XX MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS

HORNO PARA FUNDICIÓN DE ACERO

ARTURO ALEJANDRO JIMENEZ GARZONANDRES MAURICIO ALTAHONA RODRIGUEZ

ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓNCREAMECOL LTDA. necesita un horno para el reprocesamiento del retal que se obtiene de su actividad productiva. Además quiere incursionar en

la producción de fundición gris y aceros de baja aleación.

CREAMECOL LTDAEmpresa del sector Metalmecánico, con experiencia por mas de 10 años especializada en la deformación de aceros (chapa, lamina y platina), a

través de procesos como el estampado en frío, y enfocada principalmente en el mercado automotriz, con mas de 40 líneas de producción, que se extienden desde productos para la construcción hasta aquellos de uso

cotidiano y decoración en el hogar, la oficina, etc.

El valor esperado del proyecto era de aproximadamente 50 millones de pesos.

PRESUPUESTO DESTINADO Y TIEMPO DE DESARROLLOEl tiempo de desarrollo fue de cuatro meses y medio.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Fundir aceros de baja aleación (1010 a Fundir aceros de baja aleación (1010 a 1030) y fundición gris, para el

aprovechamiento de la chatarra.

REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE•Se debe fundir aceros 1010 1020 1030 y fundiciones

grises en general•La capacidad en kilos por colada debe ser de 200 a •La capacidad en kilos por colada debe ser de 200 a

500.•El operario debe tener las garantías de seguridad

básicas de ejecución del proceso.•Las perdidas térmicas deben ser las mínimas

posibles. •Fuente de alimentación de 1800 amperios

aproximadamente•Energía eléctrica suministrada a partir de un

transformador de 250kw con entrada de alimentación de 220v

ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA

Empresas con hornos artesanales.Empresas con hornos artesanales.Hornos sobredimensionados y en malas

condiciones.Hornos de la mas alta tecnología en

empresas muy grandes.El horno es concebido para consumo propio

y para un mercado nacional.

FUNCIONESDIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL

Sistema eléctricoSistema salida de gasesSistema de alimentación de chatarraSistema de alimentación de aleantes y fundentesSistema de alimentación de aleantes y fundentesSistema de escoriadoSistema de salida de la coladaSistema de refrigeraciónControl del arco eléctrico• Subsistema de sujeción de los electrodos • Subsistema: unión guías-mordazas (porta-electrodos) • Subsistema: movimiento porta-electrodos• Subsistema: guiado brazos porta-electrodosElectrodosAislamiento térmico

GENERACIÓN DE CONCEPTOSVALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS

PLANTEADAS

Utilizar energía Fundir acero Aplicar energía a chatarra

Recubrir crisol Alimentar chatarra

Eléctrica Arco directo 2 Electrodos Ladrillo refractario

Tapa lateral

Gas Arco indirecto 3 Electrodos Concrax Tapa Superior

ACPM Inducción Arena y caolín

GENERACIÓN DE CONCEPTOSVALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS

PLANTEADAS

Escoriar Colar Mover Electrodos Girar Crisol

Parte Superior Parte superior Tornillo sin fin Con palanca

Tapa Lateral Parte inferior Poleas Sistema hidráulico

Al final después de colar por debajo del crisol

Picotera Sistema hidráulico o neumático

Tren engranajes paralelos

Piñon y Cremallera Tornillo sin fin corona

PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN

Esta fue presentada con las dos diapositivas anteriores.

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO

•SELECCIÓN DE MATERIALESCalculo de resistencia de materiales

Ficha tecnica de materiales para manejo de cargas.Ficha tecnica de materiales para manejo de cargas.Experiencia en la utilizacion de materiales.

Cuadros comparativos de alternativas de selección.SELECCIÓN DE COMPONENTES STANDARIZADOS

Ficha tecnica de componentes (catalogo).Experiencia en la utilizacion de componentes (confiabilidad)

Marcas reconocidas y con respaldo.

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO

MEJORA DE DETALLESSistema de refrigeracion, con la implementacion de un Sistema de refrigeracion, con la implementacion de un

sistema de apoyo al sistema presente.Cambiar de proveedor del servicio:

fundicion brazos conductores.APLICACIÓN DE HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA

Un apoyo muy importante para el diseño fue la utilizacion de herramientas como Solid Edge para el modelado previo del equipo, y el calculo de cargas y multiples variables en

pro del diseño final para fabricacion.

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO

EL SUBSISTEMA DE DISEÑO DE LA MÁQUINA QUE RESULTÓ MÁS INTERESANTE Y/O COMPLICADO)

El mecanismo de amarre de los brazos que sostinene los electrodos, ya que debia satisfacer las siguientes

caracteristicas:electrodos, ya que debia satisfacer las siguientes

caracteristicas:•Soportar un medio excesivamente abrasivo y oxidante•Resistir una fuerza alternante y fluctuante en cualquier

direccion.•Soportar un peso max aprox de 20 Kilos

•Ser practico y segura su operación•No tener ningun elemento suelto que implique posible riesgo

o perdida. •Una vida util prolongada

DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

Subsistemas

Sistema de salida de la coladaSistema de escoriadoAislamiento térmico

Sistema levantamiento y aseguramiento de tapa

Sistema de rotación de la tapa

Subsistemas

Sistema de refrigeración

Subsistema de sujeción de los electrodos Subsistema: unión guías-mordazas (porta-

electrodos) Subsistema: guiado brazos porta-electrodos

Electrodos

Subsistema: movimiento porta-electrodos

• EXPLICACIÓN DEL MODO DE FUNCIONAMIENTOUna vez cargado el crisol con chatarra, es cerrada la tapa superior delmismo, luego, se baja cada uno de los electrodos de manera gradualhasta lograr acero liquido, son retirados los electrodos, y se gira elcrisol para el escoriado, después se realiza el descargue de la colada, yes posicionado el crisol en su punto cero para iniciar nuevamente elproceso.

• ASPECTOS DE SEGURIDAD Y CONTROL DE LA MÁQUINA• ASPECTOS DE SEGURIDAD Y CONTROL DE LA MÁQUINAEl operario debe permanecer con proteccion auditiva y respiratoria para su manipulacion.Asi como un elemento de proteccion visual.Solo una persona calificada y autorizada puede manipular el sistema de alimentacion electrico del equipo, ya que su mantenimiento es considerado una tarea critica para la seguridad del operario y de la propiedad.

• ASPECTOS DE ERGONOMÍA CONSIDERADOSAlturas y posicion de los brazos del operario quien debe permaner 30 minutos max. operando el equipo de forma continua, asi como el aseguramiento de una posicion optima de trabajo y visualizacion del proceso.

APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO

Aporte en la solución del problemaSe implanto un horno eléctrico con capacidad suficiente para la conversión de todo el producto en desperdicio y adaptado a las Se implanto un horno eléctrico con capacidad suficiente para la conversión de todo el producto en desperdicio y adaptado a las

condiciones eléctricas establecidas por la planta.

Ventajas económicas de la soluciónDependiendo del tipo de producto que se funda y partiendo del valor

por kilo de la chatarra se tiene que:Valor inicial: $250 a $300Valor final: $1800 a $3000

Multiplicado por la capacidad del horno por colada (200 a 500 kilos).

ANÁLISIS ECONÓMICO

•COSTOS ASOCIADOS CON EL PROCESO DE DISEÑO•$14.654.000

•COSTOS DE MATERIALES•COSTOS DE MATERIALES$ 15.905.583,1

•COSTOS DE FABRICACIÓN (MÁQUINADO, FUNDICIÓN, SOLDADURA, ETC) y COSTOS DE

ENSAMBLE•$ 20.000.000

•DESPERDICIOS (EXPERIENCIAS Y RECOMENDACIONES)

CONCLUSIONES•El sistema de movimiento de electrodos con poleas es de lo mejor que hay para utilizar en hornos eléctricos de arco directo como el aquí diseñado, sin embargo el calculo debe ser muy minucioso ya que si las cargas de todo el sistema no están bien compensadas (contrapesas y brazos porta electrodos) será muy complicado mover fácilmente cada brazo.

•La fuerza de fricción para mover los brazos es muy grande, ya que cada brazo puede pesar fácilmente de 200 a 300kg, por lo tanto es conveniente utilizar unos volantes lo suficientemente grandes para que el operario no ejecute una fuerza excesiva para subir y bajar fácilmente los electrodos.

•Para un horno tan pequeño (500kg de capacidad) no es rentable utilizar refractarios de primera calidad, ya que los costos son excesivos. Pero si hay que tener un buen mantenimiento del refractario a base de arena reutilizada y caolín, ya que este se gasta demasiado y es necesariocambiarlo después de cierto número de coladas. La idea es alcanzar el mayor número de coladas sin re - parcheo.

RECOMENDACIONES• En proporcion a la interaccion con la industria y la

manufactura se logra un acercamiento mayor desde un diseño preliminar al objetivo final.

• Tener en cuenta el valor real de los materiales a ser empleados y la manufactura de estos para no ir a empleados y la manufactura de estos para no ir a incurrir en gastos tan drásticos cuando ya no se puedan modificar los diseños.

• Es necesario evaluar en numerosas ocasiones cada idea concebida para asegurar la mejor opcion.

• No se puede innovar con lo que ya existe, mas es posible innovar sobre lo que existe.

• No se puede derogar lo que no se conoce, porque se necesita conocer para edificar.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y HERRAMIENTAS DE INGENI ERÍA EMPLEADAS

BIBLIOGRAFÍA

•BARINOV, N, y LANDA, A. Metalurgia y metalografía•PETERS, A. T. Producción siderúrgica.•KINGERY, W. D. Introduction to ceramics.•ROBINSON, ROBERT. Furnaces•Flinn, Richard. Fundamentals of metal casting•Hein Rosenthal. Principles of Metal Casting.•A. F. S. Foundry Tecnology•A. M. S. Metals handbook•MORRAL FACUNDO, ROLF. Metalurgia general.•THINKS, WILLIBALD. Industrial furnaces.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y HERRAMIENTAS DE INGENI ERÍA EMPLEADAS

PAGINAS EN INTERNET•www.erecos .com•www.economia.gob.mx•redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/caolin .htm•www.ipac.es/acero /fabricacion.asp•www.ipac.es/acero /fabricacion.asp•omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/080/htm/sec7.htm•http://www.fundacite.arg.gov.ve/documentacion/fde/rocas/capitulo05.html•www.asturcons.org/interiornteemp.php?nte=32.&tipo=OO - 29k

SOFTWARES EMPLEADOS PARA EL DESARROLLO DE LA MÁQUIN A•Microsoft office Excel 2003•Microsoft office Word 2003

•Solid Edge V16