INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNICA
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INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNICA
ESPE-L
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE LAVADO DE ARENA CON CAPACIDAD APROXIMADA DE CIENTO SESENTA TONELADAS POR DÍA E IMPLEMENTACIÓN DE UN HMI, PARA LA COMPAÑÍA “ECOHORMIGONES”
OBJETIVO GENERAL:DISEÑAR Y CONSTRUIR UN SISTEMA DE LAVADO DE ARENA DE CIENTO SESENTA TONELADAS POR DÍA PARA LA COMPAÑÍA ECOHORMIGONES.
OBJETIVOS
OBJETIVOS ESPECÍFICOS Diseñar y construir el tornillo sinfín. Diseñar y construir la artesa. Diseñar y construir la tolva contenedora de arena. Diseñar y construir el chasis. Disminuir el consumo de agua. Implementar el circuito de control eléctrico.
OBJETIVOS
EQUIPOS PARA EL LAVADO DE LA ARENA
NORIAS TIPO TORNILLO
ELUTRIADORES HODROCICLONES
Sistema de lavado de arena
LAVADORA TIPO TORNILLO
(1)Tornillo sinfín(2) Artesa(3) Sistema motriz (4) Tolva(5) Compuerta de descarga(6) Tanque de decantación(7) T. de almacenamiento (8) Chasis(9) Cilindro neumático(10) Mangueras(11) Bomba centrifuga (12) Tablero de control
LAVADORA TIPO TORNILLO
Parámetros de diseño Material a procesar Arena de banco
húmeda ()
Capacidad del equipo 20 t/h
Pendiente del equipo 15°
Velocidad angular del tornillo 13 RPM
Velocidad tangencial del tornillo 0,5 m/s
Sentido de la hélice Mano derecha
Separación entre la artesa y la hélice 20 mm
Factores de seguridad 3
4
v
exD
𝐷h=60×V 𝜋×𝑁 =0,734𝑚
𝐷h=780𝑚𝑚
Diámetro del tornillo sinfín
Paso del tornillo sinfín
LAVADORA TIPO TORNILLO
𝑃=𝐷h
2=390𝑚𝑚
Longitud del tornillo sinfín
𝐿𝑙𝑣=𝑃× 𝑡𝑙𝑣×𝑁
60
𝐿𝑇=3×𝑃× 𝑡𝑙𝑣×𝑁
60=6,33𝑚
Por disposición del material
V=0,53𝑚/ 𝑠
𝐻𝑃𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜=𝐿𝑇×N× 𝑓 𝑑 × 𝑓 𝑏
1000000=0,0935𝐻𝑃
Potencia del motor
Determinación del número de discos
LAVADORA TIPO TORNILLO
¿𝑑𝑒𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠=𝐿𝑇𝑃 =15,25 𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠
𝐻𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎=𝐶×𝐿𝑇×W× 𝑓 𝑓 × 𝑓 𝑚× 𝑓 𝑝
1000000=1,95𝐻𝑃
𝐻𝑃 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=(𝐻𝑃𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜+𝐻𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎)× 𝑓 0
𝑒× 𝑓 𝑖=4,85𝐻𝑃≈5𝐻𝑃
𝐹 𝑃𝑀=𝐻𝑃 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
¿𝑑𝑒𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠×𝑣𝑎=2871,27𝑁
Espesor del helicoide
LAVADORA TIPO TORNILLO
290,56 N
𝑣𝑎=𝑃×𝑁60
𝑊=𝑤×𝑉 𝑝𝑎𝑠𝑜
𝑉 𝑝𝑎𝑠𝑜=𝜆×𝜋 × (𝐷h
2−𝑑𝑒2 )×𝑃
4
015
015cosW
015Wsen
W
N
015
w
N
P
rF
Espesor del helicoide
LAVADORA TIPO TORNILLO
𝑓 =𝐹 𝑃𝑀+𝐹𝑅=3161,83𝑁
𝑓 𝑒=𝑓∅
=5488,34𝑁 /𝑚
∅=¿¿𝐹 𝑒= 𝑓 𝑒×𝑏=5488.34𝑁
Espesor del helicoide
LAVADORA TIPO TORNILLO
𝑀=2×𝐹 𝑒× 𝐿
3=329,30𝑁−𝑚
𝜎=6×𝑀𝑏×𝑒2
𝐹 𝑠=𝑆𝑦
6×𝑀𝑏×𝑒2
𝐹 𝑠=4,55
e=
𝑒=6𝑚𝑚
Selección del eje tubular
LAVADORA TIPO TORNILLO
015
w
6 pulgadas
Material ASTM A-53 Gr.
Longitud 6 m
Espesor 7 mm
Peso
𝑤𝑡=1662,82𝑁 𝑤h=4088,76𝑁
𝑤𝑇=5751,58𝑁 𝑤𝑇𝑑=958,59𝑁 /𝑚
𝑀𝑚á 𝑥=4313,66𝑁−𝑚 𝜎=𝑀𝑚á𝑥
𝑆 =30,975𝑀𝑃𝑎
𝜏=𝑇 ×𝑟𝐽 =9,38𝑀𝑃𝑎 𝜎 ′=35,35𝑀𝑃𝑎 𝑭 𝒔=
𝑺𝒚
𝝈 ′=𝟐𝟎𝟓𝑴𝑷𝒂𝟑𝟓 ,𝟑𝟓𝑴𝑷𝒂=𝟓 ,𝟕𝟗
Selección de los eje sólidos
LAVADORA TIPO TORNILLO
𝜏𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒=16𝑉3𝜋 𝑑2
=4882,05𝑁
𝑑2
𝜏 𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖 ó𝑛=16𝑇𝜋 𝑑3
=13952.17𝑁−𝑚
𝑑3
𝜎 ′=24,73𝐾𝑃𝑎
𝑑=3√ 𝐹 𝑠
10109,17=73,41𝑚𝑚
LAVADORA TIPO TORNILLO
Tipo de cadena RS80
26 RPM
13 RPM
2
Paso 1 pulgada
32
64
Diseño del sistema reductor de velocidad
𝐻𝑃𝑑𝑖𝑠=𝐹 𝑠𝑒𝑟×𝐻𝑃 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎=6,5𝐻𝑃
𝐷1=𝑃
sin (180 ° /𝑁1 )=10,2𝑝𝑢𝑙𝑔
𝐷2=𝑃
sin (180 ° /𝑁 2)=20,38𝑝𝑢𝑙𝑔
𝐿=2𝐶+𝑁1+𝑁 2
2 +(𝑁 2−𝑁1 )2
4𝜋 2𝐶=108𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠
𝜃1=180 ° −2 𝑠𝑖𝑛−1 [𝐷2−𝐷1
2𝐶 ]=160.14 °𝜃2=180 °+2𝑠𝑖𝑛
− 1[𝐷2−𝐷1
2𝐶 ]=199,80 °
LAVADORA TIPO TORNILLO
Diseño de la Artesa
(Tornillo sinfín) (Arena-agua) M
Diseño de la tolva
LAVADORA TIPO TORNILLO
𝐴𝑆𝑇𝑀 𝐴−36
𝐹 1=7 465𝑁
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 6𝑚𝑚
LAVADORA TIPO TORNILLO
Diseño de la compuerta de descarga
𝐞=√ 𝟔×𝑭 𝒔×𝑴𝒎á 𝒙
𝑺𝒚×𝒃=𝟏𝟏 ,𝟐𝟗𝒎𝒎
𝑃𝐶=𝜌 𝐴×𝑔×h=24463,68𝑁 /𝑚2
𝐹𝐸=𝑃𝐶×𝐴𝐶=7081,65𝑁
𝑀𝑚á 𝑥=𝐹𝐸×𝐿𝐶
4=1370,29
Diseño del chasis
LAVADORA TIPO TORNILLO
(Artesa, la hélice, la arena y agua)
(Tolva y el arena)
𝑡=2,4× 𝐿×√𝛼×𝐻×0,036×𝐺𝑆𝑦
Tanque de decantación
Tanque de almacenamiento
LAVADORA TIPO TORNILLO
Volumen
Material ASTM A653 AC
Espesor de la placa 2 mm
Volumen
Material ASTM A653 AC
Espesor de la placa 2 mm
Diseño del HMI
LAVADORA TIPO TORNILLO
ENTRADAS
SÁLIDAS
SÁLIDASCotactores Electroválvulas
OPC SERVERSPLC SIMATIC S7-1200
Comunicación EthernetCable RJ-45
OPC CLIENTComputador+ Windows
LabVIEW+DSC
Programación del PLC
LAVADORA TIPO TORNILLO
Creación de proyecto nuevo en TIA
Configuración de dispositivo en TIA
Programación del PLC
LAVADORA TIPO TORNILLO
Agregar dispositivo en TIA Configuración de dirección IP y mascara de subred
Programación del PLC
LAVADORA TIPO TORNILLO
Tipos de direcciones IP
Clase Área de aplicación Espacio de direcciones privadasMáscara de Subred por defecto
A Gobiernos del todo el mundo 10.0.0.0 a 10.255.255.255 255.0.0.0
B Empresas de gran envergadura 172.16.0.0 a 172.31.255.255 255.255.0.0
C Demás solicitantes 192.168.0.0 a 192.168.255.255 255.255.255.0
Programación del PLC
LAVADORA TIPO TORNILLO
Programación del PLC
Programación del PLC
LAVADORA TIPO TORNILLO
Programación del PLC
Diseño del HMI
LAVADORA TIPO TORNILLO
Configuración en NI OPC Server 2012
Diseño del HMI
LAVADORA TIPO TORNILLO
Variables compartidas en LabVIEW 2012
Librería de variables en LabVIEW 2012
Panel frontal del HMI
LAVADORA TIPO TORNILLO
Panel frontal del HMI
LAVADORA TIPO TORNILLO
Configuración de Alarmas
LAVADORA TIPO TORNILLO
Configuración de Registro de Datos
LAVADORA TIPO TORNILLO
Configuración de Seguridad y Cuentas de Usuarios
LAVADORA TIPO TORNILLO
Construcción
LAVADORA TIPO TORNILLO
LAVADORA TIPO TORNILLOPruebas realizadas en la Arena
Arena sin lavar Arena lavada
% 𝑳𝒊𝒎𝒐=𝟒% % 𝑳𝒊𝒎𝒐=𝟐 ,𝟕𝟓%
LAVADORA TIPO TORNILLOPeriodo de recuperación de la inversión
𝑽𝑷𝑵=−𝑲𝟎+∑𝒊=𝟏
𝒏 𝑭 𝑪𝒊
(𝟏+𝑻𝑴𝑨𝑹 )𝒊=$𝟏𝟗𝟖𝟓 ,𝟏𝟐
𝑻𝑴𝑨𝑹=𝟏𝟓 ,𝟖𝟏%
𝑻𝑰𝑹=𝟐𝟐%
𝑷𝑹𝑰→𝟒𝒎𝒆𝒔𝒆𝒔
𝑹𝑩𝑪=𝑽𝑷𝑵𝑩𝑽𝑷𝑵𝑪=𝟐 ,𝟗𝟐
TÉCNICA DE EVALUACIÓN RANGO
VPN, $ 1985,12>0
TIR>TMAR 22 %>15,81%
PRI, Años 4 meses <5 años
RBC 2,92 >1
El diseño y construcción de la máquina lavadora de arena satisface los requerimientos de la compañía ECOHORMIGONES.
El diseño propuesto ofrece mínimos requerimientos de mantenimiento.
Se minimizó el consumo de agua para el lavado de la arena con la construcción del tanque de decantación.
Se disminuyo el limo contenido en la arena de 4% al 2,75%.
PRI de 4 meses.
LAVADORA TIPO TORNILLO
Conclusiones
LAVADORA TIPO TORNILLO
Recomendaciones
Revisar el estado de los helicoides de la zona de lavado.
Verificar que la conexión trifásica para la lavadora sea la asignada.
Verificar la secuencia de fases de la toma trifásica para la conexión de la lavadora, la toma de aire debe tener 120 psi (8 bares).
Revisar el manual de mantenimiento, con el objetivo de extender la vida útil de la máquina.
Se recomienda la construcción de un tanque decantador y clarificador de mayor volumen.
GRACIAS
LAVADORA TIPO TORNILLO