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UNIVERSIDAD CATOLICA BOLIVIANA “SAN PABLO” Tecnología Mecánica IND-232

Facultad de Ingeniería Semestre: II-2018

Nombres: Javier Geovanny Camargo Escobar – Sergio Vargas Pantoja

Soldadura Oxciacetilenica 1. Antecedentes. Para la practica y aplicación de conocimientos acerca de la soldadura oxciacetilenica, se presenta el siguiente problema. Se plantea un echo hipotetico en el cual se cuenta con un taller de soldadura de aproximadamente 150 m2, se cuenta con un/a recepcionista, un portero, 2 soldadores calificados y se subcontrata una persona para la limpieza eventual de el taller. Se requiere realizar una cotizacion para un cliente para la elaboracion de un tanque cilindrico para gasolina de 25.000L, sin dimensiones especificas, utilizando planchas de acero de 2x1m y un espesor de 1/8 de pulgada. La cotizacion debe incluir el costo del mismo y el tiempo de entrega estimado. Se debe tomar en cuenta todos los costos para la fabricacion de dicho tanque (costos directos e indirectos).

2. Optimizacion. Primeramente se procede con los calculos para las medidas de el tanque de modo que se pueda optimizar el uso de las placas de acero de la siguiente manera: Para optimizar las medidas de el tanque se comienza por la formula basica de el volumen de un cilindro: 𝑉 = 𝜋𝑟 2 ℎ = 25𝑚3

𝑖)

Donde V representa el volumen total de el tanque, r el radio y h la altura o longitud de el mismo. Posteriormente se plantean las ecuaciones de el area de el cilindro desdoblado de la siguiente manera: Area de la tapa y la base: 𝐴𝑏 = 2𝜋𝑟 2 Se utiliza un 2 por que son dos circulos uno frontal y uno trasero. Area de el cuerpo: 𝐴𝐶 = 2𝜋𝑟ℎ Una vez obtenidas estas ecuaciones se procede a realizar un procedimiento de optimizacion. 𝐶 = (2𝜋𝑟ℎ ∗ 𝛼) + (2𝜋𝑟 2 ∗ 𝛼) 𝐶 = 2𝜋𝛼(𝑟ℎ + 𝑟 2 )

𝑖𝑖)

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Donde C representa el costo en materiales para la elaboracion de el tanque y  representa el costo por m2 de material. Se procede a despejar de la ecuacion i) un valor ya sea “r” o “h”, en este caso “h”. 𝜋𝑟 2 ℎ = 25𝑚3 ℎ=

25 𝜋𝑟 2

𝑖𝑖𝑖)

Se reemplaza la ecuacion iii) en ii): 𝐶 = 2𝜋𝛼 (𝑟

25 + 𝑟 2) 2 𝜋𝑟

25 𝐶 = 2𝜋𝛼 ( + 𝑟 2 ) 𝜋𝑟 Finalmente se calculan la primera y segunda derivada de C en funcion de r para comprobar la existencia de puntos criticos: 𝐶 ′ = 2𝜋𝛼 (− 𝐶 ′′ = 2𝜋𝛼 (

25 + 2𝑟) 𝜋𝑟 2

50 + 2) > 0 𝜋𝑟 3

Al no existir ningun punto critico se procede a igualar la primera derivada a 0 y despejar el valor de r: 𝐶 ′ = 2𝜋𝛼 (− (−

25 + 2𝑟) = 0 𝜋𝑟 2

25 + 2𝑟) = 0 𝜋𝑟 2 2𝑟 =

25 𝜋𝑟 2

2𝜋𝑟 3 = 25 3

𝑟=√

25 2𝜋

𝑟 = 1.58𝑚 ≅ 1,6𝑚

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Reemplazando en la ecuacion iii) se despeja “h”: ℎ=

25 𝜋𝑟 2

ℎ = 9,96𝑚 ≅ 10𝑚

3. Diagramacion de el tanque y modelado 3D Una vez definidas las medidas se procede a elaborar un diagrama con la disposicion de las planchas de acero: Figura 1: Tanque 3D

Figura 1: Vista isometrica de el tanque “ensamblado” con las medidas de largo y diamentro expresadas en metros.

Figura 2: Disposicion de las planchas de acero.

Figura 2: Disposicion de las placas de acero para la elaboracion de el tanque, medidas expresadas en metros.

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4. Materiales. Una vez obtenida la disposicion de las planchas de acero como se muestra en la figura 2 se calcula la cantidad de estas requeridas para el ensamble de el tanque, utilizando la superficie total de el tanque desdoblado. 𝐴 = 2𝜋𝑟ℎ + 2𝜋𝑟 2 𝐴 = 48,25𝑚2 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎 = 2𝑚2 𝑁𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎𝑠 =

48,25 = 24,12 ≅ 25 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜. 2

Se obtiene que se requieren 25 planchas de acero para la elaboracion de el tanque. Posteriormente se procede a calcular el perimetro de soldadura que se requiere para el ensamble de el tanque. Para este calculo se utilizara como guia el diagrama de la figura 2: 𝑃 = (10𝑥3) + (3,2 ∗ 10) + (3,2 ∗ 4) + (2,46 ∗ 4) 𝑃 = 30 + 32 + 12,8 + 9,84 𝑃 = 84,64 ≅ 85𝑚 El perimetro de soldadura es de 85m aproximadamente. Para los calculos de material necesario se utilizara la siguiente tabla: Tabla 1: Velocidad de soldadura en funcion de la boquilla y el espesor.

Tabla 1: Consumos generales por espesor de material en litros por hora para los gases y en metros por hora para la velocidad de soldadura.

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Primeramente se realiza el calculo de la cantidad de horas que requerira la soldadura de el tanque utilizando los datos de la tabla 1 (A 3mm de espesor la velocidad es igual a 5 metros por hora). 85𝑚 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 = 𝑚 5 ⁄𝐻𝑟 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 = 17 𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 Una vez calculado el tiempo requerido se calculan las cantidades de oxigeno y acetileno que se requieren: Utilizando el caudal de la boquilla de 300lt/h Se calcula la cantidad de oxigeno y acetileno en litros por hora: 300 = 𝑥 + 1,2𝑥 Se obtiene la relacion de que el oxigeno se utiliza en aproximadamente 20% mas que el acetileno en volumen. Entonces: 300 ≅ 137 𝑙𝑡⁄ℎ𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 2,2 Representando aproximadamente 164 litros de oxigeno por hora. 𝑥=

𝐶𝑂 = 17ℎ𝑟 ∗ 164 𝑙𝑡⁄ℎ𝑟 𝐶𝑂 = 2788𝐿𝑡 𝑑𝑒 𝑜𝑥𝑖𝑔𝑒𝑛𝑜 𝐶𝐴 = 17ℎ𝑟 ∗ 137 𝑙𝑡⁄ℎ𝑟 𝐶𝐴 = 2329 𝑙𝑡 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 Para terminar con los materiales necesarios se calula la cantidad de el material de aporte necesario en gr/m utilizando la formula siguiente: 𝑃 = 𝑐 ∗ 𝑒2 Donde P representa la cantidad en gr/m, c dependiendo el tipo de junta que se utilice (en este caso se utilizaran las planchas sin preparacion de bordes, c=12) y e el espesor de las planchas en metros. 𝑃 = 12 ∗ 32 𝑃 = 108

𝑔𝑟⁄ 𝑚

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 108 ∗ 85 = 9180𝑔𝑟

5. Tiempos de trabajo.

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Para el calculo de tiempos de trabajo es necesaro aplicar un estudio de metodos para lo cual se realiza un diagrama de las operaciones que realiza el soldador para calcular el tiempo real que le toma soldar 1 metro. Primeramente no puede soldar de forma continua, ya que la varilla de aporte no es infinita. La primera parada que se realizara sera para cambiar la varilla, verificar el cordon de soldadura limpiar el area de trabajo y volver a comenzar. Pudiendose asi llegar al siguiente diagrama: Diagrama 1:

Diagrama1: Operaciones requeridas para la soldadura de dependiendo de la varilla.

Para determinar el tiempo de ciclo entre varillas se realizo el anterior diagrama con 4 operaciones y una inspeccion, los tiempos asignados se tomaron de el cronometraje de la ejecucion de dichas operaciones. - OP1 Preparado de los materiales. Aprox 55 (s) 1min - OP2 Encendido y regulado de la llama. Aprox 10 (s) - OP3 Soldado de las piezas: En este caso calculamos de otra manera: 1Kg de varillas tiene aproximadamente 46 varillas. Lo que significa que cada varilla tiene un peso aproximado de 22gr. Como calculo pasado se sabe que por metro se requieren 108 gramos de material de aporte, y que 1 metro se puede soldar en 12 minutos, por lo tanto cada varilla proporciona suficiente material para soldar aproximadamente 0,2 metros lo que representa 2,4 minutos de trabajo. - OP4 Apagado de llama y limpiado de piezas. Aprox 10 (s) - INS1 Inspeccion de soldadura realizada. Aprox 10(s) - OP5 Preparado de material para volver a comenzar. Aprox 10 (s) Un total de aproximadamente 244 (s) o 4 minutos por cada varilla utilizada. (Sin tomar en cuenta desperdicios) Tiempo Total de trabajo: El tiempo total de trabajo sera calculado tomando en cuenta el tiempo requerido por varilla y la cantidad de varillas necesarias para el trabajo. -

Cantidad de varillas Se tomara como datos la cantidad total de material de aporte necesario para realizar el trabajo. 𝑇 = 9180𝑔𝑟

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Se utilizara el dato mencinado en el anterior punto de el peso de una varilla aproximadamente. 𝑉𝑎𝑟 = 22𝑔𝑟 Varillas necesarias: 𝑇𝑣𝑎𝑟 =

-

9180 = 417 ≅ 418𝑉𝑎𝑟𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒. 22

Tiempo necesario Para el tiempo necesario se utilizara el tiempo que se requiere para completar el ciclo de la varilla 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 = 4 min∗ 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑙𝑙𝑎 Tiempo Real de trabajo: 𝑇𝑟𝑡 = 4 ∗ 418 = 1672𝑚𝑖𝑛 𝑇𝑟𝑡 = 28 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠

Sumado a este tiempo de 28 horas se debe asiganar los suplementos necesarios, en este caso fueron tomados los siguientes: -

Suplemento por necesidades personales 5% Suplemento basico por fatiga 4% Suplemento por trabajar de pie 2% Suplemento por postura anormal 3% Suplemento por tension y monotonia mental 2%

Un total de 16% en suplementos lo que representa un total de: 𝑇𝑅𝑒𝑎𝑙 = 28 ∗ 1,16 = 32,48 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 ≅ 33 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 Un total de 33 horas requeridas para la elaboracion de el tanque. (Sin tomar en cuenta el moldeado y cortado de las piezas necesarias para su elaboracion).

6. Costos de produccion. Costos directos de fabricacion. En los costos directos de fabricacion se tomaran en cuenta los siguientes puntos:  Oxigeno  Acetileno  Material de aporte  Planchas de acero  Mano de obra Oxigeno:

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El costo de 40L de oxigeno es de Bs. 162 Se requieren 2788 Lt de Oxigeno 𝐶𝑡𝑂 =

2788 ∗ 162 = 𝐵𝑠. 11.291,4 40

Acetileno: El costo por Kg es de 98 Bs un tanque tiene 8 Kg por lo que el costo es de 784Bs. La recarga. (capacidad de el tanque 40L) Se requieren 2329 Lt de acetileno Por lo tanto: 𝐶𝑡𝐴 =

2329 ∗ 784 = 𝐵𝑠. 45.648,4 40

Material de aporte: El material de aporte para este trabajo sera una varilla de 3mm de diametro. Se requieren aproximadamente 418 varillas de material de aporte para completar el trabajo, por kilo hay 46 varillas aproximadamente y el kilo esta aproximadamente a Bs. 160 Entonces: 𝐶𝑇𝑎 =

418 160 = 𝐵𝑠. 1454 𝐵𝑠. 46

Plancas de acero: Como dato anterior tenemos que para la realizacion de este tanque se requieren aproximadamente 25 planchas de acero. Cada plancha de acero de estas caracteristicas tiene un costo de Bs. 500 Costo de las planchas de acero: 𝐶𝑃𝐴 = 25 ∗ 500 = 𝐵𝑠. 12.500 *Sin tomar en cuenta el moldeado de las planchas ni el cortado para la parte de las tapas.

Mano de obra:

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Para la mano de obra se toma en cuenta el trabajo de 2 obreros, cada uno de ellos gana un sueldo de Bs. 2.700 al mes trabajando 8 horas al dia, 6 dias a la semana durante todo el mes. Primero se calcula el sueldo de los trabajadores por hora: 1𝑚𝑒𝑠 = 25 𝐷𝑖𝑎𝑠 = 2700𝐵𝑠 1𝑚𝑒𝑠 = 200 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑜𝑟𝑎 = 𝐵𝑠. 13,5 A este sueldo por hora se debe aumentar lo que representa el 16,71% por aportes patronales: 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑥 ℎ𝑜𝑟𝑎 = 13,5 ∗ 1,1671 = 𝐵𝑠 15,75 𝑥 ℎ𝑜𝑟𝑎 Una vez obtenido el sueldo por hora se procede a calcular el total que se debe pagar a los obreros por las horas de trabajo realizadas. Horas de trabajo totales – 33Horas Costo total mano de obra 𝐶𝑇𝑀𝑂 = 2(33 ∗ 15,75) = 𝐵𝑠. 1.039,5 Tomando en cuenta a los dos obreros. Costos indirectos de fabricacion: Para los costos indirectos de fabricacion se tomaran en cuenta los siguientes puntos:    

Sueldo personal administrativo. Agua y luz. Limpieza. Depreciacion de equipo.

Sueldo de personal administrativo: A diferencia de los obreros al personal administrativo en este caso se paga el salario minimo nacional (Bs. 2060). Al igual que el caso de los obreros se dividira su sueldo por horas y se aplicara a las horas de trabajo necesarias para la elaboracion de el tanque. 1𝑚𝑒𝑠 = 25 𝐷𝑖𝑎𝑠 = 𝐵𝑠. 2060 1𝑚𝑒𝑠 = 200 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑜𝑟𝑎 = 𝐵𝑠. 10,3

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Al igual que en el caso de los obreros se debe sumar un 16,71% por aportes patronales: 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑥 ℎ𝑜𝑟𝑎 = 10,3 ∗ 1,1671 = 𝐵𝑠 12,02 𝑥 ℎ𝑜𝑟𝑎 Se tienen 2 personas en el personal administrativo un obrero y una secretaria y las horas de trabajo son las mismas 33 horas. 𝐶𝑇𝑃𝐴 = 2(33 ∗ 12,02) = 𝐵𝑠. 793,32 Agua y Luz: Mensualmente se paga aproximadamente Bs. 250 de agua y Bs. 250 de luz. Lo que representa un costo de Bs. 2,5 por hora entre agua y luz. Se repite el mismo proceso que el anterior: 𝐶𝑇𝐴𝐿 = 2,5 ∗ 33 = 𝐵𝑠. 82,5 Limpieza: La limpieza ocurre todos los dias al finalizar la tarde durante una hora por dia, se paga Bs. 500 al mes a la empresa que proporciona la limpieza de el taller. Este caso es mas especial ya que solo se realiza un trabajo de 6 horas por semana, diferente al resto de el personal, para realizar el calculo de este costo, se tomara en cuenta el sueldo por semana que se estaria pagando al servicio de limpieza, son aproximadamente 5 semanas lo que represeta Bs. 100 por semana el tanque se fabricara en aproximadamente una seamana por lo que el costo de la limpieza para esa semana sera de Bs. 100 Depreciacion de equipo: Por ultimo se encuetra la depreciacion del equipo para la soldadura, este equipo se deprecia en 4 años. El equipo cuenta con las siguientes partes cada una con su respectivo precio. - Equipo de boquillas mangueras y valvulas: Bs. 3.900 - Tanques de oxigeno, se cuenta con 5 en el taller: Bs. 1650 c/u – Bs. 8.250 - Tanques de acetileno, se cuenta con 2 en el taller: Bs. 5200 c/u – Bs. 10.400 Total de equipo: Bs. 22.550 Al igual que se hizo con los sueldos del personal, se calcula el monto a pagar por hora de el equipo: 1 𝑎ñ𝑜 = 12𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 1 𝑚𝑒𝑠 = 25 𝑑𝑖𝑎𝑠 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑙𝑒𝑠 1 𝑑𝑖𝑎 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑙 = 8 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 1 𝑎ñ𝑜 = 2400 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑙𝑒𝑠 4 𝑎ñ𝑜𝑠 = 9600 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜. Se divide el monto total del equipo entre el total de horas de los 4 años:

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𝐶𝐷𝑒𝑝 =

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22550 = 2,35 𝐵𝑠⁄𝐻𝑟 9600

𝐶𝑇𝐷𝑒𝑝 = 2,35 ∗ 33 = 𝐵𝑠. 77,55 Costo Total de Fabricacion: El costo total de produccion va a ser igual a la suma de los costos directos e indirectos de fabricacion: 𝐶𝑇𝐹 = 𝐶𝐼𝐹 + 𝐶𝐷𝐹 𝐶𝑇𝐹 = 1053,32 + 71933,3 𝐶𝑇𝐹 = 𝐵𝑠. 72.986,62

7. Precio de Venta Para el calculo de el precio de venta que se le dara al comprador es necesario sumar al CTF el 13% de impuestos, 3% de IT y un % de utilidad que en este caso sera de el 10%. Por lo tanto: 𝑃𝑉 = 𝐶𝑇𝐹 + 36% 𝑃𝑉 = 72986,62 ∗ 1,26 𝑃𝑉 = 𝐵𝑠. 91.963,14

8. Conclusiones.

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El pedido de fabricacion de un tanque de acero con una capacidad de 25.000L Tendra un costo de fabricacion de Bs. 72.986,62 y un precio de venta de Bs. 91.964,14 aproximadamente Bs. 92.000 Y podra ser elaborado en 33 horas de trabajo lo que representa aproximadamente 5 dias habiles. Este y precio no toma en cuenta varios puntos como la recarga de los cilindros de acetileno y oxigeno, que tienen un tiempo extra que retrasarian a los obreros, el cortdo y moldeado de las placas de acero para el tanque, la adquisicion y transporte de los mismos. El precio de venta expresado en este documento representa un caso casi ideal para el mundo real. Una cotizacion echa por un soldador real esta superando los Bs. 110.000 y con un tiempo de entrega de aproximadamente 3 – 4 semanas. La “solucion” planteada a este problema no esta lejos de la realidad. Si los costos faltantes y tiempos faltantes fueran tomados en cuenta el precio seria similar y el tiempo de fabricacion tambien. La unica diferencia esta en la adecuacion de los costos, depreciaciones aportes patronales, etc. Que ningun soldador independiente toma en cuenta.