el momento resultante máximo se halla en el punto C; sin embargo se realiza el análisis en el punto B, ya que en ese punto existe el cambio de sección.
Diseño estático.
Si tomamos un material, que podríamos conseguir fácilmente y de bajo costo en el mercado y adecuado para la construcción de nuestro eje:
Acero AISI 1018 laminado en caliente
Propiedades:
Sy=53,7 Kpsi=370 MPa
Sut=63,8 Kpsi=440 MPa
El eje está sometido a flexión y torsión.
Flexión σ=32. M B
π .∅ A3
Torsión τ= 16.T
π .∅ A3
Coeficiente de seguridad η = 3
Según la norma ASTM se calcula el diámetro:
∅ B=3√ 32. n
Sy . π.√M B
2 +T 2=3√ 32 ×3370 × π
.√4531,442+222602
∅ B=12,33 mm
Tomamos un ∅ B=5/8∈¿15,875 mm=0,015875 m
Diseño Dinámico.
Utilizando el criterio de Von Mises para esfuerzos combinados en B
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τ a−corte=0
τ m−corte=0
τ a−torque=0
τ m−torque=16 T
π ∅ 3
σ a−flex=32. M
π .∅ 3
σ m−flex=0
σ a−trac=0
σ m−trac=0
σ eqa=√¿¿σ eqa=σ a−flex=32. M
π .∅ 3
σ eqa=32× 4531,44
π × 15,8753=11,53
N
mm2
σ eqm=√¿¿σ eqm=√3.16 T
π ∅ 3
σ eqm=√3.16 × 22260
π ×15,8753=49,08
N
mm2
Para el límite de fatiga tenemos:
Se=K . Se´
Donde Se´ = 0.5 Sut
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Sut = 621 Mpa
Partes que conforman el Rodillo
Alma del rodillo: Este es el eje en donde se soldarán las tapas laterales, estas a
su vez serán soldadas, al cilindro hueco
Tapas Laterales: Estas están soldadas en el diámetro interior al alma del rodillo,
y en el diámetro externo al cilindro hueco.
Cilindro Hueco: Este es en el que está el recubrimiento de caucho.
DISEÑO DEL EJE O ALMA DEL RODILLO 1
Se tomará en cuenta tanto las cargas por los elementos de transmisión, pesos de los
elementos y además el torque generado. A continuación se detalla en una tabla los
cálculos obtenidos:
Plano XYRy2 84,94 lbfRy1 19,32 lbf
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Para Diagrama de Cortex 0 15 25 31,5 38 pulgV 19,32 -147,78 97,84 84,94 0 lbf
Para Diagrama de Momentosx 0 15 25 31,5 38 pulgMf 0 289,8 -1188 -552,04 0 lbf.pulg
0 15 25 31.5 38
-1400
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
Diagrama Momentos Flector
Distancia Eje X [pulg]
Mom
ento
Fle
ctor
[lbf
.pul
g]
Plano ZXRz2 421,4 lbfRz1 191,49 lbf
Para Diagrama de Cortex 0 15 25 31,5 38 pulgV -191,49 -260,58 421,4 421,4 0 lbf
Diagrama de Momentosx 0 15 25 31,5 38 pulg
Mf 0 -2872,4-
5478 -2739,1 0 lbf.pulg
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0 15 25 31.5 38
-6000
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
Diagrama Momentos Flector
Distancia Eje X [pulg]
Mom
ento
Fle
ctor
[lbf
.pul
g]
Momentos Resultates
Momanto en Plano XY1188
lbf.pulg
Momanto en Plano ZX5478,2
lbf.pulg
Momento Máximo Resultante5478,2
lbf.pulg
Calculo del Diámetro del Eje 2
Velocidad w 28,5 rpm2,984
5 rad/s
Potencia P0,4512
5 HP34,31
3kgf.m/s
Momento Max Mmax 5478,2lbf.pulg
980,35 kgf.cm
TorqueT = P/w 11,497 kgf.m 0,115 kfg.cm
Coe. Seguridad n 2
Diámetro Eje 1 θ 2,12 cm 0,083 pulg
SELECCIÓN DEL DIÁMETRO DEL EJEDiámetro Eje 1 θ 3 cm 0,118 pulg
DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS Y MOMENTOS PRESENTES EN EL
RODILLO 2.
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Para el rodillo 2, tendremos solamente el engranaje conducido, para esto ser realizó el cálculo
con el siguiente esquema de fuerzas:
Para el cálculo del sistema en los apoyos, se utiliza ∑ M o=0
y ∑ F y=0
Plano XY
∑ M o=0250 , 82∗2+12 ,9∗8,5=Ry2∗15
Ry2=40 ,75 [ lbf ]
∑ F y=0Ry1+Ry2=250 , 82+12 ,9Ry1=222 , 97 [ lbf ]
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Plano ZX
∑ M o=0681 , 98∗2=Rz2∗15
Rz2=90 ,93 [ lbf ]
∑ F z=0Rz1+Rz2=681 , 98Ry1=591 , 05[ lbf ]
DISEÑO DEL EJE O ALMA DEL RODILLO 2
Se tomará en cuenta tanto las cargas por los elementos de transmisión, pesos de los
elementos y además el torque generado. A continuación se detalla en una tabla los
cálculos obtenidos:
Plano XYRy2 40,75 lbf
Ry1222,9
7 lbf
Para Diagrama de Cortex 0 2 8,5 15 pulg
V222,9
7 -27,85 -40,75 0 lbf
Para Diagrama de Momentosx 0 2 8,5 15 pulg
Mf 0445,9
4264,91
5 0 lbf.pulg
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0 2 8.5 150
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Diagrama Momentos Flector
Distancia Eje X [pulg]
Mom
ento
Fle
ctor
[lbf
.pul
g]
Plano ZXRz2 90,93 lbfRz1 591,05 lbf
Para Diagrama de Cortex 0 2 8,5 15 pulgV 591,05 -90,93 -90,93 0 lbf
Diagrama de Momentosx 0 2 8,5 15 pulgMf 0 1182,1 591,05 0 lbf.pulg
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0 2 8.5 150
200
400
600
800
1000
1200
1400
Diagrama Momentos Flector
Distancia Eje X [pulg]
Mom
ento
Fle
ctor
[lbf
.pul
g]
Momentos Resultates
Momanto en Plano XY445,94
lbf.pulg
Momanto en Plano ZX1182,1
lbf.pulg
Momento Máximo Resultante1182,1
lbf.pulg
Calculo del Diámetro del Eje 3
Velocidad w 28,5 rpm2,9845
1 rad/s
Potencia P 0,475 HP 36,119kgf.m/s
Momento Max Mmax1182,
1lbf.pulg
211,543 kgf.cm
TorqueT = P/w
12,102 kgf.m
0,12102 kfg.cm
Coe. Seguridad n 2
Diámetro Eje 1 θ 1,27 cm 0,05 pulg
SELECCIÓN DEL DIÁMETRO DEL EJEDiámetro Eje 1 θ 3 cm 0,1181 pulg
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DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS Y MOMENTOS PRESENTES EN EL
EJE INTERMEDIO.
En el eje intermedio existen una polea mayor y una menor que transmiten potencias del
95% del la potencia nominal del motor. A continuación se realiza el esquema y los
cálculos:
Para el cálculo del sistema en los apoyos, se utiliza ∑ M o=0
y ∑ F y=0
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Plano XY
∑ M o=081 , 59∗10+3∗15=147 ,10∗15+ Ry2∗20
Ry2=53 ,824 [ lbf ]
∑ F y=0Ry1+Ry2+81, 59+3=147 , 10Ry1=8 ,686 [ lbf ]
Plano ZX
∑ M o=012 , 01∗10+Rz 2∗25=69 , 09∗15
Rz2=36 ,65 [ lbf ]
∑ F z=0Rz1+Rz2+19 , 01=69 , 09Ry1=20 ,43[ lbf ]
DISEÑO DEL EJE INTERMEDIO
Se tomará en cuenta tanto las cargas por los elementos de transmisión, pesos de los
elementos y además el torque generado. A continuación se detalla en una tabla los
cálculos obtenidos:
Plano XYRy2 53,824 lbfRy1 8,686 lbf
Para Diagrama de Cortex 0 10 15 25 pulgV -8,686 -90,276 53,824 0 lbf
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FACULTAD DE MECÁNICA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
Para Diagrama de Momentosx 0 10 15 25 pulgMf 0 -86,86 -538,2 0 lbf.pulg
1 2 3 4
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
Diagrama Momentos Flector
Distancia Eje X [pulg]
Mom
ento
Fle
ctor
[lbf
.pul
g]
Plano ZXRz2 36,65 lbfRz1 20,43 lbf
Para Diagrama de Cortex 0 10 15 25 pulg
V -20,43-
32,44 36,65 0 lbf
Diagrama de Momentosx 0 10 15 25 pulg
Mf 0-
204,3 -366,5 0 lbf.pulg
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0 10 15 25
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
Diagrama Momentos Flector
Distancia Eje X [pulg]
Mom
ento
Fle
ctor
[lbf
.pul
g]
Momentos Resultates
Momanto en Plano XY538,24
lbf.pulg
Momanto en Plano ZX366,5
lbf.pulg
Momento Máximo Resultante538,24
lbf.pulg
τ MAX=√16 M 2
πd3+16 T 2
πd3
Ssyn
=16
πd3 √ M 2+T 2
Sy=Ssyn
P=Tω
d=3√32 nπ Sy
√ M 2+T 2
Calculo del Diámetro del Eje 1Velocidad w 150 rpm 15,708 rad/sPotencia P 0,475 HP 36,119 kgf.m/s
Momento Max Mmax 538,24lbf.pulg 96,321 kgf.cm
Torque T = P/w 2,2994 kgf.m 0,023 kfg.cmCoe. Seguridad n 2
Diámetro Eje 1 θ 0,98 cm 0,0384 pulg
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SELECCIÓN DEL DIÁMETRO DEL EJEDiámetro Eje 1 θ 2 cm 0,0787 pulg
DISEÑO DEL PROCESO
DIAGRAMA DE FLUJO GENERAL
Diseñar
Dimensionar
Mecanizar
Cortar y Soldar
Trazar, Cortar, Taladrar y Remachar
Ensamblar
Almacenar
Transportar
Ejes y Engranajes
Tolva carga y descarga, carcaza
Soporte
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DESCRIPCIÓN DE PROCESOS
Para cada operación se tomará en cuenta el cumplimiento de las normativa ASME vigente, para las actividades de transporte, almacenamiento, operación y distribución del producto terminado, de manera que los procesos que son llevados a cabo estén dentro de los parámetros técnicos tanto de trabajo como también los indicadores y parámetros de seguridad que nos ayudarán al cuidado de la salud de los trabajadores y al ambiente, garantizando además, la eficiencia y productividad de la planta.
Para aquello utilizaremos la Simbología ASME para el entendimiento indicado en cada proceso descritas a continuación:
DIAGRAMA DE PROCESOS GENERAL
Diseñar
Dimensionar
Llevar material al área de mecanizado
Mecanizar engranajes y ejes
SIMBOLOGÍA ASME
Operación Inspección
Transporte Almacenamiento
Demora Inspección y Operación
Almacenamiento Previo
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Ensamblar caucho a ejes (rodillos)
Almacenar previamente de engranajes y rodillos
Llevar material, tubos cuadrados al área de soldadura
Cortar tubos cuadrados
Soldar tubos cuadrados para soporte
Almacenar previamente de soporte
Llevar material told al área de doblado y corte
Trazar esquema para tolva y carcasa
Cortar esquemas tolva carga y descarga, y carcasa
Taladrar carcasa y tolva carga y descarga
Remachar tolva carga y descarga, y carcasa
Almacenar previamente de carcasa y tolva
Recibir accesorios (pernos, arandelas, resortes, chumaceras), piezas compradas
(manivela, polea)
Almacenar previamente los accesorios y piezas compradas
Llevar piezas almacenadas previamente al área de ensamblaje
Ensamblar las partes y piezas de la máquina peladora
Inspección General
Embalar la máquina
Almacenar
Demora en el estibo de máquinas empacadas
Transporte a sitios de venta
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DIAGRAMA DE PROCESOS, MÉTODOS Y TIEMPOS POR ELEMENTO DE
MÁQUINA
Nombre del Proceso Soporte – Estructura Metálica Código PEL01Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Nº Símbolo Procedimiento Tiempo
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[s]
123456789
Cortar tubos cuadrados horizontales según medidas (Ver Planos)Verificar medidas, dentro de tolerancias establecidasCortar tubos cuadrados verticales según medidas (Ver Planos)Verificar medidas, dentro de tolerancias establecidasSoldar partes cortadas (Por arco eléctrico)Demorar, por enfriamiento de partes soldadasSacar la escoriaPintar soporteAlmacenar previamente soporte Estructural
600200550200900300150400300
Indicadores Personal utilizado: 3 personas Tiempo proceso: 3600 s = 60 min = 1 h Desecho: Escoria, Retazo de Tubos Equipo y Herramientas Utilizadas: Cortadora de Tubos, Soldadora de Arco Eléctrico, Punzón, Compresor, Pistola para pintado. Material Utilizado: Tubo Cuadrado de (20 x 20 mm) x 6mConsumos Adicionales: Electrodos 6011
Parámetros de seguridad Es necesario la utilización de materiales de protección como:
Calzado de seguridad Guantes de cuero Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones) Máscara para soldadura
Tal como lo estipula el Reglamento de Seguridad e Higiene Industrial del IESS en el Art. 87
Nombre del Proceso Tolva de Descarga - Carcasa Código PEL02Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
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Nº Símbolo Procedimiento Tiempo[s]
12
3456789
Adquirir material para tolva de descarga (told 1mm)Trazar dibujo en tolva de descarga teniendo en cuenta la mejor disposición, para menor desperdicio, tanto soporte, descarga, sujeciones laterales, separador y carcasa propiamente dichaInspeccionar Medidas antes del corteCortar trazos con cortadora de toldPunzonar los sitios en donde van a ir los agujerosTaladrar agujeros según diámetroDoblar pestañas de elementos de tolva de descargaRemachar unionesAlmacenar previamente
3001800
5001800600300300300300
Indicadores Personal utilizado: 2 personas Tiempo proceso: 6200 s = 103,33 min = 1,72 h Desecho: Retazo de Told
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Equipo y Herramientas Utilizadas: Tijera para told, Punzón, Taladro Manual, Dobladora. Material Utilizado: Planchas de Told de 1mm de espesor de 2,44 x 1,22Consumos Adicionales: Ninguno
Parámetros de seguridad Es necesario la utilización de materiales de protección como:
Guantes de cuero Calzado de seguridad Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)
Tal como lo estipula el Reglamento de Seguridad e Higiene Industrial del IESS en el Art. 87
Nombre del Proceso Placa Soporte - Carcasa Código PEL03Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
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Nº Símbolo Procedimiento Tiempo[s]
12
345678910
Adquirir material para placa soporte - carcasa (Platina 6mm)Trazar dibujo en placa soporte teniendo en cuenta la mejor disposición.Inspeccionar Medidas antes del corteCortar trazos con cortadora de cortadora va y venPunzonar los sitios en donde van a ir los agujerosTaladrar agujeros según diámetroSoldar Pestañas de placa soporte - carcasaTrazar, Cortar y Doblar un tubo y soldar en placa soporte izquierdaAlmacenar previamente
3002400
4002400600400400500
300
Indicadores Personal utilizado: 2 personas Tiempo proceso: 8300 s = 138,33 min = 2,30 h Desecho: Retazo de Platina Equipo y Herramientas Utilizadas: Cortadora va y ven, Punzón, Taladro Manual, Soldadora Arco Eléctrico.Material Utilizado: Platina 6x60mm x 6 mConsumos Adicionales: Ninguno
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Parámetros de seguridadEs necesario la utilización de materiales de protección como:
Calzado de seguridad Guantes de cuero Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)
Tal como lo estipula el Reglamento de Seguridad e Higiene Industrial del IESS en el Art. 87
Nombre del Proceso Ejes Código PEL04Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Nº Símbolo Procedimiento Tiempo[s]
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1
23456
78910111213
Adquirir material para ejes, se recomiendo AISI 1018, de diámetro 3pulg.Cortar con cortadora eléctrica vaivén, longitudes de ejesTrasladar al tornoMontar en el torno, con porta herramientasAjustar parámetros de corteMecanizar eje con medidas establecidas en el plano, con cuchilla HSSTrasladar a limadoraMontar en la LimadoraAjustar parámetros de corteMecanizar parte de sección cuadrada del eje, según medidasMecanizar chaveteroInspeccionar medidasAlmacenar previamente
300
6002002001002700
200200100200600500300
Indicadores Personal utilizado: 1 personas Tiempo proceso: 8000 s = 133,33 min = 2,22 h Desecho: Viruta Equipo y Herramientas Utilizadas: Torno, Limadora, Cortadora vaivén, Cuchillas HSS. Material Utilizado: Eje de 3pulg AISI 1018 x 6mConsumos Adicionales: Afila Cuchillas ó esmeril
Parámetros de seguridad Es necesario la utilización de materiales de protección como:
Calzado de seguridad Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)
Tal como lo estipula el Reglamento de Seguridad e Higiene Industrial del IESS en el Art. 87
Nombre del Proceso Rueda Dentada Conductora Código PEL05Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
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Nº Símbolo Procedimiento Tiempo[s]
1
23456
78910
1112
Adquirir material para engranajes, se recomiendo AISI 4340, de diámetro 5pulg.Cortar Longitud de engranajeTrasladar al tornoMontar en el torno, con porta herramientasAjustar parámetros de corteMecanizar engranaje con medidas establecidas en el plano, con cuchilla HSS, refrentado, cilindrado interior, chaveteroTrasladar a fresadoraMontar en la fresadoraAjustar parámetros de corteMecanizar engranaje, con número de dientes establecido en plano de construcción.Inspeccionar medidasAlmacenar previamente
300
6002002001001500
2002001001800
300300
Indicadores Personal utilizado: 1 personas
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Tiempo proceso: 5800 s = 96,67 min = 1,61 h Desecho: Viruta Equipo y Herramientas Utilizadas: Cortador vaivén eléctrico, torno, fresadora, fresas y cuchillas HSSMaterial Utilizado: Ejes 4340 de diámetro 5 pulg.Consumos Adicionales: Esmeril ó afila cuchillas
Parámetros de seguridad Es necesario la utilización de materiales de protección como:
Calzado de seguridad Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)
Tal como lo estipula el Reglamento de Seguridad e Higiene Industrial del IESS en el Art. 87
Nombre del Proceso Rueda Dentada Conducida Código PEL06Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Nº Símbolo Procedimiento Tiempo[s]
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1
23456
78910
1112
Adquirir material para engranajes, se recomiendo AISI 4340, de diámetro 3pulg.Cortar Longitud de engranajeTrasladar al tornoMontar en el torno, con porta herramientasAjustar parámetros de corteMecanizar engranaje con medidas establecidas en el plano, con cuchilla HSS, refrentado, cilindrado interior, chaveteroTrasladar a fresadoraMontar en la fresadoraAjustar parámetros de corteMecanizar engranaje, con número de dientes establecido en plano de construcción.Inspeccionar medidasAlmacenar previamente
300
6002002001001500
2002001001500
300300
Indicadores Personal utilizado: 1 personas Tiempo proceso: 5500 s = 91,67 min = 1,53 h Desecho: Viruta Equipo y Herramientas Utilizadas: Cortador vaivén eléctrico, torno, fresadora, fresas y cuchillas HSSMaterial Utilizado: Ejes 4340 de diámetro 3 pulg.Consumos Adicionales: Esmeril ó afila cuchillas
Parámetros de seguridad Es necesario la utilización de materiales de protección como:
Calzado de seguridad Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)
Tal como lo estipula el Reglamento de Seguridad e Higiene Industrial del IESS en el Art. 87
Nombre del Proceso Placa de Sujeción de Ejes Código PEL07Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
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Nº Símbolo Procedimiento Tiempo[s]
12
3456789
Adquirir material para placa sujeción de ejes (Platina)Trazar dibujo de placa de sujeción teniendo en cuenta la mejor disposición.Inspeccionar Medidas antes del corteCortar trazos con cortadora de va y venPunzonar los sitios en donde van a ir los agujerosTaladrar agujeros según diámetroSoldar pestañas de elementos de placa sujeciónTrazar, Cortar, Doblar tubos de sujeciónAlmacenar previamente
3001200
4001500500200200600300
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Indicadores Personal utilizado: 2 personas Tiempo proceso: 5200 s = 86,67 min = 1,44 h Desecho: Retazo de Platinas Equipo y Herramientas Utilizadas: Cierra, Taladro Manual, Dobladora.Material Utilizado: Platina 6x50mm x 6 mConsumos Adicionales: Ninguno
Parámetros de seguridadEs necesario la utilización de materiales de protección como:
Guantes de cuero Calzado de seguridad Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)
Tal como lo estipula el Reglamento de Seguridad e Higiene Industrial del IESS en el Art. 87
Nombre del Proceso Carcasa Código PEL08Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
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Nº Símbolo Procedimiento Tiempo[s]
12
345678
Adquirir material para carcasa (told 1mm)Trazar dibujo de carcasa teniendo en cuenta la mejor disposición, para menor desperdicio, tanto soporte, descarga, sujeciones laterales, separador y carcasa propiamente dicha.Inspeccionar Medidas antes del corteCortar trazos con cortadora de toldPunzonar los sitios en donde van a ir los agujerosTaladrar agujeros según diámetroDoblar pestañas de carcazaAlmacenar previamente
3001500
4001600500200200200
Indicadores Personal utilizado: 2 personas Tiempo proceso: 4900 s = 81,66 min = 1,36 hDesecho: Retazo de Told Equipo y Herramientas Utilizadas: Tijera para told, Punzón, Taladro Manual, Dobladora.Material Utilizado: Planchas de Told de 1mm de espesor de 2,44 x 1,22Consumos Adicionales: Ninguno
Parámetros de seguridadEs necesario la utilización de materiales de protección como:
Calzado de seguridad Guantes de cuero Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)
Tal como lo estipula el Reglamento de Seguridad e Higiene Industrial del IESS en el Art. 87
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Nombre del Proceso Tolva de Carga Código PEL09Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Nº Símbolo Procedimiento Tiempo[s]
12
3456789
Adquirir material para tolva de carga (told 1mm)Trazar dibujo en tolva teniendo en cuenta la mejor disposición, para menor desperdicio, tanto soporte, descarga, sujeciones laterales y separadorInspeccionar Medidas antes del corteCortar trazos con cortadora de toldPunzonar los sitios en donde van a ir los agujerosTaladrar agujeros según diámetroDoblar pestañas de elementos de tolva de cargaRemachar unionesAlmacenar previamente
3001700
4001600500250250250250
Indicadores Personal utilizado: 2 personas Tiempo proceso: 5500 s = 91,66 min = 1,53 hDesecho: Retazo de Told
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Equipo y Herramientas Utilizadas: Tijera para told, Punzón, Taladro Manual, Dobladora.Material Utilizado: Planchas de Told de 1mm de espesor de 2,44 x 1,22Consumos Adicionales: Ninguno
Parámetros de seguridadEs necesario la utilización de materiales de protección como:
Guantes de cuero Calzado de seguridad Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)
Tal como lo estipula el Reglamento de Seguridad e Higiene Industrial del IESS en el Art. 87
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ANÁLISIS DE TIEMPO Y MOVIMIENTOS (RESUMEN)
La fabricación de la máquina manual Peladora de Chochos comprende, le dividimos en
tres secciones de tiempos.
La adquisición de la materia prima se hará con anticipación de manera que siempre
haya elementos en stock para construir sin dificultad nuestra máquina.
El Diseño de la máquina se lo hace una sola vez, ya que el proceso se estandariza.
En lo concerniente a los demás procesos de producción, se muestra la tabla y
gráficos siguientes:
Nº Código Nombre del Proceso Tiempo(min)
1 PEL01 Construcción Soporte – Estructura Metálica
60
2 PEL02 Construcción Tolva de Descarga - Carcasa
103,33
3 PEL03 Construcción Placa Soporte - Carcasa 138,334 PEL04 Construcción Ejes 133,335 PEL05 Construcción Rueda Dentada Conductora 96,676 PEL06 Construcción Rueda Dentada Conducida 91,677 PEL07 Construcción Polea - Manivela 2257.1 PEL07.1 Preparación para la fundición 607.2 PEL07.2 Fundición 1658 PEL08 Construcción Placa de Sujeción de Ejes 86,679 PEL09 Construcción Carcasa 81,6710 PEL10 Construcción Tolva de Carga 91,6711 PEL11 Ensamblaje y Control de Calidad 76,67
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PEL01
PEL02
PEL03
PEL04
PEL05
PEL06
PEL07.1
PEL07.2
PEL08
PEL09
PEL10
PEL11
60
103.33
138.33 133.33
96.67 91.67
60
165
86.67 81.6791.67
76.67
TIEMP VS PROCESO
5% 9%
12%
11%8%8%
5%
14%
7%7%
8% 6%
TIEMPO % VS PROCESOConstrucción Soporte – Estructura Metálica
Construcción Tolva de Descarga - Carcasa
Construcción Placa Soporte - Carcasa
Construcción Ejes
Construcción Rueda Dentada Conductora
Construcción Rueda Dentada Conducida
Preparación para la fundición
Fundición
Construcción Placa de Sujeción de Ejes
Construcción Carcasa
Construcción Tolva de Carga
Ensamblaje Y Control de Calidad
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DISTRIBUCIÓN DEL MATERIAL
Nombre del Proceso Soporte – Estructura Metálica Código PEL01Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará del tubo cuadrado para cada soporte y por las 80 unidades producidas al mes.
Longitud por soporte Número de tubos por 80
1,85 m 25
Nombre del Proceso Tolva de Descarga - Carcasa Código PEL02Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación el área de cada pieza de la tolva de descarga y el número de planchas que se necesitará para producir las 80 unidades.
Nombre de la pieza
Área Área de la PlanchaNúmero de
Planchas por 80 unidades
producidas
Descarga 185,8 x 152,7 mm
20768cm2 3,65Soporte 384 x 203 mmSujeción Lateral 100 x 120 mmSeparador 150 x 95 mmTotal 1325,74 cm2
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Nombre del Proceso Placa Soporte - Carcasa Código PEL03Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará de platina para cada placa soporte y por las 80 unidades producidas al mes.
Longitud por placa soporte Número de platinas por 80
0,85 m 12
Nombre del Proceso Ejes Código PEL04Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará de eje macizo para cada rodillo y por las 80 unidades producidas al mes.
Longitud por rodillo
Número de ejes por 80
0,34 m 4,45
Nombre del Proceso Rueda Dentada Conductora Código PEL05Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará de eje macizo para cada rueda dentada conductora y por las 80 unidades producidas al mes.
Longitud por rueda dentada
Número de ejes por 80
0,017m 0,14
Nombre del Proceso Rueda Dentada Conducida Código PEL06Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará de eje macizo para cada rueda dentada conductora y por las 80 unidades producidas al mes.
Longitud por rueda dentada
Número de ejes por 80
0,017m 0,14
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Nombre del Proceso Placa de Sujeción de Ejes Código PEL07Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará de platina para cada placa de sujeción de ejes y por las 80 unidades producidas al mes.
Longitud por placa sujeción ejes Número de platinas por 80
0,2 m 2,7
Nombre del Proceso Carcasa Código PEL08Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación el área de cada pieza de carcasa y el número de planchas que se necesitará para producir las 80 unidades.
Nombre de la pieza
Área Área de la PlanchaNúmero de
Planchas por 80 unidades
producidasCarcasa 730 x 615 mm 20768cm2 13,35Total 4489,5 cm2
Nombre del Proceso Tolva de Carga Código PEL09Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola
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Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación el área de cada pieza de tolva de carga y el número de planchas que se necesitará para producir las 80 unidades.
Nombre de la pieza
Área Área de la PlanchaNúmero de
Planchas por 80 unidades
producidas
Tolva de Carga 585,6 x 535,6 mm 20768cm2 8,9Total 3136,5 cm2
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ANÁLISIS DE COSTOS
Para cuantificar los costos es necesario, hacer una descripción de los rubro s tomados en cuenta para la construcción e la máquina pelador a de chochos.
Costos de Materiales Costos de Fabricación
o Costos Mano de Obra
o Costos por Equipos
Costos de Diseño
COSTOS DE MATERIALES
Para determinar los costos de materiales, se dividirán a estos en dos grupos; el primer grupo será el de los materiales que requieren de transformación para ser utilizados, estos materiales de detallan a continuación, además se muestra, dimensiones (antes de set utilizado), cantidad peso y costo total.
MATERIAL DIMENSIONES (mm) CANT. Costo Unitario
USD
COSTO TOTAL(USD)
_MECANISMO PELADORPlacas de acero inoxidable 304 310x200; e=3 2 10,00 20,00
Tubo mecánico Φe=30; Φint=29x1600 1 10,00
Acero de transmisión UNSG 1018 (HR) Φ30x80 1 1,00
Rueda Dentada Recto z = 22, m=0,125 2 5,20 10,40
Rodamiento 6201 4 2,80 11,20
Rodamiento 6202 1 6,72 6,72
Perno Hexagonal, M10x50 1 0,17 0,17
Tornillos Reguladores, M8x40 4 0,56 2,24
Tuerca Hexagonal M10 1 0,22 0,22
Arandela Plana φ10mm 1 0,06 0,06
Arandela de Presión, 10mm 1 0,06 0,06
Anillos de retención internos DIN 472, 31x1,2 8 0,22 1,76
_TRANSMISIÓN
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Banda Trapezoidal 3 5,60 16,80
Polea Ranurada φ5 in 2 4,92 9,84
Polea Ranurada φ26 in 2 16,85 33,70
Prisionero Allen M8x20 4 0,25 1,00
Perno Hexagonal M10x30 12 0,17 2,04
Tuerca Hexagonal M10 12 0,22 2,64
_ESTRUCTURA
Perfil en L laminado en caliente (ASTM 36) 20x20x650; e=3 1 5,00
Perfil en L laminado en caliente (ASTM 36) 30x30x6cm; e=3 2 6,00
Platina Lmainada en caliente ASTM 36 225x160; e=4 1 5,00
Chumaceras de 3/4 in 6 4,00 24,00
Perno Hexagonal, M8x16 4 0,17 0,68
Tuerca Hexagonal M8 4 0,22 0,88
Arandelas DIN 125; φ8,4 4 0,06 0,24
Perno Hexagonal M10x20 4 0,17 0,68
Tuerca Hexagonal M10 4 0,22 0,88
Motor Eléctrico Trifásico Jaula de Ardilla 220 V, 900rpm, 0.5HP
1 134,40 134,40
_TOLVA
(Acero Inoxidable 304; e = 1,5mm)
Tapa Lateral 260x260 2
Tapa Posterior 400x315 2
Apoyo Placa Soporte 35x140 2
Tapas para Limpieza 450x120 2
Bandeja Inferior 610x440 1
Plancha Utilizada 610x1220 1 280,00
TOTAL 587,61
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FACULTAD DE MECÁNICA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
COSTOS DE FABRICACIÓN
Para los costos de fabricación, se toma en cuenta los precios por la utilización de la máquina, así como; el precio por mano de obra empleada.
A continuación se muestran los costos de mano de obra, y los costos por la utilización de los equipos.
COSTO MANO DE OBRAMano de Obra Tiempo
Apro. [h]Costos/hora Costo
Total
Seccón BSoldador eléctrico 8 2,04 16,32Torno - Fresador 16 2,04 32,64
Sección CAyudante Mecánico 25 1,93 48,25Pintor 2 1,93 3,86Vulcanizador 2 1,93 3,86
TOTAL 104,93
COSTOS POR EQUIPOSEquipo Tiempo
Apro. [h]Costos/
horaCosto Total
Torno 6 5,00 30Fresadora 9 5,00 45Esmeriladora 0,5 2,00 1Amoladora 0,3 2,00 0,6Soldadora Eléctrica
8 5,00 40
Equipo de Pintado 2 4,00 8Remachado 0,4 0,20 0,08
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Taladro Pedestal 0,3 1,00 0,3TOTAL 124,98
Por lo tanto los costos de Fabricación será igual a:
Costos Fabricación=Costos Mano de ObraCF=124 ,98+104 , 93=229 , 91USD
COSTOS DE DISEÑO
Para determinar los costos de diseño, generalmente se utiliza el 20% de los costos de construcción de la máquina
Costos Diseño=0,2∗(CF+CM )=0,2∗(229 , 91+587 , 61)=163 , 504 USD
COSTOS POR IMPREVISTOS O INDIRECTOS
Para los imprevistos que se puedan generar durante la construcción, se adiciona un 10 – 30% del costo total de la máquina construida.Una vez, obtenidos los valore por cada uno de los rubros a considerar, se obtienen los costos totales por la fabricación de la máquina.
CTOTAL=CDIRECTOS+C INDIRECTOS=CDIRECTOS+0,1CDIRECTOS
CTOTAL=1,1 CDIRECTOS
CTOTAL=1,1(CM+CF +CD )=1,1(229 , 91+587 , 61+ 163 ,504 )=1079 , 12[usd ]
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ANEXOS