Maquina Empaquetadora

download Maquina Empaquetadora

If you can't read please download the document

description

Diseño de una maquina empaquetadora de botellas plásticas

Transcript of Maquina Empaquetadora

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTRAL POLITCNICAANTONIO JOS DE SUCREVICERRECTORADO BARQUISIMETODEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA

DISEO DE UNA EMPAQUETADORA Y CORTADORA AUTOMTICA PARA UNA LNEA DE PRODUCCIN DE BOTELLAS DE PLSTICO.

Barquisimeto, Abril 2012.REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTRAL POLITCNICAANTONIO JOS DE SUCREVICERRECTORADO BARQUISIMETODEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA

rea de Investigacin: Mecnica.Lnea de Investigacin: Actualizacin TecnolgicaDe Los Laboratorio Y Sistema Avanzado De Diseo.

DISEO DE UNA EMPAQUETADORA Y CORTADORA AUTOMTICA PARA UNA LNEA DE PRODUCCIN DE BOTELLAS DE PLSTICO.

Proyecto de trabajo de Grado presentado comorequisito parcial para optar al ttulo deIngeniero Mecnico.

Autor: Miguel ngel Agreda Ortega.Tutor: Ing. Jos Melndez.

Barquisimeto, Abril 2012.UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICAANTONIO JOS DE SUCREVICE-RECTORADO BARQUISIMETODEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA

ACTA DE APROBACIN

Quienes suscriben, Miembros del Jurado Evaluador designados por la Coordinacin De Trabajo Especial del Departamento De Ingeniera Mecnica del Vice-Rectorado Barquisimeto, de la Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de Sucre para examinar el Trabajo Especial Titulado Diseo De Una Empaquetadora Y Cortadora Automtica Para Una Lnea De Produccin De Botellas De Plstico presentado por el bachiller Miguel Angel Agreda Ortega, titular de la Cedula de Identidad Numero 20.324.843, como requisito parcial para optar al Ttulo de Ingeniero Mecnico, consideramos que dicho trabajo cumple con lo establecido para tal efecto y por lo tanto lo declaramos APROBADO.

En Barquisimeto, a los 10 das del mes de Abril de 2012

__________________________ ________________________ Jurado: Ing. Jurado: Ing. C.I. N C.I. N

_______________________Tutor: Ing. Jos Melndez. C.I. N

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICAANTONIO JOS DE SUCREVICE-RECTORADO BARQUISIMETODEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA

DISEO DE UNA MQUINA PICADORA-ENSILADORA DE FORRAJESAUTOR: Br. Miguel A. Agreda O.TUTOR: Ing. Jos Melndez.AO: 2012

RESUMENLa presente investigacin tuvo como finalidad Diseo De Una Empaquetadora Y Cortadora Automtica Para Una Lnea De Produccin De Botellas De Plstico. En el cual se estudia la necesidad existente en PLAYDESA S.A de automatizar el proceso de empaquetado de en la lnea de botellas plsticas de 600ml. Metodolgicamente pertenece a la modalidad de Proyecto Factible apoyado en una Investigacin de Campo de carcter descriptivo y con apoyo Documental. Para obtener la informacin procedi a realizar una visita PLAYDESA S.A en la Zona Industrial II, Barquisimeto Edo. Lara en donde se realizaron entrevistas a operadores de la lnea de produccin quienes dieron informacin con respecto a los elementos manuales de empaquetado y las caractersticas del mismo. Con el fin de obtener la informacin que permiti cumplir los objetivos propuestos se aplicaron los siguientes instrumentos: observacin directa, entrevista no estructurada y la revisin documental. Para alcanzar los objetivos de la investigacin se desarrollaron las fases siguientes: fase I, estudio diagnstico, fase II estudio de factibilidad y fase III diseo del programa. Los resultados demostraron que el diseo es factible tanto tcnica, operativa y econmicamente, adems de que se demostr con los clculos que el diseo planteado cumple con las necesidades de PLAYDESA S.A.Palabras Clave: Empaquetadora, Selladora Cortadora.

DEDICATORIA:A mi Padre Miguel Angel Agreda, por ser ejemplos de vida y quien desde el cielo me han protegido e iluminado en mi camino.A mi Madre Esperanza Ortega por ser apoyo y sustento durante mi desarrollo.AGRADECIMIENTOS.

A DIOS todo poderoso, por guiarme y protegerme en cada paso que he dado en mi vida y darme salud, a mi familia y cada uno de mis amigos para poder disfrutar este xito y todos los que faltan en mi carrera.A mi padre, Miguel A. Agreda porque gracias a l soy la persona que soy, por sus consejos y guas, y las grandes enseanzas de vida que de alguna forma inculcar en mi, y ahora por iluminarme y guiarme desde el cielo.A mi madre Esperanza Ortega de Agreda, por haberme dado a luz y por su constante apoyo y ayuda, as como por siempre creer en m y darme un empujn para poder alcanzar esta meta.A mi hermano Julin Agreda, por quererme mucho y ayudarme en los momentos que la he necesitado, por el apoyo en todos los momentos de mi vidaA todos mis tos, en especial a Adriana Alzate, Arnaldo Guevara y Constanza Ortega que sin ellos esta meta no se pudiera haber cumplido ya que ellos jugaron un papel fundamental a lo largo de mi carrera adems de contribuir en mi formacin y enseanza y prestarme cario, adems de ser grandes amigos.A Fabiana Matheus, por ser mi compaera durante toda la carrera y por estar all en cada momento que la necesite, por ser un bastn en cada uno de los momentos que me toco pasar una dura o un momento difcil de mi vida. A todos los profesores que me impartieron clase a lo largo de toda mi carrera universitaria, ya que ellos me dieron las bases y conocimientos necesarios para realizar este logro as como para obtener el futuro ttulo, con el favor de DIOS, y muy especialmente a los Ingenieros Luis Pargas, Elton Zambrano quienes prestaron apoyo durante varias etapas de mi carrera y contribuyeron en formacin como ingeniero.Al Ing. Jos Cheo Melendez, a quien tengo el orgullo de llamar mi tutor y sin el cual el presente trabajo hubiera sido muy cuesta arriba, adems por siempre ayudarme y estar a disposicin para aclararme las dudas que se presentaron a lo largo de mi carrera, y en el mbito personal por siempre aconsejarme y por brindarme confianza la cual se apreciar, y por ser ms que un profesor un amigo.A mis amigos y compaeros de clases en especial a Sergio Saldivia y Stephanie Barraez que me ayudaron en cada una de las materias que cursamos juntos por ser grandes amigos y compaeros de clase, como tambin a Victor quien me dio un gran empujn con este trabajo.NDICENDICE GENERAL ......VII

NDICE DE TABLAS .......X

NDICE DE FIGURAS .XI

RESUMEN .XII

INTRODUCCION .....1

CAPTULO I. EL PROBLEMA

Planteamiento del Problema ...3

Objetivos de la Investigacin .6

Objetivo General 6

Objetivos Especficos .6

Justificacin de la Investigacin 6

Alcances y Limitaciones 7

CAPTULO II. MARCO TERICO

Antecedentes de la Investigacin ...8

Bases Tericas 10

Ensilaje ....11

Silo ..12

Tipos de Silos ......12

Mquina ..13

Picadora ..14

Ensiladora ...14

Compactacin ....15

Forrajes utilizados en el ensilaje 15

Conceptos bsicos de mecnica .18

Esfuerzo.18

Tipos de esfuerzos ...18

Momento .19

Fatiga ...19

Elementos de Unin .20

Elementos de trasmisin de potencia ..20

Cadenas de trasmisin de potencia .21

Correas 21

Freno 21

CAPTULO III. MARCO METODOLGICO

Naturaleza de la investigacin 22

Diseo de la investigacin .22

Fase I. Diagnostico ...22

Sujetos de la Investigacin ..24

Poblacin .24

Muestra 25

Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos ..26

Fase II. Factibilidad .28

Factibilidad tcnica operativa .28

Factibilidad econmica ...28

Fase III. Diseo de la propuesta .29

Alternativa N 1 ..29

Alternativa N 2 ..30

Evaluacin de alternativas ..30

CAPTULO IV. ANALISIS DE RESULTADOS

Fase I. Diagnostico ....32

Observacin directa .32

Entrevista no estructurada ...33

Revisin documental ...33

Fase II. Factibilidad .34

Factibilidad tcnica .34

Factibilidad operativa .35

Factibilidad econmica ...36

Fase III. Diseo de la Propuesta .37

Cuchillas de corte 38

Tornillos de sujecin ...42

Disco de corte ..45

Eje de la picadora 46

Chaveta (eje-disco) ..49

Rodamientos, Picadora 49

Eje del tornillo sinfn ...50

Rodamientos de la ensiladora ..53

Soldaduras ...54

Motor ...58

Freno, Piones y Cadenas ...59

Base de la Mquina .62

Poleas y Correas ..68

CAPTULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones ...72

Recomendaciones 74

PLANOS .75

BIBLIOGRAFA ..86

ANEXOS 88

NDICE DE TABLASN 1. Composicin qumica y degradabilidad en ensilajes planta entera de genotipos comerciales de maz. ..17

N 2. Composicin qumica y degradabilidad del sorgo a diferentes grados de humedad. .18

N 3. Descripcin de las unidades tomadas como muestra. 25

N 4. Evaluacin de alternativas. 31

N 5. Produccin de leche y cambios de peso vivo de vacas doble propsito en pastoreo y suplementadas con ensilaje de maz, ensilaje de pasto Guinea Mombasa y/o semillas de algodn ms salvado de arroz. Promedio 10 vacas Periodo experimental 147 das. C.I. Turipan, 2002-2003.

34

N 6. Costos asociados a la construccin del diseo. ..37

N 7. Tipo de correa para cada tren de poleas. 70

N 8. Resultados de los trenes de poleas. 70

INDICE DE FIGURAS Y GRAFICASFig. N 1. Localizacin geogrfica del Fundo La Caribea. ...36

Grafica N 1. Diagrama de fuerza cortante. ...48

Grafica N 2. Diagrama de Momento Flector. ...48

INTRODUCCIN.

Para el desarrollo humano siempre se ha buscado la simplificacin de los trabajos mediante mquinas simples que sustituan una forma de esfuerzo en otra forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso con sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las mquinas fueron capaces de sustituir formas naturales de energa renovable, tales como el viento, mareas, o un flujo de agua por energa humana.

Por otra parte la economa basada en el trabajo manual fue remplazada por otra dominada por la industria y la manufactura. La Revolucin industrial jug un papel decisivo en mecanizacin y automatizacin de las industrias textiles y el desarrollo de los procesos del hierro. Estas nuevas mquinas favorecieron al crecimiento en la capacidad de produccin. La produccin y desarrollo de nuevos modelos de maquinaria en las dos primeras dcadas del siglo XIX facilit la manufactura en otras industrias e increment tambin su produccin.

Es as como es posible notar que la mecanizacin y desarrollo de nuevas mquinaa influenciado en el desarrollo del ser humano y actualmente estos procesos juegan un papel fundamental en la economa mundial de tal modo que es capaz de bajar costos en produccin y elevar la cantidad de unidades producidas bajo el mismo costo fijo.

Como se ha visto, las tendencias de globalizacin y segmentacin internacional de los mercados son cada vez ms acentuadas. Y como estrategia para enfrentar este nuevo escenario, la automatizacin representa una alternativa que es necesario considerar; los pases de mayor desarrollo, poseen una gran experiencia en cuanto a automatizacin se refiere y los problemas que ellos enfrentan en la actualidad son de caractersticas distintas a los nuestros. Cualquier proceso de negocio, simple o complejo, cuyo flujo y control sean crticos para la eficiencia de una organizacin es susceptible de beneficiarse de la automatizacin.

La compaa PLAYDESA, S.A es una organizacin que radica en Barquisimeto en la zona Industrial II, Edo. Lara. Actualmente esta empresa cuenta con un gran nmero de operaciones automatizadas, pero de igual forma sigue la necesidad de completar la mayor cantidad de procesos automticos para as obtener una gestin ptima de la empresa.

Por tal razn, se plantea el diseo de una maquina empaquetadora y cortadora automtica que permita completar la automatizacin en las lneas de produccin de botellas de plstico, esto para mejorar la calidad del producto terminado y disminuyendo la necesidad de un trabajo montono para los operarios pasando a una mejor calidad de empleo en tareas menos intermitentes y menor exigencia fsica.

El presente trabajo esta estructurado de la siguiente manera:

Captulo I: Se presenta el planteamiento del problema, se detallan los objetivos generales y especficos, la justificacin, importancia, alcances y limitaciones de la investigacin.

Captulo II: Se muestran los antecedentes de la investigacin y las bases tericas necesarias para la misma.

Captulo III: En este se describe la metodologa empleada y las fases ejecutadas a lo largo de la investigacin y en particular se estudiarn las alternativas posibles y se seleccionar la ms apta.

Captulo IV: Donde se encuentran los anlisis y descripcin de los resultados obtenidos con los clculos realizados de la alternativa seleccionada.

Captulo V: Se presentan las conclusiones derivadas del estudio efectuado, as como tambin las recomendaciones en relacin al mismo.

CAPTULO I.EL PROBLEMA

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En la actualidad los grandes mercados a nivel mundial se hacen cada vez ms exigentes y competitivos, es por esto que la velocidad de produccin debe ser cada vez ms rpida y eficiente, tomando en cuenta todos los factores de seguridad relacionados con el manejo de herramientas de manufactura o procesos de elaboracin de productos, para as permitir la competitividad en el mercado a nivel nacional e internacional.

Por otra parte la tecnologa se ha unido a este crecimiento veloz de las empresas y juega un papel fundamental en la velocidad de produccin de las grandes organizaciones, dndole un papel importante a la ingeniera en el diseo de procesos automatizados en los cuales se maneje la mejor calidad del producto mayor velocidad obteniendo una mxima produccin optimizada.

Es importante destacar que las pequeas y medianas empresas automatizadas presentan una gran capacidad innovadora, potenciando su flexibilidad para adaptarse al nuevo panorama que nos entrega el mundo globalizado, favoreciendo a sus empleados en beneficios tangibles como la reduccin de trabajos repetitivos que podran generar enfermedades laborales.

La integracin de mecanismos de alta complejidad, incorporando dispositivos electrnicos de control han contribuido significativamente en la optimizacin de los procesos productivos es por esto que surge la necesidad de disear un equipo que permita realizar el trabajo de empaquetado de botellas en una lnea de produccin. La compaa PLAYDESA, S.A. fue fundada el 17 de Diciembre de 2001 por el Sr. Francisco Martnez, el Econ. Julio Messuti y el Sr. Vicente Irazabal, surge con el propsito y la finalidad de proveer la demanda de envases plsticos para almacenar y distribuir productos como jugos y leche pasteurizados, garantizando calidad e higiene ptima importante y necesaria por su condicin de perecederos.

En PLAYDESA, S.A se desarrollan internamente todas las fases de transformacin para la obtencin del producto final de calidad, comenzando con un riguroso control de calidad de la materia prima (polmero), as como de cada uno de los procesos por los que deber pasar el producto. Actualmente cuentan con unas instalaciones permanentemente en desarrollo pues la alta demanda de productos les obliga a mejorar y optimizar sus lneas de produccin. El proceso de empaquetado se realiza de forma manual e intermitente, pues es necesario dejar acumular una cierta cantidad de botellas antes de ser empaquetadas por el operario, dejando as un tiempo de ocio que genera una gasto innecesario para la empresa adems de dejar un desgaste fsico en el operario para poder realizar esta tarea.

Ante tal situacin, es necesario hacer el estudio de la factibilidad y diseo de una maquina que realice el proceso de empaquetado de forma automtica para as poder cumplir con la gran demanda a la cual es sometida la empresa de una forma optima y as evitar un trabajo repetitivo para los operarios, permitindoles tener un crecimiento dentro de la organizacin pues ahora las tareas que solo exigan esfuerzo fsico cambiaran a trabajos de mantenimiento y chequeo de los equipos para as mantener de forma operativa cada una de las maquinarias presentes en la empresa.

En vista de todo lo anteriormente planteado, surgen las siguientes interrogantes:Cmo es el proceso de empaquetado, sellado y cortado de las botellas plsticas elaboradas en PLAYDESA, S.A?

Es factible el diseo de una maquina empaquetadora y cortadora automtica de botellas plsticas?Cules son los parmetros que se deben tomar en cuenta para el diseo de una maquina empaquetadora y cortadora automtica de botellas plsticas? Por otra parte para poder respuestas a estas interrogantes en esta investigacin se plantean las siguientes interrogantes.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN.

Objetivo general. Diseo de una empaquetadora y cortadora automtica para una lnea de produccin de botellas de plstico.

Objetivos especficos

Diagnostico del proceso actual de empaquetado, cortado y sellado de la lnea de produccin de botellas plsticas. Evaluar la factibilidad y la necesidad del diseo de una maquina empaquetadora y cortadora automtica de botellas plsticas en la empresa PLAYDESA, S.A. Diseo de la maquina empaquetadora y cortadora automtica. JUSTIFICACIN.

Desde el punto de vista econmico: Con el desarrollo de un diseo de una maquina empaquetadora y cortadora automtica de botellas de plstico es posible reducir el tiempo de ocio de los operarios generando perdidas para la empresa, igualmente se evitaran perdidas relacionadas con la produccin, tiempo de trabajo perdido, perdidas de materiales y producto. Adems de que es posible evitar la compensacin a los empleados producto de las enfermedades laborales ocasionadas por las tareas forzosas de empaquetado. Desde el punto de vista social: la implementacin de una maquina empaquetadora y cortadora automtica de botellas de plstico los trabajadores podrn disfrutar de un trabajo de mucha menor exigencia fsica y que no sea montono permitindoles un desarrollo personal a nivel empresarial, ya que estos sern capacitados para el mantenimiento de maquinaria e instrumentara de la empresa.

Desde el punto de vista tecnolgico: Con el diseo de una maquina empaquetadora y cortadora automtica de botellas de plstico, es posible influenciar para el desarrollo de nuevas maquinarias en el pas, ya que actualmente se cuenta con el personal capacitado en diferentes ndoles tecnolgicas para el diseo y construccin de cualquier equipo automatizado que permita la optimizacin de los procesos a nivel empresarial en todo el territorio nacional. Adems de contar con la materia prima para la fabricacin de diferentes componentes mecnicos o de cualquier ndole a nivel industrial. ALCANCE Y LIMITACIONES.

El alcance de esta investigacin seria que el diseo de la maquina empaquetadora y cortadora automtica de botellas plsticas, con el fin de facilitar y agilizar el proceso de la lnea de produccin de botellas plsticas, solo se abordara el diseo de la mquina.

Siguiendo con este mismo orden de ideas, la factibilidad tecnolgica del diseo har posible que este pueda construirse y reproducirse sin ningn inconveniente por parte PLAYDESA, S.A., puesto que se especificar de manera concisa los requerimientos para su construccin.

Por otra parte una de las principales limitantes de la presente investigacin radica en que por ser un proceso automatizado es necesario el uso de componentes electrnicas de los cuales solo se har mencin y no se podrn realizar planos de detalle de los mismos ni especificaciones.

CAPTULO II.MARCO TEORICO. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION.

En los ltimos anos muchos investigadores se han enfocado en el rea de la automatizacin con el fin de implementar nuevas tecnologas apropiadas para disminuir el desgaste fsico del ser humano y mejorar la optimizacin de los procesos a nivel industrial, para as dar una mejor gestin de los recursos, en muchos casos dando soluciones ecolgicas a los problemas de ndole mundial. A continuacin, se menciona algunos de los trabajos realizados que guardan relacin con el presente estudio.

A nivel internacional: Polanco J. (2009), en su investigacin titulada Mejora en la productividad del rea de empaque, a travs de la implementacin de una lnea automatizada, en una empresa productora de cloro, La propuesta de esta investigacin fue realizar una mejora en la productividad de la lnea de empaque de cloro en sobres, alcanzando este objetivo a travs del diseo, instalacin y puesta en marcha de una mquina empacadora de cloro de sobres por docena, esta mquina deber tener la capacidad de realizar el empaque de la misma manera que se tiene actualmente, con la mejora en costos debido a el mximo aprovechamiento de los recursos necesarios para realizar esta labor.

Para llevar a cabo la investigacin se utilizo como metodologa una Investigacin de campo descriptiva, bajo la modalidad de proyecto factible, aplicando la observacin directa y la entrevista no estructurada. Para poder llevar a cabo el trabajo se organizo en tres fases; diagnostico de la situacin y recoleccin de datos, un estudio de factibilidad y finalmente el diseo el sistema. Por otra parte el trabajo antes expuesto, ofrece a la presente investigacin un apoyo en el proceso de empaquetado cortado y sellado automtica de botellas plsticas y clculos correspondientes al traslado de las mismas, adems de un apoyo para la seleccin de equipos mecnicos y diseo de la estructura de la maquina

A nivel nacional: Tucci R. (2008), en su investigacin titulada Diseo de un sistema de control para el proceso de empaquetado en la lnea de produccin de una galleta, La finalidad de dicho diseo y automatizacin es lograr niveles de produccin elevados, adems de dar una actualizacin tecnolgica a los equipos presente con el fin de disminuir fallas de los mismo y por ultimo la reduccin de los costos por prdidas, que a su vez, se convierten en ganancias netas para la empresa Nucita Venezolana, C.A.

La modalidad de la investigacin est enmarcada en un estudio de campo descriptivo-documental el cual se realiz siguiendo tres fases: diagnostico de la situacin y recoleccin de datos, un estudio de factibilidad y finalmente el diseo del sistema, proceso que culmino con la implementacin de un sistema de control mediante el uso de un Control Lgico Programable (PLC), y una implementacin de sensores que le permiten realizar las tareas necesarias.

Por ultimo esta investigacin contribuye en la seleccin de sensores ubicados en la maquina para permitir las paradas mediante finales de carrera y el incio del procesos mediante el conteo de botellas a travs de un sensor inductivo el cual mediante un PLC entrega la seal para el desplazamiento de los cilindros neumticos.

BASES TERICAS ESFUERZO Y DEFORMACIN: Es una cantidad definida que no se puede observar ni medir de manera directa, pero que es la causa de la mayor parte de las fallas en los productos manufacturados. El esfuerzo se define como la fuerza por unidad de rea (), con las unidades inglesas de libras por pulgada cuadrada (psi, pounds per square inch) o las mtricas de Megapascal (MPa). El esfuerzo se expresa matemticamente en la forma:

En donde es el esfuerzo o fuerza por unidad de rea, P es la carga aplicada y A es el rea de la seccin transversal.

El valor de la deformacin (unitaria) es el cociente del alargamiento (deformacin total) y la longitud L en la que se ha producido. Por tanto:

Sin embargo, de este modo solo se obtienen el valor medio de la deformacin. La expresin correcta de la deformacin en cualquier punto es:

Que determinan el valor de la deformacin en una longitud tan pequea (dL) que puede considerarse constante en dicha longitud. No obstante, en ciertas condiciones, se puede suponer que la deformacin es constante y aplicar la (primera) expresin.

Estas condiciones son:

El elemento sometido a tensin debe tener una seccin transversal recta constante El material debe ser homogneo. La fuerza o carga debe ser axial, es decir, producir un esfuerzo uniforme.

Por ltimo, obsrvese que, como la deformacin representa un cambio de longitud dividido entre la longitud inicial, la deformacin es una cantidad sin dimensiones. No obstante, cuando se habla de deformaciones se emplean unidades de metro (m).

TENSIN Y COMPRENSIN (ESFUERZO NORMAL DIRECTO):

Uno de los tipos ms fundamentales de esfuerzo es el esfuerzo normal, en donde el esfuerzo acta de manera perpendicular, o normal, a la seccin transversal del miembro de carga. Si el esfuerzo es tambin uniforme sobre el rea de resistencia, el esfuerzo se conoce como esfuerzo normal directo. Los esfuerzos normales pueden ser de comprensin o de tensin. Un esfuerzo de comprensin es aquel que tiende a aplastar el material del miembro de carga, y a acortar el miembro en s. Un esfuerzo de tensin es aquel que tiende a estirar el miembro y romper la materia.

Figura N 1: Esfuerzo normal(Fuente: Mott, R., Resistencia de materiales aplicada, 1996)

ESFUERZO CORTANTE: El esfuerzo cortante (o de cizallamiento) a diferencia del axial (o de tensin o comprensin), es producido por fuerzas que actan paralelamente al plano que las resiste, mientras que los de tensin o de comprensin lo son por fuerzas normales al plano sobre el que actan. Por esta razn, los esfuerzos de tensin y de comprensin se llaman tambin esfuerzos normales, mientras que el esfuerzo cortante puede denominarse esfuerzo tangencial.

Figura N 2: Esfuerzo cortante(Fuente: Mott, R., Resistencia de materiales aplicada, 1996)

Si la fuerza de corte resultante pasa por el centroide de la seccin sometida a cortante, el esfuerzo de corte vienen dado por:

Dnde: V: Carga radial o transversal. Q: Primer momento. b: Espesor de corte. I: Momento de inercia.

ESFUERZO DE CONTACTO O APLASTAMIENTO:

Este esfuerzo, a diferencia del esfuerzo de comprensin que existe en el interior de los cuerpos bajo la accin de cargas exteriores, es el que se produce en la superficie de contacto de dos cuerpos. Ejemplos de este tipo de esfuerzo de comprensin estn en la presin sobre el terreno bajo una columna, o la presin en las placas de apoyo. Ahora, examinaremos el esfuerzo de contacto entre un eje y su cojinete, o entre remache o un perno y las paredes del orificio que sujeta.

Figura N 3: Esfuerzo de aplastamiento(Fuente: Mott, R., Resistencia de materiales aplicada, 1996)

En esta figura se observa cmo por un excesivo esfuerzo de contacto se puede llegar a la fluencia del material de la placa, del remache o ambos. La presin del remache contra las paredes del orificio no es constante, variando desde cero en los puntos en que desaparece el contacto hasta un mximo en el centro de la parte apoyada. Para salvar las dificultades inherentes a una distribucin variable de esfuerzos se suele suponer que el esfuerzo de contacto se distribuye uniformemente sobre un rea ms pequea, que es la proyeccin de la superficie de contacto sobre un plano diametral del orificio, perpendicular a la direccin de la fuerza. Con ello, la carga total se puede expresar por:

FLEXIN: Cuando se aplican cargas perpendiculares al eje mayor de una viga, se producen momentos flexionantes en su interior, que hace que se flexione. Las fibras de la viga prxima a su cara superior se acortan y se ven sometidas a comprensin. Por otra parte, las fibras prximas a la cara inferior se alargan y se ven sometidas a tensin. A continuacin se enuncia la frmula de flexin que se usa para calcular el esfuerzo mximo producido por flexin:

Dnde: : Esfuerzo mximo en las fibras externas de la viga. Mf: Momento flexionante en la seccin de inters. C: Distancia del eje centroidal de la viga a la fibras neutras, (para una seccin circular es igual al radio). I: Momento de inercia de la seccin transversal con respecto a su eje centroidal.

TORSIN: Es la solicitacin que se presenta cuando se aplica unmomentosobre eleje longitudinalde un elemento constructivo, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensin predomina sobre las otras dos.

Cualquier vector momento que sea colineal con un eje de un elemento mecnico se llama vector de par de torsin, porque el momento causa que el elemento se tuerza respecto a ese eje. Una barra sometida a un momento de ese tipo se dice que est sometida a torsin.

A travs de la seccin transversal se desarrollan esfuerzos cortantes. Para una barra slida circular en torsin, estos esfuerzos son proporcionales al radio de la superficie exterior r y estn dados por:

Dnde: : Esfuerzo mximo de torsin. MT: Momento Torsor o par de Torsin. r: Radio exterior de la superficie. J: Momento polar de inercia.

Esta ecuacin slo se aplica a secciones transversales circulares. Para una seccin circular slida;

Donde d es el dimetro de la barra. Para una seccin transversal redonda hueca;

Donde los subndices o e i se refieren a los dimetros exterior e interior respectivamente. Para obtener el par de torsin MT mediante la consideracin de la potencia y velocidad del eje rotatorio, la ecuacin utilizada viene dada por:

Dnde: MT: Par de Torsin . H: Potencia (W). n: Velocidad de rotacin del eje (RPM).

ESFUERZOS DE TRABAJO Y FACTOR O COEFICIENTE DE SEGURIDAD:El esfuerzo de trabajo es el esfuerzo real que soporta el material bajo la accin de unas cargas, y no debe sobrepasar al esfuerzo admisible, que es mximo al que puede ser sometido el material, con un cierto grado de seguridad en la estructura o elemento que se considere. En un diseo real, el esfuerzo admisible () ha de ser inferior al lmite de proporcionalidad, con objeto de que pueda aplicarse en todo momento la relacin lineal entre esfuerzo y deformaciones que establece la ley de Hooke, y en la que se basa toda la teora subsiguiente. Sin embargo, como es difcil determinar exactamente el lmite de proporcionalidad, se acostumbra tomar como base para fijar el esfuerzo admisible el lmite de fluencia () o, en su defecto, el esfuerzo ltimo dividindolos ente un nmero N, convenientemente elegido, que se llama factor o coeficiente de seguridad:

En el acero al carbono se toma como base para la determinacin de , el punto de fluencia, ya que en l tienen lugar una deformacin permanente de gran magnitud y totalmente prohibitiva. En otros materiales, se suele considerar el esfuerzo ltimo como base para fijar el esfuerzo admisible.

CARGAS EN VIGAS, APOYO Y TIPOS DE VIGAS:

Una viga es un miembro que se somete a cargas transversales, es decir, perpendiculares a lo largo de su eje. Tales cargas provocan esfuerzos flexionantes en la viga y le imparten sus caractersticas de pandeo, lo que tambin da como consecuencia esfuerzos flexionantes. Cuando se analiza una viga para determinar las reacciones, fuerzas cortantes internas y momentos flexionantes internos, conviene clasificar el patrn de carga, el tipo de apoyo y el tipo de viga.

Los patrones de cargas en las vigas son: generalmente:

Cargas concentradas normales: Es la que acta perpendicular (normal) al eje mayor de la viga en un solo punto a lo largo de un segmento muy pequeo de la viga. Cargas concentradas con inclinacin: Es la que acta efectivamente en un punto, pero cuya lnea de accin forma un ngulo con el eje principal de la viga. Cargas uniformemente distribuidas: Las cargas de magnitud variable que actan perpendiculares al eje de una viga a lo largo del segmento significativo de la viga se llaman cargas variables distribuidas. Momentos concentrados: Un momento es una accin que tiende hacer girar un objeto. Los momentos pueden producirse por un par de de fuerzas paralelas que actan en direcciones opuestas, esta accin se llama par.

Los tipos de apoyo ms comunes son:

Apoyo simple de rodillo: Es uno que puede resistir solo fuerzas que actan perpendiculares a una viga. Apoyo de pasador: Es aquel que puede resistir fuerzas en dos direcciones pero que permite rotacin con respecto al eje de su pasador. Apoyo fijo o empotrado: Es aquel que se mantiene sujeto con firmeza de tal manera que resiste fuerzas en cualquier direccin y tambin impide la rotacin de la viga.

Los tipos de viga incluyen:

Vigas simples apoyadas: Son las que soportan solo cargas que actan perpendicularmente a su eje y que tienen sus extremos sobre apoyos simples que actan perpendiculares en su eje. Vigas salientes: Aquellas en que la viga con carga sobresale de los apoyos. Vigas en voladizo: Solo tienen un extremo con apoyo. Vigas compuestas: Aquellas que estn integradas por dos o ms piezas que se extienden en diferentes direcciones.

ESFUERZO COMBINADO:

En general, esfuerzo combinado se refiere a los casos en que dos o ms tipos de esfuerzo actan, en un punto dado al mismo tiempo. Los esfuerzos componentes pueden ser normales (es decir, de tensin o comprensin) o esfuerzos cortantes. Cuando un miembro de carga se somete a dos o ms clases diferentes de esfuerzos, la primera tarea es calcular el esfuerzo provocado por cada componente. A continuacin se toma una decisin sobre qu punto del miembro soporta la combinacin de esfuerzos ms elevada y se completa el anlisis del esfuerzo combinado en dicho punto. En algunos casos especiales, se desea conocer la condicin de esfuerzo dado sin cuidado de si es o no es el punto de esfuerzo mximo. Ejemplos seran los puntos cerca de soldaduras en una estructura fabricada, a lo largo de la veta de un miembro de madera, o cerca del punto de conexin entre miembros.

TEORA DE FALLAS:

Por medio de estas teoras se anticipa la fluencia, con el fin de evitar que el material pase a la zona plstica y se produzcan deformaciones residuales permanentes. Las teoras de fallas son las siguientes:

Teora de esfuerzo normal mximo

Esta se aplica a los materiales frgiles, y anticipa la fluencia cuando los esfuerzos principales son iguales a la resistencia de tensin y compresin es decir:

Dnde: 1, 2, 3: Esfuerzos principales. ST: Resistencia a la tensin. Sc: Resistencia a la compresin.

El factor de diseo o de seguridad se obtiene por medio de:

Dnde: Sy: Resistencia a la fluencia. : Esfuerzo aplicado.

Teora de esfuerzo cortante mximo

Esta teora se aplica principalmente para materiales dctiles y anticipa la fluencia cuando el factor de seguridad considera la resistencia de fluencia al corte, es decir:

Dnde: Ssy: Resistencia de fluencia al corte. : Esfuerzo aplicado.

Dnde: Sy: Resistencia a la fluencia.

El esfuerzo aplicado se obtiene por medio de la ecuacin:

Dnde: : Esfuerzo Normal. : Esfuerzo Cortante.

Teora de Von Mises Hencky

Esta se aplica preferiblemente a materiales dctiles y anticipa la fluencia cuando el factor de seguridad, considera la resistencia de fluencia al corte; es decir:

El esfuerzo aplicado se obtiene por la expresin:

RODAMIENTOS

Es el conjunto de esferas que se encuentran unidas por un anillo interior y uno exterior, el rodamiento produce movimiento al objeto que se coloque sobre este y se mueve sobre el cual se apoya.

Los rodamientos se denominan tambin cojinetes no hidrodinmicos. Tericamente, estos cojinetes no necesitan lubricacin, ya que las bolas o rodillos ruedan sin deslizamiento dentro de una pista. Sin embargo, como la velocidad de giro del eje no es nunca exactamente constante, las pequeas aceleraciones producidas por las fluctuaciones de velocidad producen un deslizamiento relativo entre bola y pista. Este deslizamiento genera calor. Para disminuir esta friccin se lubrica el rodamiento creando una pelcula de lubricante entre las bolas y la pista de rodadura. Las bolas, en su trayectoria circular, estn sometidas alternativamente a cargas y descargas, lo que produce deformaciones alternantes, que a su vez provocan un calor de histresis que habr que eliminar. Dependiendo de estas cargas, el cojinete se lubricar simplemente por grasa o por bao de aceite, que tiene mayor capacidad de disipacin de calor.

Figura N 4: Rodamientos (Fuente: www.rodamientosalcazar.com) Tipos de rodamientos

Rodamientos rgidos de bolas: Robustos, verstiles y silenciosos. Pueden funcionar a altas velocidades y son fciles de montar. Los rodamientos de una hilera tambin estn disponibles en versiones obturadas; estn lubricados de por vida y no necesitan mantenimiento. Los rodamientos de una hilera con escote de llenado y los de dos hileras son adecuados para cargas pesadas.

Rodamientos de bolas a rtula: Insensibles a la desalineacin angular. Tambin disponibles en versiones obturadas y lubricadas de por vida, para un funcionamiento sin mantenimiento. Los rodamientos montados en manguitos de fijacin y alojados en soportes de pie SKF proporcionan unas disposiciones econmicas.

Rodamientos de seccin estrecha: Son compactos, rgidos y ahorran espacio. Pueden soportar cargas combinadas. Tambin disponibles en versiones obturadas para un mantenimiento sencillo.

Rodamientos de rodillos cilndricos: Pueden soportar pesadas cargas radiales a altas velocidades. Los rodamientos de una sola hilera tienen una geometra interna optimizada que aumenta su capacidad de carga radial y axial, reduce su sensibilidad a la desalineacin y facilita su lubricacin. Los Rodamientos completamente llenos de rodillos incorporan el mximo nmero de rodillos y no tienen jaula, estn diseados para cargas muy pesadas y velocidades moderadas.

Rodamiento de rodillo a rotula: Robustos rodamientos autoalineables que son insensibles a la desalineacin angular. Ofrecen una gran fiabilidad y larga duracin incluso en condiciones de funcionamiento difciles. Disponibles con obturaciones para un funcionamiento libre de mantenimiento.

Rodamientos de agujas: Su baja seccin transversal los hace adecuados para espacios radiales limitados. Pueden soportar cargas radiales pesadas. La amplia variedad de diseos, incluyendo rodamientos combinados para cargas radiales y axiales, permite unas disposiciones de rodamientos sencillas, compactas y econmicas.

Rodamientos de bolas con contacto angular: Diseado para cargas combinadas, proporcionan unas disposiciones de rodamientos rgidas. Los rodamientos de dos hileras, tambin disponibles con obturaciones, simplifican las disposiciones ya que pueden soportar y fijar un eje en ambas direcciones. Los rodamientos de bolas con cuatro puntos de contacto ahorran espacio cuando las cargas axiales actan en ambas direcciones.

Rodamientos axiales de rodillos cilndricos: Pueden soportar cargas axiales pesadas de simple efecto. Rgidos y tambin insensibles a las cargas de impacto. Se pueden obtener disposiciones muy compactas si los componentes adyacentes pueden servir como caminos de rodadura.

Rodamientos axiales de bolas: Diseados para cargas puramente axiales. Estn disponibles diseos de simple y doble efecto, as como con contraplacas esfricas para compensar los errores de alineacin. Estos rodamientos son desarmables, para facilitar el montaje.

Rodamientos de rodillos cnicos: Diseados para pesadas cargas combinadas. Las excelentes relaciones capacidad de carga/seccin transversal proporcionan unas disposiciones de rodamientos econmicas.

Rodamientos axiales de rodillos a rtulas: Robustos rodamientos autoalineables, insensibles a la desalineacin angular. Pueden soportar fuertes cargas axiales. Tambin pueden soportar cargas radiales de hasta un 55% de la carga axial actuando simultneamente. Ofrecen una alta fiabilidad y gran duracin, incluso en condiciones de funcionamiento difciles. El diseo desarmable facilita el montaje.

Rodamientos axiales de agujas: Pueden soportar cargas axiales pesadas en una direccin. Rgidos e insensibles a las cargas de impacto. La baja seccin transversal proporciona unas disposiciones de rodamientos muy compactas. Si se pueden mecanizar caminos de rodadura en las piezas adyacentes, la corona de agujas axial puede servir de rodamiento y requiere poco espacio.

NEUMATICA:

La Neumtica es una fuente de energa de fcil obtencin y tratamiento para el control de mquinas y otros elementos sometidos a movimiento. La generacin, almacenaje y utilizacin del aire comprimido resultan relativamente baratos y adems ofrece un ndice de peligrosidad bajo en relacin a otras energas como la electricidad y los combustibles gaseosos o lquidos. Ofrece una alternativa altamente segura en lugares de riesgo de explosin por deflagracin, donde otras energas suponen un riesgo importante por la produccin de calor, chispas, etc.

Por estas ventajas las instalaciones de aire comprimido son ampliamente usadas en todo tipo de industrias, incluso en todo tipo de transporte, areo, terrestre y martimo.

Ventajas de la Neumtica:

El aire es de fcil captacin y abunda en la tierra El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas. Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente alta y fcilmente regulables. El trabajo con aire no daa los componentes de un circuito por efecto de golpes de ariete. Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que daen los equipos en forma permanente. Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa. Energa limpia. Cambios instantneos de sentido.

Desventajas de la Neumtica

En circuitos muy extensos se producen prdidas de cargas considerables. Requiere de instalaciones especiales para recuperar el aire previamente empleado. Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes. fuerzas. Altos niveles de ruido generado por la descarga del aire hacia la atmsfera.

ELEMENTOS NEUMTICOS DE TRABAJO:

La energa del aire comprimido se transforma por medio de cilindros en un movimiento lineal de vaivn, y mediante motores neumticos, en movimiento de giro. A menudo, la generacin de un movimiento rectilneo con elementos mecnicos combinados con accionamientos elctricos supone un gasto considerable.

Cilindros de simple efecto:

Estos cilindros tienen una sola conexin de aire comprimido. No pueden realizar trabajos ms que en un sentido. Se necesita aire slo para un movimiento de traslacin. El vstago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa.

Figura N 5: Cilindro de simple efecto (Fuente: www.festo-didactic.com)

Cilindros de doble efecto

La fuerza ejercida por el aire comprimido anima al mbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar un movimiento de traslacin en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza til tanto en la ida como en el retorno Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el mbolo tiene que realizar una misin tambin al retornar a su posicin inicial.

Figura N 6: Cilindro doble efecto (Fuente: www.festo-didactic.com)

Cilindros sin vstago (Actuador Lineal)

Est compuesto de una camisa, un mbolo y un carro externo montado sobre el cilindro. El mbolo puede moverse libremente de acuerdo a las seales neumticas recibidas.

Figura N 7: Cilindro sin vstago. (Fuente: www.festo-didactic.com)

ELEMENTOS NEUMTICOS CON MOVIMIENTO GIRATORIO:

Estos elementos transforman la energa neumtica en un movimiento de giro mecnico. Son motores de aire comprimido.

Cilindro de giro

En esta ejecucin de cilindro de doble efecto, el vstago es una cremallera que acciona un pin y transforma el movimiento lineal en un movimiento giratorio hacia la izquierda o hacia la derecha, segn el sentido del mbolo. Los ngulos de giro corrientes pueden ser de 45, 90, 180, 290 hasta 720. Es posible determinar el margen de giro dentro del margen total por medio de un tornillo de ajuste.

Figura N 8: Cilindro de Giro. (Fuente: www.festo-didactic.com)

Motor de aire comprimido

Su ngulo de giro no est limitado y hoy es uno de los elementos de trabajo ms empleados que trabajan con aire comprimido. Segn su concepcin, se distinguen:

- Motores de mbolo- Motores de aletas- Motores de engranajes- Turbomotores

VLVULAS:

Los mandos neumticos estn constituidos por elementos de sealizacin, elementos de mando y una parte de trabajo, Los elementos de sealizacin y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan vlvulas.

Los sistemas neumticos e hidrulicos lo constituyen: Elementos de informacin rganos de mando Elementos de trabajo

Para el tratamiento de la informacin y rganos de mando es preciso emplear aparatos que controlen y dirijan el flujo de forma preestablecida, lo que obliga a disponer de una serie de elementos que efecten las funciones deseadas relativas al control y direccin del flujo del aire comprimido o aceite.

En los principios del automatismo, los elementos reseados se mandan manual o mecnicamente. Cuando por necesidades de trabajo se precisaba efectuar el mando a distancia, se utilizaban elementos de comando por mbolo neumtico (servo).Actualmente, adems de los mandos manuales para la actuacin de estos elementos, se emplean para el comando procedimientos servo-neumticos y electro-neumticos que efectan en casi su totalidad el tratamiento de la informacin y de la amplificacin de seales.

La gran evolucin de la Neumtica y la hidrulica han hecho, a su vez, evolucionar los procesos para el tratamiento y amplificacin de seales, y por tanto, hoy en da se dispone de una gama muy extensa de vlvulas y distribuidores que nos permiten elegir el sistema que mejor se adapte a las necesidades.

Hay veces que el comando se realiza neumticamente o hidrulicamente y otras nos obliga a recurrir a la electricidad por razones diversas, sobre todo cuando las distancias son importantes y no existen circunstancias adversas.Las vlvulas en trminos generales, tienen las siguientes misiones: Distribuir el fluido Regular caudal Regular presin

Las vlvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la direccin, as como la presin o el caudal del fluido enviado por una bomba hidrulica o almacenado en un depsito. En lenguaje internacional, el trmino "vlvula" o "distribuidor" es el trmino general de todos los tipos tales como vlvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc.Esta es la definicin de la norma DIN/ISO 1219 conforme a una recomendacin del CETOP (Comit Europen des Transmissions Oiohydrauliques et Pneumatiques).Segn su funcin las vlvulas se subdividen en 5 grupos:1. Vlvulas de vas distribuidoras2. Vlvulas de caudal3. Vlvulas de bloqueo4. Vlvulas de cierre5. Vlvulas de presin

ACCIONAMIENTO DE VLVULAS:Segn el tiempo de accionamiento se distingue entre:

Accionamiento permanente, seal continua La vlvula es accionada manualmente o por medios mecnicos, neumticos o elctricos durante todo el tiempo hasta que tiene lugar el reposicionamiento. Este es manual o mecnico por medio de un muelle.

Accionamiento momentneo, impulso La vlvula es invertida por una seal breve (impulso) y permanece indefinidamente en esa posicin, hasta que otra seal la coloca en su posicin anterior.

TIPOS DE ACCIONAMIENTO:

Para llevar las vlvulas de una posicin a la otra es necesario contar con un accionamiento. Los smbolos utilizados para representar los tipos de accionamientos estn contenidos en la norma DIN ISO 1219. Estos accionamientos pueden ser de los siguientes tipos: Manual Mecnico Neumtico Elctrico

Tabla N 1: Tipos de accionamiento.(Fuente: www.festo-didactic.com)

CARACTERSTICAS CONSTRUCTIVAS DE LAS VLVULAS:

Las caractersticas de construccin de las vlvulas determinan su duracin, fuerza y tipo de accionamiento; como tambin el tiempo de conmutacin, el sistema de conexin y el tamao. De acuerdo al tipo constructivo las vlvulas pueden ser: Vlvulas de Asiento Vlvulas de corredera

VLVULAS DE BLOQUEO:

Tambin se les llama vlvulas de cierre. Bloquean el flujo de aire en un sentido y lo liberan en sentido contrario. La salida acta sobre la pieza obturadora y apoya el efecto de cierre hermtico de la vlvula. Se consideran como vlvulas de cierre las siguientes: Vlvula de antirretorno Vlvula selectora OR Vlvula de simultaneidad AND Vlvula de escape rpido

VLVULAS DE PRESIN:

Este tipo de vlvulas ejerce influencia sobre la presin del aire comprimido, o bien reacciona frente a valores de presin determinados.

FINAL DE CARRERA (MICRO-INTERRUPTOR):

El detector de posiciones finales tiene un micro interruptor de accionamiento mecnico. Aplicando presin sobre la palanca con rodillo (por ejemplo con la leva de conmutacin de un cilindro), se activa el micro interruptor. Los contactos abren o cierran un circuito elctrico. Al retirarse la presin aplicada sobre la palanca con rodillo, el micro interruptor vuelve a su posicin inicial.

El micro interruptor puede tener contacto normalmente abierto, normalmente cerrado o conmutador. Si el mbolo del cilindro se mueve a gran velocidad, el detector de posiciones finales nicamente deber accionarse desde el lado previsto. Este tipo de detectores no deber accionarse frontalmente.

Figura N 9: Micro-interruptor. (Fuente: www.festo-didactic.com)

CAPTULO IIIMARCO METODOLGICO

NATURALEZA DE LA INVESTIGACIN

La metodologa de toda investigacin representa el camino a travs del cual se va a estructurar la investigacin, de una manera organizada donde se delimita cada uno de los pasos para alcanzar un fin, en donde tambin se har nfasis en el modo de control de los datos para lograr un diseo eficiente y optimo dando posibles soluciones a problemas de diferente ndole.

El presente estudio titulado, Diseo de una empaquetadora y cortadora automtica para una lnea de produccin de botellas de plstico, rene todas las caractersticas del tipo de investigacin llamada proyecto factible, el cual se definen como la investigacin, elaboracin, y desarrollo de una modelo operativo viable, cuyo propsito es la bsqueda de solucin de problemas y satisfaccin de necesidades en un campo de inters nacional as como tambin en alguna organizacin o grupo social. En la actualidad representa una de las modalidades de investigacin ms empleada por los investigadores.

De esta forma, Muoz (1998), afirma que el proyecto factible lo constituye el conjunto de necesidades que pueda tener una institucin o grupo social determinado en un momento dado; en consecuencia, la propuesta que lo define (poltica, tecnolgica, programa, mtodo o proceso) solo adquiere significado en el contexto de esas necesidades (pg. 207).

Al respecto, el manual de trabajo de grado, maestra y tesis doctoral de la UPEL (2005) seala que un proyecto factible consiste en la elaboracin de una propuesta de un modelo operativo factible viable, o una solucin posible a un problema de tipo prctico, para satisfacer necesidades de una instalacin o un grupo social. La propuesta debe tener apoyo, bien sea en una investigacin de campo, o en una investigacin de tipo documental; y puede referirse a la formulacin de las polticas, programas, tecnologas, mtodos o procesos.

Por otra parte esta investigacin estar apoyada en una investigacin de campo, ya que se realizaran entrevistas no estructuradas y observacin directa para evaluar las condiciones actuales de los procesos en la lnea de empaquetado.

En este mismo orden de ideas, y contemplando lo que establece el manual de trabajo de grado, maestra y tesis doctoral de la UPEL (2005) que, la investigacin de campo consiste anlisis sistemtico de problemas en la realidad, con el propsito bien sea de describirlos, interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes, explicar sus causas y efectos o predecir su ocurrencia, haciendo uso de mtodos caractersticos de cualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacin conocidos o en desarrollo. Los datos de inters son recogidos de forma directa de la realidad; en este sentido se trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios (pg. 18).Para la elaboracin de la presente investigacin se recolectaron los datos pertinentes con la finalidad de explicar y describir los fenmenos que se estudiaron, lo que permiti acercarse ms a la situacin de estudio lo que ayuda a establecer prioridades para futuras investigaciones y a evaluar diferentes aspectos, dimensiones o componentes del fenmeno investigado.

FASES DE LA INVESTIGACIN

La morfologa de la investigacin brinda la descripcin detallada del proceso de elaboracin del proyecto. Las fases en el diseo, se vern a continuacin

Fase I: Diagnstico. Fase II: Factibilidad. Fase III: Diseo.

Fase I: Diagnstico

En cuanto al anlisis descriptivo del problema, este se apoyar en un estudio de campo tipo descriptivo, el cual se har a travs del anlisis de informacin obtenida mediante el mtodo de la observacin directa estructurada con el fin de identificar las necesidades del cliente. El xito de esta actividad es el de entender completamente las especificaciones y requerimientos del cliente, lo cual significa interactuar con el equipo de diseo.

De esta forma, se utilizar como tcnica fundamental para la recoleccin de informacin mediante la observacin directa y la entrevista no estructurada.

Observacin directa

De acuerdo con Bisquerra (2006), quien seala que la observacin directa es una tcnica de recogida de datos que permite hacer una descripcin sistemtica del objetivo de estudio a investigar, es decir, sabemos qu vamos a observar y cmo lo vamos a llevar a cabo. Este tipo de observacin se basa en los objetivos y diseo de investigacin.

En el mismo orden de ideas, la finalidad de la observacin directa estructurada permitir visualizar el mtodo actual de empaquetado en la empresa el cual se hace de forma manual, pero todo mecanismo es fundamentado en el movimiento del cuerpo humano.

En la presente investigacin la observacin ser de tipo participante, en este caso habr un contacto directo en el contexto del objeto de estudio, formando parte del proceso de empaquetado para as realizar un diseo optimo de la maquina empaquetadora.

La finalidad de la observacin directa, ser visualizar los datos resultantes de un anlisis objetivo con el fin de proporcionar una visin lo ms completa posible de la realidad. sta etapa permite tener un conocimiento previo del equipo, el proceso de elaboracin y calidad de los materiales que se usan en la actualidad, con la finalidad de ir construyendo lo que se desea lograr con este proyecto.

La ingeniera del diseo presenta requerimientos especiales sobre las necesidades de adquirir un amplio espectro de informacin, lo cual significa que se debe adquirir el mayor nmero de informacin para que el producto pueda quedar dentro de las especificaciones deseadas, que se obtenga la mayor calidad posible y al mismo tiempo el bajo costo del producto para que al final el cliente est satisfecho por el trabajo ya que como podr ver, el punto principal en estas actividades es el que el cliente vuelva.

Entrevista no Estructurada

En segundo lugar, la tcnica utilizada fue la entrevista no estructurada cuyo objeto es de interactuar de forma directa con el recurso humano de las instituciones, para obtener opiniones importantes. La utilizacin de esta tcnica se materializo a travs de una conversacin abierta, elaborada a fin de recoger la informacin para la presentacin de la investigacin.

Segn Hernndez (Ob cit), consiste en la interaccin verbal entre dos o ms personas. Es una conversacin a travs de la cual, el entrevistador obtiene informacin de los entrevistados, acerca de una situacin o tema determinados con base a ciertos esquemas o pautas (pg.29)

Este tipo de tcnica tienen una serie de ventajas que es conveniente mencionar, tales como posibilidad de realizar una entrevista enfocada al nivel de conocimiento de la persona puesto que muchas en una estructura de preguntas no es posible obtener informacin desde el nivel mas bajo o de menor conocimiento al mas alto puesto que las mismas no tienen la posibilidad de interactuar directamente con el entrevistado.

Por otra parte la obtencin de informacin de mayor profundidad, puesto que permite la reformulacin de preguntas o la situacin negada en la encuesta, cuya informacin es relativamente importante, esta tambin permite establecer una mayor relacin de cooperacin entre el investigador y el informante, dada la interaccin social directa trabada entre ambos sujetos; permitir al investigador comprender las condiciones psicolgicas y ambientales en las que el informante acta como tal, sobre lo que la encuesta no puede pronunciarse.

Fase II: Factibilidad del estudio

El estudio de la factibilidad propuesta es Diseo De Una Empaquetadora Y Cortadora Automtica Para Una Lnea De Produccin De Botellas De Plstico, el cual se desarrollar a travs de un breve anlisis de los aspectos tcnicos y financieros, donde los elementos ms importantes, permitirn la viabilidad de las propuestas.

Los conocimientos y las tcnicas a emplearse en este estudio se pueden obtener de los documentos obtenidos en la etapa de formacin de la especialidad de ingeniera mecnica, as como tambin de la asesora brindada por parte de los docentes y los tcnicos de la universidad, por parte de PLAYDESA, S.A. se brindara apoyo en el suministro de los conocimientos necesarios para el desarrollo de la investigacin prestando un apoyo aportando datos importantes que sern fundamentales para determinar la factibilidad de la propuesta.

Es de gran importancia saber qu y cules son los recursos materiales que se requerirn para la construccin del sistema mecnico y se encuentran disponibles en el mercado.

En relacin a los recursos econmicos y tcnicos necesarios para desarrollar o ejecutar las actividades o procesos, los recursos que se deben considerar son: el costo de la mano de obra, disponibilidad del tiempo y el costo de adquisicin de nuevo recursos. Se llevar un proceso de anlisis sobre la cantidad, complejidad y costo de los materiales a utilizar, adems de los costos de las tecnologas necesarias para la construccin.

Fase III: Diseo

En esta fase, una vez analizados los resultados del estudio de diagnstico, el estudio de factibilidad y el estudio de los dispositivos similares existentes en el mercado, se tomarn en cuenta las actividades que se van a realizar para el diseo del sistema mecnico adaptable a las sillas de rueda, las cuales comprenden el procedimiento metodolgico, actividades y recursos necesarios para la ejecucin del diseo y por ltimo la evaluacin del mismo.

CAPTULO IVANLISIS DE LOS RESULTADOS

En este captulo se muestran, se describen y se discuten los resultados correspondientes a las fases de la investigacin para un proyecto factible, propuesta en el captulo anterior.

FASE I: DIAGNSTICO

Esta fase fue llevada a cabo visitas a PLAYDESA, S.A una empresa dedicada a la fabricacin envases plsticos para el sector alimenticio, especficamente el ramo de los jugos pasteurizados, leche y agua mineral, entregando a sus clientes un producto de calidad bajo parmetros y especificaciones establecidas. Los envases son entregados con o sin etiquetas segn sea el caso, embalados en bultos estandarizados.

Para esta fase mediante la observacin directa se recogieron tales como las medidas mxima que puede ocupar nuestro equipo ya que esto representa una caracterstica fundamental del mismo y es una limitante para el diseo, se levanto la informacin necesaria para entrelazar la lnea de produccin con la maquina empaquetadora de botellas plsticas, adems de hacer una inspeccin del proceso manual de empaquetado y sellado de las bolsas. A continuacin se presentan los datos obtenidos mediante la observacin directa:

Dimensiones de la maquina: La maquina ser utilizada para la lnea de produccin de botellas plsticas mediante equipos GEERE que son capaces de producir botellas desde 200 cc hasta 1 litro con un flujo de 10 botellas por minuto en esta zona cuenta con un rea libre para la ocupacin del equipo de 20 mts2, es decir, 5 metros de largo y 4 metros de ancho.

Figura N 10: Croquis de ubicacin de maquinas GERRE. (Fuente: PLAYDESA, S.A)

Cabe destacar que actualmente PLAYDESA, S.A realiza el proceso de forma manual y cuenta con dos empleados por cada una de las siete lneas de produccin de las maquinas GEERE, estos empleados son los encargados de realizar el proceso de empaquetado, este consiste en colocar las botellas en una bolsa de polietileno y hacer el corte y sellado de la bolsa, este proceso representa un riesgo para los operarios pues es necesario el manejo de una cuchilla y de una termo resistencia, estos elementos son de difcil manejo y podran ocasionar un dao fsico para los operarios adems, de ser un trabajo repetitivo.

Por ultimo se realizo una entrevista no estructurada se pude determinar las caractersticas de la maquina y entender la secuencia del proceso a continuacin se describe los pasos que debe seguir empaquetadora y cortadora automtica en la lnea de produccin de botellas de plstico.

Agrupar 20 botellas plsticas (600ml) en ordenadas de forma matricial 20 filas 10 columnas Ubicar las botellas plsticas dentro de una manga o bolsa de polietileno de baja densidad PEBD.

Realizar el sellado y corte de la manga de polietileno, para su posterior palatizacin. Con estos datos del proceso en la lnea de produccin se defini los componentes que debe poseer la maquina, adems de la secuencia lgica que debe tener el proceso de automatizado, tomando en cuenta que la presencia del operario debe ser fundamental para el control de calidad del proceso tal como lo exigi PLAYDESA, SA.

Sistema de posicionamiento de las botellas: Cilindro Neumtico sin vstago con medicin de recorrido. Sensor inductivo, para determinar la presencia de botellas plsticas. PLC Control lgico programable. Finales de carrera. Vlvula neumticas 5 vas dos posiciones.Corte y Sellado de la manga de PEBD. Cilindros neumticos de doble efecto. Vlvulas neumticas 5 vas dos posiciones. Finales de carrera. Termo resistencia de 60cm de largo. Cuchillas de acero especial tales como AISI D2, AISI D3, entre otros. Estructura metlica en tubos ANSI AISC 2x2x1/8. ANSI AISC 2.5x1.5x1/8. Laminas de acero A36 para las mesas.Soporte para Bobina de polietileno de baja densidad. Rodamientos y chumaceras. Tubos macizos Acero AISI 1045 50 mm.

FASE II: ESTUDIO DE LA FACTIBILIDAD Factibilidad Tcnica: En esta fase se determin la disponibilidad de las tcnicas para lograr cumplir con los objetivos propuestos en la investigacin, a travs de los resultados obtenidos mediante el diagnstico, la consulta de recursos bibliogrficos y documentales, adems se solicit la asesora de especialistas en la rama de ingeniera mecnica, tcnicos y docentes de la universidad.

Por otro lado los materiales para la construccin del molino se encuentran en el mercado local, regional y nacional, los lugares donde se consult en relacin a la disponibilidad de los mismos fueron ELECTRO-INDUSTRIAL BIONDI C.A, HIERRO LA 42 C.A, FERUM ACEROS C.A, SUMINDU S.A, RODAMIENTOS MARTIN C.A Y TORNILLOS ADRIANSA MAYOR C.A

Factibilidad Operativa: Se realiz un estudio al personal que realiza el proceso manual en PAYDESA S.A y se pudo determinar que el proceso con este nuevo equipo ser mas rpido y cmodo, puesto que la operatividad del mismo es bastante simple y no necesita ningn conocimiento complejo para su manejoFactibilidad Econmica: Se hizo un estudio desde el punto de vista financiero del diseo de una empaquetadora y cortadora automtica de botellas plsticas, tomando en cuenta los costos en mano de obra, en materiales, equipos mediante cotizaciones de varias casas comerciales especializadas en cada uno de los elementos que conforman el diseo de la propuesta.

DESCRIPCINCANTIDADPRECIOUNITARIOPRECIOTOTAL

Lamina de acero A36, espesor 1/16 (1.20x2.40 m) 29501900

Platina de acero AISI D2, espesor 10 mm x 65 cm de largo x 40mm de alto1700700

Cilindro macizo de Acero AISI 1045 ( 90 mm x 1m de longitud)110201020

Cilindro macizo de Acero AISI 1045 ( 300 mm x 150 mm de longitud)115301530

Platina de acero AISI D2, espesor 15 mm (500x380 mm)126002600

Rodamiento de bola NSK 6306 2106212

Soporte de rodamiento (chumacera) NSK SN50728001600

Polea de aluminio para 5 bandas ( 16 pulg) 1320320

Polea de aluminio para 5 bandas ( 6 pulg)1180180

Banda en V. B83587435

Perno grado 8. Paso grueso M16x401315195

Perno grado 8. Paso grueso M16x4561696

Perno Grado 8 Paso grueso M14x5041040

Tornillo ISO 7046 M10x4568.551

Tuerca ISO 4035 M164416

Motor trifsico. 15 hp, 1750 RPM, 220 V, 440 Amp.162006200

Rueda maciza doble rolinera ( 8 pulg)4200800

22625 BsF

Tabla N 2. Presupuesto para Empaquetadora Automatica (materiales)

De acuerdo a entrevistas realizadas a expertos en el rea el costo de la mano de obra representa el 35 % del costo de los materiales aproximadamente. La mano de obra estimada para este diseo es de 8000 BsF. As el costo total de la maquina es 30625 BsF.

FASE III: DISEO DE LA PROPUESTA

Para este se realiz un estudio de todas las cargas y condiciones operativas de trabajo, que se lograrn a travs del anlisis de resistencia mecnica, de los materiales y de los elementos de mquinas que se usarn en el mismo. Esto permitir dimensionar cada una de las partes que conforman el molino.

Diseo Soporte para Bobina de polietileno de baja densidad.

Para este diseo se har el anlisis esttico de los rodillos que soportan la bobina PEBD, mediante el uso de las teoras de fallas, para este caso se utilizara la teora de Van Misses. Para esto ser tomado en cuenta las cargas que los afectan el sistema. Adems se har la seleccin de rodamientos y chumaceras mediante las tcnicas descritas en el manual de NSK. Por ultimo se realizara una simulacin mediante Autodesk inventor para evaluar la veracidad de los resultados.

Figura N 11: Soporte de Bobina de PEBD. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)

Caractersticas de la manga de polietileno:

Ancho de la manga: 80 cm. Dimetro exterior: 30 cm. Densidad: 0.92 gr/cm3 Masa: 76 Kg.

Peso de la manga:

Carga soportada por cada uno de los ejes. Por lo tanto cada eje tiene un peso 372.78Nw en el centroide de la figura. Para el anlisis de esttico de los ejes o rodillos se tomara como una carga distribuida a travs de los 70 centmetros de los mismos.

Longitud del eje o rodillo (Lr): 70cm=700mm. Entonces:

Ahora se realiza el calculo de fuerza en los apoyos para esto se tomara la carga puntual. XY

Aplicamos sumatoria de momento en R1:

+

Ahora aplicamos sumatoria de Fuerzas en Y

+

Diagrama V(x) de fuerza cortante:

Grafico N 1: Fuerza Cortante. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)

Se calculan las reas para realizar el diagrama M(x) de momento flector:A1 = A4 = A2 = A3 = Diagrama (Mf) Momento Flector Plano YZ

6.523639.1417

Grafico N 2: Momento Flector.(Fuente: Miguel A. Agreda O.)

Del diagrama (Mf) se tiene el momento flector mximo Mfmx y el momento flector crtico Mfcrit:

Mfmx = 39.1417Mfcrt = 6.5236

Concentracin de esfuerzoDebido al momento flector:

En este caso se trabaja con el momento flector crtico Mfcrt y con el dimetro menor del eje d = 0.020 m, puesto que es donde se produce el cambio de seccin y es ms probable que el elemento falle, dicho esto se procede al clculo:

Se Calcula el concentrador de esfuerzo Kf:

Con el valor de la resistencia ltima de un acero AISI1045 rolado en caliente y radio de la muesca r = 4 mm, se obtiene del Anexo A la sensibilidad al entalle.

r = 4 mm. Sut = 570 MPa.q = 0.82 (5)

Por otra parte El concentrador terico KT se obtiene por el Anexo B y teniendo los siguientes datos: r = 4 mm (Radio de la muesca) d = 22 mm (Dimetro menos del eje en estudio) D = 50 mm (Dimetro mayor del eje en estudio)

Siendo D y d el dimetro mayor y menor del eje respectivamente entonces:r/d = D/d = Con esto se tiene que:

KT = 1.4 (6)

Ahora sustituimos (5) y (6) en (4) y obtenemos el concentrador de esfuerzos Kf:

A continuacin Sustituimos (4), (3) y (2) en (1) y obtenemos el esfuerzo debido al momento flector:

Finalmente determinamos el factor de seguridad para determinar el esfuerzo normal debido al momento flector puede ocasionar una falla en el concentrador de esfuerzos por ser un punto critico del diseo.

Este valor es mucho mayor que 1 lo cual indica que el elemento no fallara por flexin.

Teora de Fallas

A continuacin se realizara el estudio del elemento mediante la teora de fallas de Von Mises Hencky, para determinar si el elemento falla por esfuerzos combinados ello se deben tener los siguientes datos: Sy = d = 0.050 m Mfmx = 39.1417 V =

Se calcula el esfuerzo normal :

49.836 MPa. (7)

Se calcula el esfuerzo cortante :

Solo falta determinar

J =

0.050 m (12)

Ahora sustituyendo (9), (10), (11) y (12) en (8) obtenemos:

Por teora Von Mises Hencky:

=

Ssy =

Ahora se calcula el factor de seguridad:

Figura N 18: Eje para soporte de Bobina de PEBD. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)

Clculo y seleccin de Rodamientos y chumaceras. Para la seleccin de rodamientos se utilizara el mtodo propuesto por FAG, como primer dato sabemos que la carga es netamente radial puesto que los mismos solo funcionan como soporte del eje o rodillo, por esta razn se selecciono un rodamiento de rgido de bolas, por otra parte otro factor inherente a la seleccin es el dimetro del eje, el cual es de 20 mm, para facilitar el montaje se seleccionara un rodamiento de bolas con chumacera.

A continuacin determinaremos las RPM a las cuales estn sometidos estos rodamientos asumiendo que no existe deslizamiento entre el rodillo y la manga de PEBD.Velocidad lineal a la que un operario puede posicionar la manga de PEBD 0.6 m/s, ahora de la cintica bsica se tienen:

Por otro lado otro factor importante es la vida til del rodamiento teniendo en cuenta duracin aproximadamente de dos aos para un periodo de trabajo de 52 semanas, 6 das a la semana y 8 horas diarias, es decir, 4992 horas de operacin.

Anlisis Esttico

Para el anlisis esttico se tomara en cuenta: Peso del eje. Peso de la manga de polietileno.

Para determinar el peso del eje se har en funcin de la densidad del material, sabiendo que para un AISI 1045 rolado en caliente tiene una densidad de 7.87 gramos por centmetro cubico.

Por otra parte la masa de un cuerpo esta dada por la siguiente formula.

m= masa del cuerpo. V= volumen.

El volumen de un cilindro esta dado por:

Sustituimos (14) en (13) y obtenemos:

Este dato fue comprobado mediante inventor a continuacin se presenta el resultado:

Figura N 12 Simulacin de propiedades fsicas del eje mediante Inventor 2012. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)

Esto implica que el peso total del eje ser de:

Como se haba mencionado anteriormente cada eje soporta un peso de 372.78Nw debido al peso de la manga de PEBD.

Por lo tanto el peso mximo que va a soportar cada par de rodamientos ser:

XY

Aplicamos sumatoria de momento en R1:

+

Ahora aplicamos sumatoria de Fuerzas en Y

+

R1 y R2 Representan las cargas estticas que soporta cada eje como este caso las RPM que se manejan son muy bajas se har la solicitud en funcin de la carga esttica que soporta cada rodamiento.

Bajo una solicitacin a carga esttica, se calcula el factor de esfuerzos estticos fs, para demostrar que se ha elegido un rodamiento con suficiente capacidad de carga.

Siendo:

Fs: Factor de esfuerzos estticos. C0: Capacidad de carga esttica [KNw]. P0: Carga esttica equivalente [KNw].

El factor de esfuerzos estticos fs se toma como valor de seguridad contra deformaciones demasiado elevadas en los puntos de contacto de los cuerpos rodantes. Para rodamientos que deban girar con gran suavidad y facilidad, habr que elegir un factor de esfuerzos estticos fs mayor. Si las exigencias de suavidad de giro son ms reducidas, bastan valores ms pequeos. En general se pretende conseguir los siguientes valores:

Fs = 1,5 ... 2,5 para exigencias elevadas Fs = 1,0 ... 1,5 para exigencias normales Fs = 0,7 ... 1,0 para exigencias reducidas La carga esttica equivalente P0 [kN] es un valor terico. Es una carga radial en rodamientos radiales y una carga axial y centrada en los rodamientos axiales. P0 origina la misma solicitacin en el punto de contacto ms cargado entre cuerpos rodantes y camino de rodadura que la carga combinada real.

Siendo

Fr Carga radial [kN] Fa Carga axial [kN] X0 Factor radial Y0 Factor axial

Para rodamientos Rgidos de bola: X0= 0.6 Y0= 0.5

Ahora tomando en cuenta las dimensiones del eje y buscando obtener un factor esfuerzo esttico elevado, para as disminuir el esfuerzo del operario se toma un C0 de 7.8 KNw pereciente a un rodamiento de bolas rgido 6204.

Por ultimo sustituyendo (16) en (15) y tomando un C0 de 6.55 KNw se obtiene:

Lo cual es un valor bastante elevado lo que indica que el rodamiento tendr la capacidad de soportar la carga sin tener deformaciones, lo cual implica que no habr un contacto excesivo entre los elementos rodantes y la pista dando as un fcil manejo para los operarios.

Para determinar la vida del rodamiento y comprobar la capacidad de carga se hizo una simulacin mediante Autodesk Inventor 2012.

Figura N 13 Caractersticas Fsicas Rodamiento 6304. (Fuente: Autodesk Invento 2012.)

Figura N 14 Simulacin de vida de rodamientos (Mtodo ISO 281-1990). (Fuente: Miguel A. Agreda O.)

Por ultimo solo falta seleccionar el soporte o chumacera para esto solo se tomara en cuenta las dimensiones del rodamiento, puesto que las mismas estn diseadas para soportar mayor carga que los rodamientos.

Tabla N 3 Soporte para Rodamientos de Bola Rgido. (Fuente: Catalogo FAG)Seleccin de Rodamiento y Soporte: Rodamiento: Rodamiento de bolas rgidos 6204. Soporte: Chumacera tipo P3.

Caculo del espesor de la lmina para la mesa.

Un calculo de vital importancia es la mesa en la cual van a estar las botellas puesto que misma no debe flectar para as poder permitir un fcil deslizamiento de las botellas plsticas sobre la misma. Para la realizar de este clculo nos apoyamos en la gua de Adriano Zacaron.

La finalidad de este calculo ser determinar el espesor t de la lamina para esto solo se tomara en cuenta la carga aplicada por las botellas plsticas sobre la lamina. Los pesos que van a actuar sobre la mesa son: Masa de botellas plsticas 600cc por unidad.

Figura N 15 Botellas de 600 cc. (Fuente: Miguel A. Agreda O.) Ahora con la finalidad de agrupar 200 botellas este ser el mximo ubicado en la mesa por lo tanto se tiene que la masa total ser:

Por otra parte si hacemos el estudio como una viga simplemente apoyada debemos dividir la lmina en secciones sobre la cual estarn filas de 10 botellas tal como se indica en la figura 21 y la carga neta aplicada en esta franja esta dada por.

Ahora esto puede ser visto como una carga distribuida a travs de los 80 cm de la lmina.

XY

R2R1

Aplicamos sumatoria de momento en R1:+

Ahora aplicamos sumatoria de Fuerzas en Y

+

Una vez calculadas las reacciones se procede a realizar los diagramas de fuerza cortante y momento flector.Diagrama V(x) de fuerza cortante:

Grafico N 3: Fuerza Cortante. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)A1= A2= (2.45*0.4)/2=0.49 Nw.m Ahora se procede con la construccin del diagrama de momento flector.

Grafico N 4: Momento Flector. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)

El momento flector mximo ocurre en 400 mm , es decir, en el centro de la lamina.

Por otra parte el para el acero ASTM A-36 dato ofrecido por SUMINDU S.A

Siendo este valor lo consideraremos lmite para poder realizar el clculo del espesor, este esfuerzo no es mas que el admisible que planteamos debera soportar la lamina en el punto mas critico esto para evitar deformaciones plsticas

Por otra parte el esfuerzo mximo esta dado por:

Siendo: momeno flector Inercia Distancia del eje neutro al punto en estudio. Modulo de resistencia.

Ahora sustituyendo (18) en (17) tenemos:

De la cual despejamos t que es el espesor de la mesa

SUMINDU S.A posee lminas de acero a partir de 1/16 es decir 1.5875 mm la cual ser seleccionada para la construccin solo falta comprobar cual es el esfuerzo actual en el punto.

Por lo tanto la seleccin cumple con el requisito planteado de que el esfuerzo mximo no supere el esfuerzo admisible planteado en funcin del esfuerzo de fluencia. A continuacin se presenta una simulacin mediante Autodesk Inventor 2012 donde se muestra el factor de segurida utilizando la teora de Von Misses y los esfuerzos de y la deformacin mxima que puede obtener la lamina.

Figura N 16 Factor de seguridad Simulacin mediante Autodesk Inventor. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)

Figura N 17 Simulacin de deformacin del material mediante Autodesk Inventor. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)

Seleccin la cuchilla.

De acuerdo al diagnstico realizado a los mecanismos de corte que poseen en PLAYDESA S.A para para las bolsas plsticas, y la entrevista no estructurada realizada en la empresa consultas realizadas a expertos en el rea, el material de las cuchillas que se tomar para este diseo es un acero especial AISI D2 templado en agua a 980 C.

Para la forma de la cuchilla se utilizo la bibliografa de bibliografa Pezzano Pascual.

A continuacin se presentan los planos

Figura N 18 Cuchillas para corte de plstico. (Fuente: RECIMEX. S.A.)

Seleccin de la termo-resistencia. De acuerdo a la entrevista no estructurara realizada en PLAIDESA S.A, la temperatura de sellado de las bolsas se alcanza en 160 0C, para esto utilizan una termo resistencia de seccin trapezoidal.

Por otra parte una de las peticiones del diseo la empresa solicito la inclusin de un nuevo sistema de termo sellado, mediante el uso o la seleccin de una termo resistencia por impulso para esto se consulto la empresa WALDO PACKING MACHINARY, la cual ofrece el servicio de termo sellado por impulso a continuacin se presentan las caractersticas del sistema.

Perfil Resistivo: Trapecio parasello planchado en franja con una longitud activa de 65 cm y una temperatura mxima de 210 0C.

Silicn de contra golpe: Para complementar la accin mecnica de un perfilpara sellado de impulso, se requiere de un materialelstico que absorba sus relieves y ofrezca una fuerzade reaccin adecuada. Un hule silicn de 15mm x 2mm x 650mm de dureza 30 y se incorpora adhesivo permanente para colocacin.

Respaldo de Resistencia: El respaldo impide que el calor del fleje se dirijahacia la barra en elmomento del impulso. Despus del pulso, el respaldo debe permitirque el calorremanente transite hacia la barra. Estomientras transcurre el tiempo deenfriamiento. Adicional auna conductividad trmica parcial, el respaldo debe ser duro y conservar su dureza alas temperaturas de sellado. Waldo ofrece dos materialesindicados para respaldo de resistencia,elSiglaha o Fibra Vidrio Silicny el Durit.

La Fibra de Vidrio es ms duro y presenta mejor conductividad trmica. Se recomienda para la mayora de las aplicaciones de sello de impulso, en especial en las de sello & corte simultneo.

A continuacin se presenta la constitucin y forma de la termo resistencia por impulso para el sellado.

Figura N 19: Termo-Resistencia. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)

Caractersticas tcnicas de la termo- resistencia por impulso: Temperatura mxima de operacin: 210 0C. Tiempo de sellado: 800 milisegundos o 0.8 segundos. Longitud activa: 65 cm. Control: Mediante un Resistron marca ROPEX.

Diseo y seleccin del sistema neumtico.

Para el diseo del sistema neumtico, es decir la automatizacin del proceso es necesario entender a profundidad el los pasos a realizar para el empaquetado de botellas plsticas a continuacin se presenta un esquema del procesos que debe realizar la maquina.

Al censar las 10 botellas el PLC da la seal de avance al cilindro lineal a la posicin 1, al llegar al micro-switch este regresa a la posicin 0 La banda transportadora posiciona de forma lineal 10 botellas plsticas las cuales sern contadas por el sensor inductivo.

El proceso se repite 20 veces antes de que el contador interno del PLC de la seal al cilindro lineal de ir a la posicin 2. Al tocar el final de carrera de la posicin dos regresa a la posicin inicial y se inicia el proceso de sellado y corte.

El cilindro doble efecto 1 baja hasta tocar el final de carrera haciendo el sellado de la parte posterior de la bolsa El cilindro doble efecto 2 baja hasta tocar el final de carrera haciendo el sellado de la parte trasera de la bolsa

Se inicia nuevamente el procesoLos cilindros doble efecto 3 y 4 bajan la cuchilla para hacer el corte de la bolsa.

Figura N 20 Esquema general del funcionamiento de la maquina.(Fuente: Miguel A. Agreda O.)

Ahora tomando en cuenta el diagrama se procede a hacer un esquema del funcionamiento neumtico del sistema actualmente la empresa cuenta con un sistema general a nivel de toda la empresa con una presin de 6 Bar. Figura N 21 Planos de Instalacin Neumtica.(Fuente: Miguel A. Agreda O.)Con esto obtenemos los siguientes elementos: Cilindro neumticos doble efecto. Cilindro 1. Cilindro 2. Cilindro 3. Cilindro sin Vstago. Vlvulas anti retorno y de control de caudal. Vlvula de 5 vas 2 posiciones. Vlvula 5 vas 3 posiciones. Ahora procedemos a la seleccin de cada uno de estos elementos tomando en cuenta que se posee una presin de 6 bar en el sistema y las cargas a las cuales esta sometido cada 1.

Seleccin de los cilindros doble efecto 3 y 4.

Para este caso los cilindros deben ser capaces de vencer la carga de la cuchilla, es decir, el peso de la misma. El momento crtico es el retorno del embolo pues es aqu cuando el mismo ejerce menor fuerza ya que el rea del embolo se anular y esta dada por la siguiente formula: Ahora para determinar la fuerza de retroceso del cilindro neumtico. Las cargas a tomar en cuenta sern: Peso de la cuchilla. Peso del soporte de la cuchilla Pernos M10x45 37 gr. c/u.

Figura N 22 Simulacin de propiedades mediante Autodesk Inventor 2012. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)

El peso total que debe levantar la pareja de cilindros es de:

Ahora sabiendo que se cuenta con una presin de 600000 Pa entonces

Condicin de Funcionamiento. (19)Ahora del catlogo de Festo para cilindros normalizados DSNU, ISO 6432.

Tabla N 4: Fuerzas y energa de impacto Cilindros DSNU. (Fuente: www.festo-didactic.com) Seleccionamos un cilindro de dimetro del embolo 20mm y dimetro de vstago 10mm, con esto comprobamos la condicin de funcionamiento.

Como se cumple la condicin de funcionamiento el par de cilindros es capaz de levantar la carga.

Para el diseo se requiere una carrera de 50 mm es por esto que se selecciono: DSNU-20-50-P

Seleccin de los cilindros doble efecto 1 y 2.

Para este caso los cilindros deben ser capaces de vencer la carga de la termo resistencia y de el conjunto cuchilla y cilindro neumtico los cuales estarn acoplados al mismo.Las cargas a tomar en cuenta sern: Masa del conjunto termo resistencia 2.5 kg . Cuchilla y soporte 49.99 Nw Cilindros doble efecto 270 gr. c/u Soporte y carro mvil 1.5 kg.Ahora determinamos el peso total:

La fuerza total que debe levantar el cilindro es de:

Ahora sabiendo que se cuenta con una presin de 600000 Pa entonces

Condicin de Funcionamiento. (19)Ahora del catlogo de Festo para Cilindros normalizados DNCB segn ISO 15552.

Tabla N 5: Fuerzas y energa de impacto Cilindros DSNU. (Fuente: www.festo-didactic.com)

Seleccionamos un cilindro de dimetro del embolo 32mm y dimetro de vstago 12mm, con esto comprobamos la condicin de funcionamiento.

Como se cumple la condicin de funcionamiento el cilindro es capaz de levantar la carga.

Para el diseo se requiere una carrera de 200 mm es por esto que se selecciono: DNCB-32-200-PPV

Seleccin del cilindro sin Vstago.

Para la seleccin del cilindro sin vstago se tomaran tres factores en cuenta, la carga a desplazar la carrera y si cumple con el factor de carga soportada por el cilindro, a continuacin se determina la carga que debe desplazar el cilindro, tomando en cuenta los siguientes factores: La fuerza mxima que ejerce el cilindro, es cuando el mismo debe vencer el coeficiente de roce esttico del entre las botellas plsticas y el acero. El coeficiente de roce esttico es dato ofrecido TVPLASTICOS S.A. La cantidad de botellas mxima ejercer una fuerza de roce mxima, para este caso se tomaran 200 botellas plsticas con un peso total de 98.1 Nw como ya se determino anteriormente.`Ahora realizamos el diagrama de cuerpo libre:Fuerza Normal.Fuerza de Empuje del cilindro.BotellasPeso.Fuerza de Roce.

Ahora aplicamos sumatoria de Fuerzas en Y.

Ahora aplicamos sumatoria de fuerzas en el eje X.

Ahora la fuerza terica de un actuador lineal esta dada por:

Con esto vamos al catalogo de Festo de cilindros sin vstago. Tabla N 6: Fuerzas y energa de impacto Cilindros DGPL. (Fuente: www.festo-didactic.com)Con esto se seleccin un cilindro sin vstago con un embolo de dimetro 25mm y se requiere una carrera de 1.40 mts. DGPL-25-1400-PPV.Ahora solo falta determinar la ultima condicin de diseo impuesta por el fabricante.

Ahora solo falta determinar cada una de estas cargas y momentos para hacerlo utilizaremos Autodesk Inventor 2012.El primer paso ser determinar el centro de gravedad.X=-277.318 mm (Verde)Y=0 (Rojo)Z=-207.783 mm (Azul)

Figura N 23 Simulacin de propiedades mediante Autodesk Inventor 2012. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)Ahora se determinara la masa del cuerpo en estudio.

Figura N 24 Simulacin de propiedades mediante Autodesk Inventor 2012. (Fuente: Miguel A. Agreda O.)

Por lo tanto el peso ubicado en el centro de gravedad:

Ahora como lo indica el catalogo el estudio debe hacerse en el centro de la gua es por esto que trasladamos el peso a ese punto, produciendo un momento y una fuerza.

A continuacin se presenta las tablas de cargas mximas recistidas en fucion del dimetro del embolo.

Tabla N 7: Fuerzas y momentos mximos Cilindro DGPL. (Fuente: www.festo-didactic.com)Ahora sustituyendo en 20 obtenemos:

Con esto se comprueba que la seleccin fue la adecuada, ya que se cumple la condicin de funcionamiento propuesta por el fabricante.

Para completar la seleccin de los elementos no es necesario ningn calculo puesto que cada uno de los cilindro se pide con sus accesorios individuales en funcin del modelo para ver este resultado observara Anexos.

Calculo de los Soportes.

Para la ejecucin de este clculo se inicia con la suposicin de que los soportes trabajan bajo la accin de una carga puntual de compresin, de la misma manera como si se tratara de una columna. En el centro de gravedad de la estructura. De aqu como como se poseen cuatro patas entonces la carga individual por cada una de ellas es de:

Para este caso particular la longitud de la columna Calculo de la carga crtica:

Modulo de elasticidad. Inercia. Utilizando un tubo estructura AISC 2x2x3/16 y de acuerdo a la 13th edicin del visor de dimensiones de tubos estructurales AISC tenemos los siguientes datos.

Tabla N 8: Dimensiones Tubo AISC 2x2x3/16. (Fuente: AISC 13th edition member dimensions and properties viewer).

Para el acero HSS tenemos las siguientes propiedades: E= 200000 MpaSegn anlisis de Euler basada en la segunda derivada de la elasticidad se tiene que la carga critica de una columna esta dada por:

Pero (esfuerzo de pandeo) Acero HSS y el segn

Grado de esbeltez.Radio de giro.Como y esto implica que no se puede aplicar Euler, si no que hay que usar formulas empricas para columnas cortas.Ecuacin de Tetmayer:Para acero dulce y para valores menores de tenemos

Donde Fluecia del material

Por ultimo y