Trabajo.de.Clase Electiva

UNIVERSIDAD SAN BUENAVENTURA, BOGOTÁ

FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERÍA MECATRÓNICA

Prácticas de Laboratorio Uriel Muñoz

TRABAJO DE CONSULTA Y DISEÑO Señor estudiante Como aplicación de los conceptos vistos en el curso, es necesario que analice una instalación neumática como la observada en la figura, las máquinas y herramientas que se encuentran y que la conforman, así como el cálculo de válvulas y actuadores que se requieren para una aplicación específica de una dosificadora.

La red debe alimentar tres secciones de la empresa en donde se trabaja con máquinas y herramientas neumáticas, en la sección a se encuentra una máquina para embalaje de piezas cilíndricas, sección b un taller con herramientas neumáticas, y sección c una máquina para dosificación de jabón líquido. Para el diseño de esta instalación y el dimensionamiento de la red se requiere:

§ Cálculo de los requerimientos de presión y caudal para cada una de los elementos de máquinas, consulte los procedimientos establecidos en los libros “Neumática” de Serrano Nicolás. Ed. Paraninfo y “Sistemas neumáticos. Principio y mantenimiento”. S: R: Majumdar. Ed. Mc Graw Hill. En el caso del cálculo del conjunto de herramientas neumáticas se deben consultar catálogos comerciales de fabricantes.

§ Selección de los elementos neumáticos de trabajo y las válvulas con las

especificaciones técnicas según catalogo para la máquina de la sección




a, para esto puede consultar el catalogo disponible en la página de Festo www.festo.com.co.

§ Selección del compresor necesario según las exigencias de presión máxima y caudal total. www.kaeser.com/ www.boge.com

§ Costo de operación para cada una de las herramientas neumáticas de la sección b si la presión de trabajo desciende por debajo de los 6,3 bar y llega a 5.3 bar. Para esto vea la tabla en donde se especifican las presiones, torque, arranque de material, tiempo de operación para cada herramienta.

§ Costo de producción del aire comprimido si la empresa se encuentra en

Bogotá y es un usuario comercial con consumo industrial regulado nivel II (entre 1 y 30 kv) diurna y cuya tarifa es $ 290,13/kWh. (dato tomado de la canasta y precios de energéticos Colombia 2014)

§ Costo de producción del aire comprimido para toda la red. § Selección de la manguera para las herramientas neumáticas con una

longitud entre 3 a 5m, diámetro de 6 a 13 mm y con resistencia a chispas provenientes del desgaste de material.

Las fórmulas para calcular el coste de potencia y poder así determinar el costo de producción del aire comprimido es el siguiente. Consumo de aire de la herramienta en m3/h a 6.3 bar

x Tiempo de trabajo en horas al día a una presión en la herramienta de 6.3 bar

x Potencia requerida en kwh del compresor para producir 1 m3 a 7.5 bar

Las fórmulas para la potencia extra requerida por día cuando se trabaja a presiones demasiado bajas en las herramientas neumáticas es: Consumo de aire de la herramienta en m3/h a baja presión

x Tiempo de trabajo en horas a baja presión

x Potencia requerida en kwh del compresor para producir en la herramienta 1 m3 a 7.5 bar

-

Consumo de aire de la herramienta en m3/h a 6.3 bar

x Tiempo de trabajo en horas al día a una presión en la herramienta


=

Potencia extra en kwh/día La producción de 1m3 de aire a 7.5 bar, requiere 0.105kWh.




Embalaje de piezas cilíndricas.

El mecanismo representado permite embalar cilindros o cuerpos similares por grupos. En cada ciclo se transportan cuatro cilindros o latas, con lo que es posible utilizar actuadores que únicamente avanzan hasta sus posiciones finales. La caja de embalaje avanza paso a paso, para lo que puede recurrirse a un cilindro neumático dotado de un gancho que se sujeta a la cadena de transporte. Asimismo también es factible emplear un actuador giratorio con piñón libre, siempre y cuando el momento de giro sea suficiente. La operación de desembalar es, en principio, la misma. Tampoco cambia el esquema si en vez de ventosas se utilizan pinzas. Esquema embalaje de latas a) Vista de conjunto del sistema b) Sistema de transporte Componentes 1 Unidad lineal sin vástago, 2 Carro elevador, 3 Actuador giratorio, 4 Ventosa, 5 Guía lateral, 6 Cilindro de bloqueo, 7 Bandeja de avance por Vibración, 8 Caja con compartimientos, 9 Columna de apoyo, 10 Arrastrador, 11 Cinta de transporte segmentada, 12 Pie, 13 Gancho de avance Requerimientos Diseño del circuito neumático que simule el sistema de embalaje presentado y especificaciones de los elementos neumáticos necesarios para su implementación. Sugerencia: Se debe iniciar asumiendo el tamaño y peso de la lata que debe ser transportada.




Ejemplo envase de hojalata

Modelo Volumen Altura Diám. boca Peso

Resumen máquina embalaje

Consumo elementos Consumo total cilindros Consumo total válvulas Consumo total actuador giratorio Consumo total secuenciadores Consumo total ventosas Total consumo (m3/h)

b) Pequeño taller que cuenta con las siguientes herramientas: 3 atornilladores (USB1), 2 llaves de impacto (USB2), 2 taladros (USB3) y 1 amoladora (USB4), funcionando con una presión de 6,3bar.




A continuación se relacionan algunas características de productividad de estas herramientas Amolado Llave de impacto

Amoladora Llave de impacto Presión de trabajo 6,3bar 5,3 bar Presión de trabajo. 6.3 bar 5.3 bar Arranque de material 5.5kg/h 4.0kg/h Par 333Nm 310Nm




Taladro Atornillador neumático

Presión de trabajo 6,3bar 5.8 bar Presión de trabajo 6.3 bar 5.8 bar Tiempo para hacer un orificio

2.0 seg 3.2 seg Par máximo 248 Nm

240Nm

Tiempo 0.8 seg 0.9 seg Sugerencia: Revise en un catálogo comercial el dato de consumo para cada una de las herramientas, determine el tiempo que van a trabajar en un turno diario por decir 1hora, 2 horas, 3 horas o 4 horas, examine la pagina del ministerio de trabajo para el valor de una hora extra http://www.mintrabajo.gov.co/calculadora-laboral.html, luego realice los siguientes pasos: (1) Para el caso de la amoladora calcule el porcentaje de material que se deja de

producir por baja de presión, tenga en cuenta el tiempo de trabajo para la máquina y deduzca el tiempo adicional que se debe realizar para terminar la operación de amolado, a este valor multiplíquelo por el valor de la hora extra, luego tome el valor del caudal máximo y a este sáquele el 80% que es monto obtenido por baja de 1 bar de presión. Con estos datos proceda a aplicar la formula

Consumo de aire de la herramienta en m3/h a baja presión

x Tiempo de trabajo en horas a baja presión

x Potencia requerida en kwh del compresor para producir en la herramienta 1 m3 a 7.5 bar

-

Consumo de aire de la herramienta en m3/h a 6.3 bar

x Tiempo de trabajo en horas al día a una presión en la herramienta


=




(2) Para la llave de impacto no se requiere compensación de tiempo, porque

una reducción del par no implican horas extras. (3) Una baja de presión en un taladro neumático con lleva un mayor tiempo de

trabajo, lo que ocasiona mas tiempo extra. Asumida una referencia de taladro y conocido su consumo, se calcula el consumo por baja presión y los kWh/día necesarios.

(4) Para un atornillador neumático, la baja de presión ocasiona un mayor tiempo de montaje y unas horas extras de trabajo. Asumida una referencia de atornillador y conocido su consumo, se calcula el consumo por baja presión y los kWh/día necesarios.

Para calcular el valor de las horas extras puede emplear las siguientes fórmulas:

Potencia extra en kWh/día X costo /kWh = costo/día

Costo/día X días de trabajo al mes = costo/mes

Costo/mes X número de meses = costo/año

Realizadas las operaciones descritas para las herramientas neumáticas, complete las tablas con cada uno de los datos para las herramientas tal y como aparece en la siguiente tabla. Ejemplo para la máquina amoladora: ALTA Baja Llave de Impacto Valor Unidades Valor Unidades Presión de Trabajo 6,3 Bar 5,3 Bar Par 333 Nm 310 Nm Consumo

L/min

L/min

Equivalente

m3/h

m3/h Horas Trabajo 6 H $ h Coeficiente Simultaneidad

Valor Kilovatio *m3

Kwh

Precio del KW comercial

kwh

Días de Trabajo al año

Cálculos de Consumo Altas Bajas Cálculos en m3/h




kW por año

kW

kW

Altas Menos Bajas $ CALCULOS PARA EL TRABAJADOR Precio Hora Extra Diurna $

Calculo de Horas Calculo Precios Hora $1.

Total Gastos de Consumo y Prestaciones $ c) Máquina embotelladora. El sistema de embotellado mostrado, debe enviar grupos de tres unidades al sistema de embalaje. Inicialmente un cilindro detiene un grupo de tres botellas para su envasado, enseguida continúan por la banda para ser detenidas para la colocación de tapas. Después de esto las tres botellas pasan en frente al posicionador (8) en donde son detectados por un sensor que verifica que están completos, para dar la orden de avance al actuador para ser empujados a la siguiente banda transportadora. En algunas ocasiones es posible prescindir de un tope de bloqueo si el cilindro empujador asume también esta función (dibujo “b”). El sistema se puede simplificar empleando cilindros con vástago antigiro o con émbolo ovalado. Esquema máquina embotelladora a) Vista de conjunto del sistema b) Sistema de transporte Componentes 1 estación embotellado, 2 botella, 3 cilindro de bloqueo, 4 cinta de transporte, 5 zona de acumulación, 6 estación de colocación de tapas, 7 detector, 8 Cilindro neumático, 9 empujador, 10 barra anti giro. Requerimientos

a) Diseño del circuito neumático que simule el sistema de embalaje presentado y especificaciones de




Requerimientos Diseño del circuito neumático que simule la máquina embotelladora con las especificaciones de los elementos neumáticos necesarios para su implementación. Sugerencia: Se debe iniciar asumiendo el tamaño y peso de la lata que debe ser transportada. Ejemplo botella con tapa de rosca

Modelo Volumen Altura Diám. base Diám. boca Peso




CALCULOS

• Consumo de aire para las tres secciones. La selección del compresor requiere del conocimiento del consumo total de la red:

CONSUMO m3/min m3/h Embalaje de piezas cilindricas

Taller con herramientas neumáticas. Máquina Embotelladora

Consumo total de la red= ?

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