INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNICA

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA ELEVADORA DE CARGA PARA TRANSPORTAR MATERIAL CERÁMICO DE FORMA AUTOMATIZADA HACIA DOS MOLINOS DE BOLAS, RESPALDADA EN UN SOFTWARE C.A.E. PARA EL ANÁLISIS CORRESPONDIENTE, EN LA EMPRESA “NOVEL”

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: Diseñar y Construir una máquina elevadora de carga para transportar material cerámico de forma automatizada hacia dos molinos de bolas, respaldada en un software C.A.E.(Computer Aided Engineering) para el análisis correspondiente, en la empresa “NOVEL”

OBJETIVOS OBJETIVO ESPECÍFICOS: Diseñar y construir el sistema mecánico para la elevadora de carga del material cerámico. Diseñar y construir la estructura contenedora de la elevadora de carga de material cerámico. Seleccionar e implementar los micro switch para la tolva del material. Diseñar e implementar el circuito de control y potencia con sus respectivos elementos de protección eléctrica. Implementar el panel de control.

ELEVADORA DE CARGA (1) Pórtico (2) Templador interior (3) Placa de soporte (4) Cartelas inferiores (5) Placa superior (6) Viga IPN (7) Trolley eléctrico (8) Tecle eléctrico (9) Tolva (10) Brazo de sujeción (11) Motorreductor (12) Piñón (13) Cremallera (14) Tablero de control

ELEVADORA DE CARGA PARÁMETROS DE DISEÑO Peso del material cerámico 200kg Densidad del material 2600 𝑘𝑔 𝑚 3 Velocidad de elevación del material 0,076 𝑚 𝑠𝑒𝑔 Velocidad de apertura compuerta 0,1 𝑚 𝑠𝑒𝑔 Velocidad de traslación del material 0,26 𝑚 𝑠𝑒𝑔 Factor de seguridad 3

DETERMINACIÓN DE LA CARGA ELEVADORA DE CARGA DETERMINACIÓN DE LA CARGA 𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂𝒔 𝒗𝒊𝒗𝒂𝒔=𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑟+𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑙𝑣𝑎+𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑜𝑙𝑖𝑝𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜=3099,96 𝑁 𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒎𝒖𝒆𝒓𝒕𝒂=𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑔𝑎= 759,29 𝑁 DISEÑO DE LA VIGA M𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝐴𝑆𝑇𝑀 𝐴−36 𝑆 𝑥𝑥 ≥ 𝐹.𝑆 𝑥 𝑀 𝑚á𝑥 𝑆 𝑦 𝜎 𝐹𝑙𝑒𝑥 = 𝑀 𝑚á𝑥 𝑆 𝑥𝑥 =59,08 𝑀𝑃𝑎 𝑆 𝑥𝑥 ≥58,46 𝑐𝑚 3 𝜏 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 ≅ 𝑉 𝐴 𝑎𝑙𝑚𝑎 = 𝑉 𝑡ℎ =2,5 𝑀𝑃𝑎 𝑆 𝑥𝑥 =81,8 𝑐𝑚 3

ELEVADORA DE CARGA 𝜎 = 𝜎 𝑥 + 𝜎 𝑦 2 ± 𝜎 𝑥 − 𝜎 𝑦 2 2 + 𝜏 𝑥𝑦 2 𝜎 = 𝜎 𝑥 + 𝜎 𝑦 2 ± 𝜎 𝑥 − 𝜎 𝑦 2 2 + 𝜏 𝑥𝑦 2 𝜎 1 =59,18 𝑀 𝑃 𝑎 𝜎 2 =−0,10 𝑀 𝑃 𝑎 𝜎 ′ = 𝜎 1 2 − 𝜎 1 𝜎 2 + 𝜎 2 2 =59,23 𝑀𝑃𝑎 𝐹 𝑠 = 𝑆 𝑦 𝜎′ = 248 𝑀𝑃𝑎 59,23 𝑀𝑃𝑎 =4,18

ELEVADORA DE CARGA DISEÑO DE LAS COLUMNAS M𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝐴𝑆𝑇𝑀 𝐴−500 𝐹=1929,62 𝑁 𝐼= 𝐵 4 − 𝑏 4 12 =1255445.33 𝑚𝑚 4 𝐿 𝑒 =𝐾𝐿=2730 𝑚𝑚 𝐴= 𝐵 2 − 𝑏 2 = 784 𝑚𝑚 2 𝑟= 𝐼 𝐴 =40.01 𝑚𝑚

ELEVADORA DE CARGA Determinación de la carga crítica Deflexión máxima 𝑌 𝑚á𝑥 =𝑒 𝑠𝑒𝑐 𝜋 2 𝑃𝑎 𝑃𝑐𝑟 −1 =2,05 𝑥 10 −3 𝑚𝑚 𝑃 𝑐𝑟 = 𝜋 2 𝐸 𝑥 𝐼 𝐿 𝑒 2 =342,65 𝑘𝑁 Determinación de la carga admisible Esfuerzo máximo 𝑃 𝑎 = 𝑃 𝑐𝑟 𝐹.𝑆. =114,21 𝑘𝑁 𝜎 𝑚á𝑥 = 𝑃𝑎 𝐴 1+ 𝑒 𝑥 𝐶 𝑟 2 𝑠𝑒𝑐 𝜋 2 𝑃𝑎 𝑃𝑐𝑟 =236,73 𝑀𝑃𝑎 Esfuerzo normal 𝜎= 𝑃 𝑎 𝐴 =145,67 𝑀𝑃𝑎

ELEVADORA DE CARGA 𝐹 𝑠 =5,13

ELEVADORA DE CARGA PLACAS DE SOPORTE 𝑝= 𝐹 𝐴 =15437 𝑃𝑎 𝑁=0,25 𝑚 𝐵=0,25 𝑚 𝑡= 1,25 𝑥 𝑓 𝑐 ´ 𝑥 𝑛 2 𝑆𝑦 =1,6 𝑐𝑚 𝑛=0.05 𝑚 𝑓 𝑐 ´ =3 𝑘𝑝𝑠𝑖 𝑆 𝑦 =248 𝑀𝑃𝑎 𝑓 𝑏 = 3 𝑥 𝑝 𝑥 𝑛 2 𝑡 2 =0,45 𝑀𝑃𝑎 𝐹=964,81 𝑁 𝐹 𝑏 ≥ 𝑓 𝑏 𝐹 𝑏 = 𝑆𝑦 𝐹.𝑆 =82,66 𝑀𝑃𝑎 82,66 𝑀𝑃𝑎≥0,45 𝑀𝑃𝑎

ELEVADORA DE CARGA PERNOS DE SUJECIÓN 𝑃=2220,54 𝑙𝑏𝑓 𝑃𝐸𝑅𝑁𝑂𝑆 𝑆𝐴𝐸 𝐺𝑅𝐴𝐷𝑂−8 𝐹 𝑖 =0,9 𝐴 𝑡 𝑆 𝑝 =54,97 𝑘𝑙𝑏𝑓 𝑘 𝑏 = 𝐴𝐸 𝑙 = 𝜋 𝑑 2 𝐸 4𝑙 =9,01 𝑀𝑙𝑏𝑓 𝑝𝑙𝑔 𝑘 𝑚 = 𝜋𝐸𝑑 2𝑙𝑛 5 𝑙+0,5𝑑 𝑙+2,5𝑑 =38,59 𝑀𝑙𝑏𝑓 𝑝𝑙𝑔 𝐶= 𝑘 𝑏 𝑘 𝑚 + 𝑘 𝑏 =0,18

ELEVADORA DE CARGA 𝑆 𝑒 = 𝑘 𝑎 𝑘 𝑏 𝑘 𝑐 𝑘 𝑑 𝑘 𝑒 𝑘 𝑓 𝑆 𝑒 ´ 𝑘 𝑓 =1 𝑆 𝑒 = 𝑘 𝑎 𝑘 𝑏 𝑘 𝑐 𝑘 𝑑 𝑘 𝑒 𝑘 𝑓 𝑆 𝑒 ´ 𝑘 𝑓 =1 𝑘 𝑎 =𝑎 𝑆 𝑢𝑡 𝑏 =0,394 𝑘𝑝𝑠𝑖 𝑆 𝑒 ´ =0,506 𝑆 𝑢𝑡 =75,9 𝑘𝑝𝑠𝑖 𝑆 𝑒 =8,21 𝑘𝑝𝑠𝑖 𝑘 𝑏 =1 𝑘 𝑐 =0,832 𝐹.𝑆= 2( 𝐴 𝑡 𝑆 𝑢𝑡 − 𝐹 𝑖 𝐶𝑃 𝑆 𝑢𝑡 𝑆 𝑒 +1 𝑘 𝑑 =1 𝑘 𝑒 = 1 𝐾 𝑓 = 1 3 =0,33 𝐹.𝑆=5,55

ELEVADORA DE CARGA DISEÑO DE LA TOLVA 𝐴𝑆𝑇𝑀 𝐴−36 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 3𝑚𝑚 𝐹 1 =1962 𝑁 𝑉 1 = ℎ1 3 𝐴 𝐵 + 𝐴 𝐵 ´ + 𝐴 𝐵 𝐴 𝐵 ´ =0,048 𝑚 3 𝑉 2 =𝑙×𝑙× ℎ 2 =0,12 𝑚 3 𝑉 𝑡𝑜𝑙𝑣𝑎 = 𝑉 1 + 𝑉 2 =0,168 𝑚 3

ELEVADORA DE CARGA

DISEÑO DE LA COMPUERTA DE DESCARGA ELEVADORA DE CARGA DISEÑO DE LA COMPUERTA DE DESCARGA 𝑃=𝜌×𝑔×ℎ=15303,6 𝑃𝑎 𝐹 𝑇 =𝑃 𝑥 𝐴 𝐶 =2303,19 𝑁 𝑀 𝑚á𝑥 = 𝐹×𝐿 4 =234,34 𝑁 𝑥 𝑚 𝑡≥ 6× 𝑀 𝑚á𝑥 ×𝐹.𝑆 𝑏× 𝑆 𝑦 𝑡≥6,46 𝑚𝑚≈10 𝑚𝑚

SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTOR ELEVADORA DE CARGA SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTOR 𝑃𝑠𝑎𝑙=𝐹 𝑥 𝑉 =276,85 𝑊 𝑃 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 𝑃 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 𝑥 𝑓 𝑠 =0,75 𝑘𝑊 𝜂= 𝑃 𝑠𝑎𝑙 𝑃 𝑒𝑛𝑡 𝑃 𝑒𝑛𝑡 =395,5 𝑊 𝜂= 𝑃 𝑠𝑎𝑙 𝑃 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 𝑃 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 =527,33 𝑊 ≈0,7 𝐻𝑃

ELEVADORA DE CARGA DISEÑO DEL PIÑÓN 𝐷 𝑝 =𝑀 𝑥 # 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠=88 𝑚𝑚 𝐶= 𝐷 𝑝1 + 𝐷 𝑝2 2 =88 𝑚𝑚 𝑑 𝑒 =𝑀 # 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠+2 =96 𝑚𝑚

BRAZO DE SUJECIÓN DE LA TOLVA ELEVADORA DE CARGA BRAZO DE SUJECIÓN DE LA TOLVA 𝑇=( 𝑊 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 + 𝑊 𝑡𝑜𝑙𝑣𝑎 =2043,45 𝑁 𝑀 𝑚á𝑥 = 𝑇 𝑥 𝐿 2 =901,29 𝑁 𝑥 𝑚 𝜎 𝑓𝑙𝑒𝑥 = 𝑀 𝑚á𝑥 𝑥 𝐹𝑆 𝜋 𝐷 3 32 ≤ 𝑆 𝑦 𝐷≥ 3 32 𝑥 901,29 𝑚 𝑥 3 248 𝑥 10 6 𝑥 𝜋 𝐷≥0,048 𝑚 =48,06 𝑚𝑚

SELECCIÓN DEL TROLLEY ELÉCTRICO ELEVADORA DE CARGA SELECCIÓN DEL TROLLEY ELÉCTRICO 𝑁= 𝑊 𝑡𝑜𝑙𝑣𝑎 + 𝑊 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 + 𝑊 𝑡𝑒𝑐𝑙𝑒 𝑥 𝑔=2756,61 𝑁 𝐹 𝑓𝑟 =𝜇 𝑥 𝑁=1571,26 𝑁 𝑉 = 𝑊 𝑟𝑒𝑞 𝑥 𝑟=0,26 𝑚 𝑠 𝑃=𝐹 𝑥 𝑉 =408,52 𝑊≈0,4 𝑘𝑊

ELEVADORA DE CARGA DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA ELÉCTRICO Determinación de las cargas en el sistema eléctrico POTENCIA (HP) Motor Trolley eléctrico 1/2 Motor tecle eléctrico 1,1 Motorreductor 1 Selección de los conductores para los motores Tecle eléctrico Trolley eléctrico Motorreductor 𝐼= 𝑃 η x 3 x V x 𝐹 𝑝 𝑥 1,25=4,1 𝐴 𝐼= 𝑃 η x 3 x V x 𝐹 𝑝 𝑥 1,25=1,86 𝐴 𝐼= 𝑃 η x 3 x V x 𝐹 𝑝 𝑥 1,25=3,73 𝐴

ELEVADORA DE CARGA Selección del conductor para el alimentador primario 𝐼=1,25 𝑥 𝐼 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 + 𝐼 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 + 𝐼 𝑜𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑎𝑔𝑠 =15,31 𝐴 Protección para el alimentador primario 𝐼=1,25 𝑥 𝐼 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 + 𝐼 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 + 𝐼 𝑜𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑎𝑔𝑠 =15,31 𝐴 Protección para derivaciones 𝐼 𝑝𝑟𝑜𝑡 =2 𝑥 𝐼 𝑐𝑝 =8,2 𝐴

ELEVADORA DE CARGA Selección de los guardamotores Tecle eléctrico 𝐼=1,25 𝑥 𝐼 𝑛 =4,1 𝐴 MOTORES GUARDAMOTOR INTENSIDAD (A) Tecle Eléctrico 3RV 2011 - 1FA10 3,5 - 5 Trolley Eléctrico 3RV 2011 - 1BA10 1,1 – 1,8 Motorreductor 3RV 2011 - 1EA10 2,8 - 4 Trolley eléctrico 𝐼=1,25 𝑥 𝐼 𝑛 =1,86 𝐴 Motorreductor 𝐼=1,25 𝑥 𝐼 𝑛 =3,73 𝐴 Selección del contactor 𝐼= 𝑃 η x 3 x V x 𝐹 𝑝 𝑥 1,25=4,1 𝐴

ELEVADORA DE CARGA CONSTRUCCIÓN COLUMNAS TOLVA Acero estructural ASTM A500 Plancha galvanizada A36 3mm

Mecanismo de la compuerta ELEVADORA DE CARGA CONSTRUCCIÓN Mecanismo de la compuerta

ELEVADORA DE CARGA IMPLEMENTACIÓN DEL CIRCUITO DE POTENCIA BREAKER PRINCIPAL LOGO 23ORC BREAKERS DERIVACIONES BREAKER DE CONTROL GUARDAMOTORES CONTACTORES

ELEVADORA DE CARGA CONSTRUCCIÓN

PERIODO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN ELEVADORA DE CARGA PERIODO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN 𝑇𝑀𝐴𝑅=12,48 % 𝑉𝑃𝑁=− 𝑘 𝑂 + 𝑖=1 𝑛 𝑓 𝐶 𝑖 1+𝐷 𝑖 =$11523,84 𝑇𝐼R=54,96% TÉCNICA DE EVALUACIÓN RANGO VPN,$ $ 11523,84 ˃ 0 TIR,% 54,96% ˃ 13,13% PRI, AÑOS 2 años ˂ 5 años RBC 2,92 ˃ 1 𝑃𝑅=2 𝑎ñ𝑜𝑠 3 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 22 𝑑í𝑎𝑠 𝑅 𝐶 𝐵 =2,92

ELEVADORA DE CARGA CONCLUSIONES En el diseño de la estructura se aplicaron métodos analíticos los cuales permitieron establecer parámetros importantes como lo es factor de seguridad y esfuerzos máximos, teniendo así una baja probabilidad de falla para este tipo de elementos estructurales. La forma geométrica de la tolva es adecuada para elevar y transportar los 200kg de material cerámico (arcilla y caolín) hacia los molinos. El sistema de descarga de la tolva conformado por un mecanismo de piñón – cremallera funciona de forma adecuada acorde a los esfuerzos que tiene que soportar para la apertura y cierre de la compuerta.

ELEVADORA DE CARGA CONCLUSIONES Se minimizo en un 50% la mano de obra y tiempo utilizado para transportar el material cerámico de manera manual, obteniendo así una mayor producción en la empresa “NOVEL”. La inversión realizada en la máquina elevadora de carga es viable debido a que se obtiene un VPN de $ 11523,84 y un TIR del 54,96% el cual asegura un periodo de recuperación de 2 años con 3 meses siendo de gran satisfacción para los propietarios de la empresa “NOVEL”.

ELEVADORA DE CARGA RECOMENDACIONES Es indispensable revisar el manual de operación y mantenimiento de la elevadora de carga para extender su vida útil. Verificar que la cadena del tecle eléctrico este constantemente lubricada para que la misma no se trabe durante el proceso. Limpiar la tolva después de cada proceso para evitar que el material cerámico se queda incrustado en las guías de la compuerta y así evitar algún atascamiento. Se recomienda realizar un proceso automático para el llenado de agua en los molinos.

ELEVADORA DE CARGA GRACIAS