ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE MECÁNICA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA DE AGITACIÓN PARA EL MEZCLADO DE PINTURAS LÍQUIDAS PARA LA LÍNEA ARQUITECTÓNICA”

INAQUIZA GUAÑA CRISTIAN RENATO

VIZUETE MONTERO IVÁN ENRIQUE

TESIS DE GRADO

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO MECÁNICO

RIOBAMBA – ECUADOR

2010

Espoch

Facultad de Mecánica

CERTIFICADO DE APROBACIÓN DE TESIS

CONSEJO DIRECTIVO

Fecha

Diciembre 21 de 2009

Yo recomiendo que la Tesis preparada por:

CRISTIAN RENATO INAQUIZA GUAÑA

Titulada:

Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:

“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA DE AGITACIÓN PARA

EL MEZCLADO DE PINTURAS LÍQUIDAS PARA LA LÍNEA ARQUITECTÓNICA”

INGENIERO MECÁNICO

f) Decano de la Facultad de Mecánica

Nosotros coincidimos con esta recomendación:

f) Director de tesis

f) Asesor de Tesis

Espoch

Facultad de Mecánica

CERTIFICADO DE APROBACIÓN DE TESIS

CONSEJO DIRECTIVO

Fecha

Diciembre 21 de 2009

Yo recomiendo que la Tesis preparada por:

IVÁN ENRIQUE VIZUETE MONTERO

Titulada:

Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:

“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA DE AGITACIÓN PARA

EL MEZCLADO DE PINTURAS LÍQUIDAS PARA LA LÍNEA ARQUITECTÓNICA”

INGENIERO MECÁNICO

f) Decano de la Facultad de Mecánica

Nosotros coincidimos con esta recomendación:

f) Director de tesis

f) Asesor de Tesis

Espoch

Facultad de Mecánica

CERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESIS

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: CRISTIAN RENATO INAQUIZA GUAÑA

TÍTULO DE LA TESIS:

Fecha de Examinación: Diciembre, 21 de 2009.

“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA

DE AGITACIÓN PARA EL MEZCLADO DE PINTURAS LÍQUIDAS PARA LA LÍNEA

ARQUITECTÓNICA”

RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:

COMITÉ DE EXAMINACIÓN APRUEBA NO APRUEBA

FIRMA

ING. Geovanny Novillo ING. Pablo Fierro ING. Iván Cantos * Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.

RECOMENDACIONES:

El Presidente del Tribunal quien certifica al Consejo Directivo que las condiciones de la

defensa se han cumplido.

f) Presidente del Tribunal

Espoch

Facultad de Mecánica

CERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESIS

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: IVÁN ENRIQUE VIZUETE MONTERO

TÍTULO DE LA TESIS:

Fecha de Examinación: Diciembre, 21 de 2009.

“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA

DE AGITACIÓN PARA EL MEZCLADO DE PINTURAS LÍQUIDAS PARA LA LÍNEA

ARQUITECTÓNICA”

RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:

COMITÉ DE EXAMINACIÓN APRUEBA NO APRUEBA

FIRMA

ING. Geovanny Novillo ING. Pablo Fierro ING. Iván Cantos * Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.

RECOMENDACIONES:

El Presidente del Tribunal quien certifica al Consejo Directivo que las condiciones de la

defensa se han cumplido.

f) Presidente del Tribunal

DERECHOS DE AUTORÍA

El trabajo de grado que presentamos, es original y basado en el proceso de

investigación y/o adaptación tecnológica establecido en la Facultad de Mecánica de la

Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. En tal virtud, los fundamentos teóricos -

científicos y los resultados son de exclusiva responsabilidad de los autores. El

patrimonio intelectual le pertenece a la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.

f) Iván Enrique Vizuete Montero f) Cristian Renato Inaquiza Guaña

AGRADECIMIENTO

Un agradecimiento profundo a nuestros padres, por su apoyo sincero y desmedido que

nos lo dieron con tanto sacrificio para la culminación de este trabajo.

Gracias a la acertada dirección del Ing. Pablo Fierro, a la valiosa colaboración del Ing.

Iván Cantos y la asistencia técnica por parte del Ing. Ángel Cruz, ya que sin sus guías

y sugerencias acertadas no hubiera sido posible la culminación del presente trabajo.

Un profundo agradecimiento al Ing. Orlando Chimbo persona que nos financió la tesis,

que con su entusiasmo nos apoyó en los trabajos de construcción y pruebas de la

mezcladora para pintura.

Por último, gracias a las personas que de una u otra manera supieron colaborarnos e

hicieron posible la culminación de esta tesis.

f) Iván Enrique Vizuete Montero f) Cristian Renato Inaquiza Guaña

DEDICATORIA

Cristian Renato:

Dedico este trabajo a Dios, a mis padres, hermanos y amigos ya que debido a su apoyo

incondicional he podido realizar todas las cosas que me he propuesto.

Iván Enrique:

Dedico este trabajo a Dios, a mis padres y hermanos que con tanto amor y sacrificio,

me apoyaron a lo largo de toda mi vida, hasta lograr ser un Profesional, y haberme

forjado un futuro lleno de cosas maravillosas, y además, a todas las personas que han

hecho posible la realización de este proyecto.

TABLA DE CONTENIDOS

CAPÍTULO PÁGINA

1. GENERALIDADES.

1.1 Introducción................................................................................................................ 1

1.2 Justificación……………………………………………………………………………....… 1

1.3 Objetivos………………………………………………………………………………….… 2

1.3.1 Objetivo General……..……………………………………………………………………. 2

1.3.2 Objetivos Específicos………….……………………………………………………..…… 2

2. ANÁLISIS TEÓRICO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LA PINTURA LÍQUIDA.

2.1 Componentes de la pintura líquida……………………………………………………… 3

2.1.1 Características de la pintura líquida…………………….............................................. 4

2.1.2 Proceso de preparación de la pintura líquida………………....................................... 6

2.1.3 Proceso de mezclado de la pintura líquida……………………................................... 7

2.1.4 Análisis de resultados………………………………………………………..................... 8

3. ESTUDIO DE LOS MECANISMOS DE MEZCLADO Y SELECCIÓN DE LOS MISMOS.

3.1 Estudio de los mecanismos para obtener diferentes movimientos…………….…… 9

3.11 Análisis y selección de los tipos de mezclado.……………………............................. 13

3.1.2

3.1.3

3.1.4

Estudio de los mecanismos para obtener el sistema de mezclado………………...

Estudio del mecanismo de acoplamiento del recipiente………………………………

Estudio del soporte más adecuado…………………………………………………….

15

17

17

3.1.5 Estudio de los diferentes elementos electrónicos para el control del tiempo del agitador………………………………………………………………….………………… 18

3.2 Selección de los mecanismos a ser diseñados........................................................ 21

4. DISEÑO DEL SISTEMA DE AGITACIÓN PARA EL MEZCLADO DE PINTURA LÍQUIDA.

4.1 Diseño de la transmisión……………………………………………………………….. 23

4.2 Diseño de ejes.………...…………........................................................................... 37

4.2.1 Diseño del eje de poleas……………………………………………….………………. 37

4.2.2 Diseño del eje principal……………………............................................................. 64

4.3 Diseño del circuito eléctrico para el control de tiempo........................................... 83

4.4 Diseño de los mecanismos para obtener diferentes movimiento………………..... 84

4.4.1 Diseño del acoplamiento para el recipiente............................................................ 84

4.4.1.1 Diseño del tornillo de potencia……………………................................................... 84

4.4.1.2 Diseño de las placas móviles.................................................................................. 94

4.4.2 Diseño del bastidor…………………….................................................................... 103

4.4.3 Diseño del soporte.................................................................................................. 108

4.5 Diseño de los pernos............................................................................................ 118

4.5.1 Soporte tipo ‘U’.................................................................................................... 118

4.5.2 Diseño de los pernos que une el soporte tipo u con el sistema de acople delRecipiente…………………………………………………………….…………..……. 131

5. CONSTRUCCIÓN, INSTALACIÓN Y PRUEBAS DEL PROTOTIPO.

5.1 Construcción del mezclador de pintura líquida por agitación…….……….….…... 140

5.1.1 Desarrollo del trabajo de construcción................................................................. 140

5.1.2 Proceso de construcción del sistema de agitación para el mezclado de pintura

para la línea arquitectónica……………………………………………………………. 140

5.1.3 Materiales utilizados en el sistema de agitación para el mezclado de pintura………………………………………………………………………………......... 141

5.1.4 Instrumentos y equipos utilizados......................................................................... 142

5.1.5 Adquisición de materiales y equipos....................................................................... 142

5.1.6 Inspección de los elementos constitutivos.............................................................. 142

5.1.7 Montaje (proceso)..…………………....................................................................... 143

5.1.8

5.1.9

Pintura…….…………………..……………………….………………………………....

Tecnología de la construcción………………………..………………………………..

148

149

5.3 Pruebas y resultados del mezclador de pintura líquida por agitación………….. .. 155

5.3.1 Equipo utilizado.......................................................................................... .......... 155

5.3.2 Pruebas de los tiempos de mezclado..………..................................................... 156

5.3.3 Eficiencia del sistema.…………..……………………………………………………. 156

5.3.4 Resultados de todo el conjunto del agitador....................................................... 157

6. MANTENIMIENTO Y ANÁLISIS DE LOS COSTOS DEL SISTEMA.

6.1 Mantenimiento y limpieza de la Máquina……………………………………...……... 158

6.1.1 Mantenimiento regular.…………………….............................................................. 158

6.1.2 Limpieza interna y externa.………………………………..…..………………………. 160

6.1.3 Lubricar.…………………….................................................................................... 160

6.1.4 Verifique las bandas del sistema........................................................................... 160

6.2 Análisis de costos……………………….................................................................. 161

BIBLIOGRAFÍALINKOGRAFÍAANEXOSPLANOS

6.2.1 Costos directos........................................................................................................ 161

6.2.2 Costos Indirectos.………………….......................................................................... 163

6.2.3. Costo total............................................................................................................... 163

7. Conclusiones y Recomendaciones

7.1 Conclusiones………………………………………………………………….…………. 164

7.2 Recomendaciones………………………………………………………..……………. 166

LISTA DE TABLAS

TABLA PÁGINA

3.1 Selección de los tipos de mezclado.………………………………... 13

3.2 Mecanismos para obtener la agitación ……………………….…… 15

4.3 Datos de selección.…………………………………………………… 36

4.4 Elementos eléctricos………………………………………………… 83

5.5 Herramientas requeridas..…………………………………………… 149

5.6 Horas – proceso……………………………………………………… 153

5.7 Mantenimiento regular.………………………….…………………… 158

6.8 Costo de materiales………………………………………….………. 161

6.9 Costo horas-hombre.…………………………………………….…… 162

6.10 Costo horas-maquina.…………………………………………...…… 162

6.11 Costo total del prototipo..…………………………………………….. 163

LISTA DE FIGURAS

FIGURA

PÁGINA

2.1 Componentes de la pintura líquida.……………………………………………………………. 3

2.2 Fabricación de la pintura.…………………………………………………………………….…. 7

3.3 Soporte tipo“U”……………………………………………………………………………...……. 17

4.4 Gabinete de mezclado………………………………………………………………………...… 22

4.5 Transmisión 1………………………………………………………………………………..…… 26

4.6 Transmisión 2. …………………………………………………………………………………… 35

4.7 Ejes de las poleas.………………………………………………………………………………. 37

4.8 Fuerzas ejercidas por la polea 1………………..…………………………………………….. 37

4.9 Fuerzas ejercidas por la polea 2……………………………………………………………… 41

4.10 Diagrama de cuerpo libre 3D………………………………………………………………….. 45

4.11 Diagrama de cuerpo libre plano X, Y………………………………………………………….. 45

4.12 Diagrama de fuerza cortante.…………………………………………………….…………….. 46

4.17 Diagrama de esfuerzo fluctuante.……………………………..………………………………. 51

4.18 Diagrama de torsión.………………………………………………..…………………………… 52

4.19 Diagrama de cuerpo libre.……………………………………...…………………………..…… 55

4.20 Chavetero 1……………………………………………………………………………..……… 61

4.21 Diagrama de cuerpo libre 3D……………………………………………………………….…. 64

4.22 Diagrama de cuerpo libre plano X,Y………………………………………………………….. 64

4.23 Diagrama de fuerza cortante.………………………………………………………………...… 66

4.24 Diagrama de momentos.………………………………………………….…………………….. 66

4.25 Diagrama de cuerpo libre plano X, Z………………………………………….……………….. 67

4.26 Diagrama de fuerza cortante..………………………………………………………………….. 68

4.27

4.28

4.29

4.30

4.31

4.32

4.33

4.34

4.35

4.36

4.37

4.38

4.39

Diagrama de momentos.………………………………………………………………...………

Esfuerzo fluctuante………………………………………………………………………………

Esfuerzo de torsión……………………………………………………………………………….

Diagrama de cuerpo libre………………………………………………………………………..

Chavetero 2……………………………………………………………………………………….

Circuito eléctrico………………………………………………………………………………….

Diagrama del tornillo de potencia……………………………………………………………….

Esfuerzo de torsión……………………………………………………………………………….

Esfuerzo de tracción……………………………………………………………………………..

Diagrama de la distribución de la placas………………………………………………………

Esfuerzo de flexión……………………………………………………………………………….

Diagrama de cuerpo libre………………………………………………………………………..

Diagrama de fuerza cortante……………………………………………………………………

68

71

72

74

81

84

85

86

88

94

94

95

96

4.40

4.41

4.42

4.43

4.44

4.45

4.46

4.47

4.48

4.49

4.50

4.51

4.52

4.53

4.54

4.55

4.56

5.57

5.58

5.59

5.60

5.61

5.62

5.63

5.64

5.65

5.66

5.67

5.68

5.69

6.70

Diagrama de momento flector…………………………………………………………………..

Diagrama de cuerpo libre………………………………………………………………………..

Diagrama de fuerza cortante……………………………………………………………………

Diagrama de momento flector………………………………………………………………….

Diseño del bastidor con el programa SAP 2000……………………………………..……….

Soporte tipo”U”……………………………………………………………………………………

Esfuerzo de flexión……………………………………………………………………………….

Diagrama de fuerza cortante……………………………………………………………………

Diagrama de momento flector…………………………………………………………………..

Diagrama de fuerza cortante……………………………………………………………………

Diagrama de momento flector…………………………………………………………………..

Esfuerzo de corte…………………………………………………………………………………

Gráfico de la fluctuación de las fuerzas………………………………………………………..

Gráfico del perno…………………………………………………………………………………

Distancia de los pernos………………………………………………………………………….

Fluctuación de las fuerzas………………………………………………………………………

Gráfico del perno 2……………………………………………………………………………….

Gabinete de mezclado…………………………………………………………………………...

Tornillo de potencia………………………………………………………………………………

Eje guía……………………………………………………………………………………………

Placas fijas………………………………………………………………………………………...

Soporte tipo “U”…………………………………………………………………………………...

Polea fija…………………………………………………………………………………………..

Eje principal……………………………………………………………………………………….

Carcasa del bastidor……………………………………………………………………………..

Gabinete de mezclado…………………………………………………………………………...

Carcasa……………………………………………………………………………………………

Transmisión……………………………………………………………………………………….

Montaje de la máquina de mezclado…………………………………………………………...

Muestras de pintura mezclada………………………………………………………………….

Fotos de mantenimiento…………………………………………………………………………

96

98

99

99

103

108

108

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112

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146

146

147

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150

151

152

153

157

160

LISTA DE ABREVIACIONES

A Área.

F Fuerza.

Densidad

g Aceleración de la gravedad =9.81m/seg2

hp Potencia en caballos de vapor

P Potencia en hp

m Masa .

T Torque, Tensión

M Momento flector máximo

n Factor de seguridad

I Momento de inércia

! Peso específico

E Módulo de elasticidad.

L Longitud

L Avance

H Altura

R Confiabilidad

V Fuerza cortante, velocidad

W Peso.

N Número de revoluciones

R,K Relación de transmisión

Pc Potencia corregida

Pm Potencia de la motriz

Pa Potencia transmisible por banda

Cx,i Factores de corrección

C1 Constante de ponderación

p Diámetro primitivo

D Diámetro de la polea conducida

d Diámetro de la polea motriz

Arco de contacto

! Ángulo de abrazamiento

" Coeficiente de rozamiento

! Velocidad angular

Diámetro

Sut Límite a la fractura

Sy Límite de fluencia

Se Límite a la fatiga

Ka Coeficiente de acabado superficial

Kb Coeficiente de tamaño

Kc Coeficiente de confiabilidad

Kd Coeficiente de temperatura

Ke Coeficiente de concentración de tensiones

Kf Coeficiente de mayoración de esfuerzos

q Sensibilidad a las ranuras

Kt Coeficiente de factores de concentración de esfuerzos

"eqaEsfuerzo equivalente amplitud

"eqmEsfuerzo equivalente medio

R Reacción

C Capacidad de carga dinámica

Lh Horas de trabajo

FL Factor de vida

Fn Factor de velocidad

dt Diámetro de tracción

#eqa Esfuerzo de torsión amplitud

#eqm Esfuerzo de torsión medio

"fmax Esfuerzo de flexión máximo

"f minEsfuerzo de flexión mínimo

LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1: Propiedades acero estructural A36.

ANEXO 2:

ANEX0 3:

ANEXO 4:

ANEXO 5:

ANEXO 6:

ANEXO 7:

ANEXO 8:

ANEXO 9:

ANEXO 10:

ANEXO 11:

ANEXO 12:

Ecuación de Marín.

Índice de rugosidad o aspereza superficial.

Diagrama de sensibilidad de las ranuras.

Diagrama para factores teóricos para concentración de esfuerzos.

Factor de servicio.

Corrección de potencia.

Sección de la correa.

Diámetros primitivos mínimos.

Correas trapeciales.

Prestaciones de las correas trapeciales

Caballos de fuerza.

.

SUMARIO

Se ha Diseñado, Construido y Probado un Sistema de Agitación para el Mezclado de

Pinturas Líquidas para la Línea Arquitectónica, de la Empresa “LA MAGIA DEL COLOR”

de la ciudad de Riobamba provincia del Chimborazo perteneciente al Sr. Ing. Orlando

Chimbo.

El propósito es mezclar homogéneamente pintura, donde se consideró la carga máxima

tanto del tarro de pintura (20 litros), como los elementos que constituye el gabinete de

mezclado, de esta manera se seleccionó los elementos necesarios, tanto para diseño

como la construcción.

Con estos antecedentes el sistema de agitación para el mezclado de pintura líquida debe

ser el más adecuado para mezclar homogéneamente la pintura, considerando que debe

tener dos movimientos específicos a la vez y un sistema de control de tiempo.

De esta manera se seleccionó el mezclador giroscópico que permite cumplir con los

requerimientos mencionados anteriormente.

Los materiales requeridos se los encuentra fácilmente en el mercado, considerando el

costo de los mismos y su resistencia.

El sistema de mezclado para pintura líquida consta de un circuito eléctrico para controlar

el tiempo necesario de funcionamiento de la misma, con la finalidad de ahorrar energía

eléctrica y poder mezclar desde tarros de 1 litro hasta 20 litros, con tiempos suficientes de

2,5 y 4 minutos respectivamente.

SUMMARY

An Agitation System was designed, constructed and tested for mixing liquid paints for

the Architectonic line of the enterprise LA MAGIA DEL COLOR of Riobamba city,

Chimborazo Province, belonging to Engineer Orlando Chimbo. Its purpose is

homogeneously mixing paint.

The maximum load was considered both of the paint can (20 liters) and the elements

which up the mixing device. This way the necessary elements both of the design and

construction were selected. With this background the agitation system for liquid paint

mixing must be the most adequate one for homogeneously mixing paint considering that

it must have two specific movements at the same time and a time control system. Thus

the gyroscope mixer permitting to accomplish the two above requirements. The required

materials are found easily in the market considering their cost and resistance. The

mixing system for liquid paint has an electric circuit to control the necessary time of its

functioning so as to save electric energy and be able to mix from 1-| cans to 20-| ones

with sufficient times of 2.5 – 4 minutes respectively.