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Sede Antofagasta

“DISEÑO DE PLATAFORMA INTEGRAL DE TRABAJO PARA ENSAMBLE Y DESARME DE MOTORES ELÉCTRICOS DE TRACCIÓN. KOMATSU ANTOFAGASTA”

Trabajo de Título para optar al título de Ingeniero Mecánico en Mantenimiento Industrial Profesor Guía: Sra. Adela Ortiz Naranjo

NOMBRE DE LOS AUTORES CRISTIAN CASTILLO VICTOR TORRES ESTEBAN VASQUEZ 2015 1

AGRADECIMIENTOS

A nuestras familias por haber creído en nosotros y habernos apoyado incondicionalmente dándonos ejemplos dignos de superación y esfuerzo, porque en gran parte gracias a ustedes, hoy se puede ver alcanzada nuestra meta, ya que siempre estuvieron impulsándonos en los momentos más difíciles de nuestra carrera y que el orgullo que sienten por nosotros fue lo que nos hizo llegar al final. Es por ustedes, por lo que valen, porque admiramos su fortaleza y por lo que han realizado por nosotros.

A nuestros hermanos tíos primos, parejas y amigos. Gracias por haber fomentado en nosotros el deseo de superación y anhelo del triunfo, mil palabras no bastarían para agradecer su apoyo, comprensión y sus consejos de los tiempos de querer dejar de persistir.

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DEDICATORIA

A nuestro profesor guía, por ser nuestra fuente de respuestas, cuando dudas nos surgían, por entregar su saber y comprometerse con cada uno de nosotros. Fue su mayor entrega. También dedicado a nuestras familias y parejas que estuvieron días y noches apoyándonos en nuestro proceso de formación profesional quienes estuvieron días y noches observándonos y apoyándonos por ver nuestros logros. A todos esperamos no defraudarlos y contar siempre con su apoyo en los desafíos futuros.

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DISEÑO METODOLÓGICO DE LA INVESTIGACIÓN

En primer lugar se toma contacto con Don Patricio Rojas, quien es trabajador de la empresa y profesor de Universidad Tecnológica de Chile Inacap, además ofrece colaboración en el proyecto e informa de la necesidad que mantiene el área de mantenimiento de motores eléctricos de tracción en el proceso de ensamble y desarme de éstos. Posteriormente se programa una reunión en la empresa para obtener el conocimiento y de esta forma dar comienzo a la evaluación para el diseño de una mejora en dicho proceso. En terreno se observan las dificultades y riesgos que se pueden corregir y evitar con nuestro proyecto. Luego se procede a recolectar la información necesaria de los materiales que se utilizaran en este proyecto, mediante un marco teórico por lo cual se eligen componentes específicos para la realización de la plataforma. Finalmente se realizara el diseño de la plataforma en AUTOCAD y SOLIDWOKS como los cálculos correspondientes de resistencia de materiales, mecánica de fluidos y financiero y con esto verificar si el proyecto es viable. A modo de conclusión, se puede especificar cada componente relacionado con nuestro proyecto, mediante especificaciones técnicas y consideraciones teóricas por medio de una memoria de cálculos para componentes hidráulicos y estructurales.

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Utilizando especificaciones técnicas y datos ingenieriles mediante una memoria de cálculo se diseñó la propuesta de proyecto en software SolidWork con levantamiento 2D y 3D para una mejor especificación de la solución propuesta. Por

último

se

concreta

la

factibilidad

del

proyecto

mediante

antecedentes financieros, calculando un valor actual neto (VAN) de $6.615.421 calculado con una tasa de descuento de 10%, también se obtuvo una tasa interna de retorno (TIR) de 34%, la cual es mayor a la tasa de descuento, con todos estos datos obtenidos en un flujo de caja se dice que este proyecto es factible y rentable para la empresa Komatsu Reman Chile, obteniendo una recuperación de inversión al primer año.

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INTRODUCCIÓN

El tema principal de esta investigación es dar a conocer la problemática que tiene Komatsu Reman Center Chile en sus instalaciones, específicamente en su taller de mantenimiento

eléctrico, y la solución

que implementaremos mediante diseños, cálculos y costos financieros para la problemática de ensamble y desarme de motor eléctrico de tracción, donde las consecuencias de esta problemática conllevan a pérdidas de tiempo de producción e inseguridad en el trabajo. Este problema se genera en las estructuras de ensamble y desarme de motor de tracción, estas dos estructuras son inseguras y no lo suficientemente cómodas para el trabajo, por lo cual se decide diseñar una plataforma hidráulica de levante y se realiza una ver si el proyecto es viable para la empresa de

investigación para

acuerdo a su tiempo de

producción. Mediante cálculos ingenieril se puede determinar la fuerza de levante de los cilindros hidráulicos y la resistencia de la estructura para el proyecto. El objetivo principal de este informe de proyecto es dar a conocer características y diseños para una futura realización, donde los beneficiados con este proyecto serán la empresa y sus trabajadores.

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INDICE DISEÑO METODOLÓGICO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................... 4 CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................. 10 1. ENUNCIADO DEL PROBLEMA ............................................................................... 11 1.1

JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ................................................... 13

1.2 OBJETIVOS .............................................................................................................. 14 1.2.1 OBJETIVO GENERAL ......................................................................................... 14 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1............................................................................ 14 1.2.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 2............................................................................ 14 1.2.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3............................................................................ 14 CAPÍTULO II. ANTECEDENTES TEÓRICOS ........................................................... 16 2.1 Resistencia de materiales ....................................................................................... 17 2.2 Estructuras metálicas: ............................................................................................. 17 2.2.1 Vigas Metálicas: .................................................................................................... 18 2.3 Unión de estructuras ................................................................................................ 19 2.4 Perfil Metálico .......................................................................................................... 20 2.5 Perfiles doble T Normalizados .............................................................................. 20 2.6 Lamina Antiderrapante: .......................................................................................... 22 2.7 Bisagras ..................................................................................................................... 22 2.7.1 Tipos de Bisagras ................................................................................................ 22 2.8 Aceros ....................................................................................................................... 23 2.8.1 CLASIFICACIÓN DEL ACERO ......................................................................... 24 2.9 SOLDADURA........................................................................................................... 26 2.9.1 TIPOS DE SOLDADURAS ................................................................................. 27 2.10 MATERIALES Y EQUIPOS .................................................................................. 28 2.10.1 Soldaduras a Corriente Directa ....................................................................... 31 2.10.2 ELETRODOS ...................................................................................................... 32 2.10.2.1 Clasificación e identificación de los electrodos........................................... 32 2.11 Conceptos de electricidad ................................................................................... 34 2.12 Motor Eléctrico....................................................................................................... 36 2.12.1 Partes de un motor eléctrico ............................................................................. 36 2.12.2 Tipos de motores eléctricos ............................................................................. 37 2.13 HIDRÁULICA ......................................................................................................... 39

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2.13.1 Tipos de bombas de engranaje ........................................................................ 41 2.13.2 Tipos de bombas de paleta .............................................................................. 42 2.13.3 Tipos de bombas de pistón .............................................................................. 44 2.13.4 VÁLVULAS HIDRÁULICAS ............................................................................. 46 2.13.4.1 Tipos de válvulas direccionales ................................................................... 47 2.13.4.2 VÁLVULA DE FLUJO .................................................................................... 51 2.14.5 CILINDROS HIDRÁULICOS ............................................................................ 53 2.14.5.1 Tipos de cilindros hidráulicos ....................................................................... 53 2.14.5.2 Tipos de cilindros hidráulicos de doble efecto ........................................... 54 2.14.6 Mangueras hidráulicas ....................................................................................... 56 2.14.7 Mangueras neumáticas...................................................................................... 57 2.14.7.1 Tipos de mangueras neumáticas ................................................................. 57 CAPÍTULO III. DESCRIPCION DE LA SITUACION ACTUAL ................................. 59 Situación actual ............................................................................................................... 60 CAPÍTULO IV. MODELO PROPUESTO ..................................................................... 62 4.1 Diseño de Estructura .............................................................................................. 63 4.2 Descripción de Materiales ....................................................................................... 63 4.2.1 Acero estructural ASTM ...................................................................................... 64 4.2.2 Perfiles en acero A42-27 ES ............................................................................... 64 4.3 Implementación del sistema hidráulico ................................................................ 65 4.3.1 Descripción de materiales .................................................................................. 65 4.3.2 Bomba hidráulica ................................................................................................. 66 4.3.3 Válvula Direccional 4x3 accionada manualmente y retorno con resorte, con control remoto ENERPAC VC-4 ................................................................................... 66 4.3.4 Válvula reguladora de presión 5000 [psi] MVPM-5 ENERPAC .................... 66 4.3.5

Manómetro diámetro 4” con rango de presión 0 – 1000 [psi] ENERPAC 67

MEMORIA DE CALCULOS ........................................................................................... 68 4.4.2 ANALISIS .............................................................................................................. 69 4.4.3 Cargas .................................................................................................................... 69 4.4.4 Calculo de barras articuladas ............................................................................ 71 4.4.3Diseño sistema de levante hidráulico. ................................................................ 73 4.4.3.1 Dimensionamiento de los cilindros hidráulicos ............................................ 74 4.5 PANDEO: ................................................................................................................. 75 4.6 CAUDAL: .................................................................................................................. 76 8

4.7 Análisis estructural de la plataforma ..................................................................... 77 4.8 Análisis de soldadura: ............................................................................................ 80 CAPITULO V. EVALUACION DE PROYECTO ......................................................... 82 5.1 Evaluación financiera.............................................................................................. 83 5.2 situación actual ....................................................................................................... 83 5.3 costos asociados .................................................................................................... 85 5.3.1 costos de diseño e implementación ................................................................... 85 5.3.2 Costo componentes parte “A” ............................................................................. 86 5.3.2.1 Costos componentes parte “B” ........................................................................ 86 5.3.3 Costos de insumos parte “A” ............................................................................... 87 5.3.3.1 Costos de insumos parte “B” ........................................................................... 87 5.3.4 Costo total del proyecto ..................................................................................... 88 5.3.5 Costos de mantenimiento de la plataforma .................................................... 88 5.4

FLUJO DE CAJA................................................................................................... 89

5.4.1

Ingresos anuales................................................................................................ 89

5.4.2

Resumen de los costos de inversión .............................................................. 90

5.4.3 Costos fijos............................................................................................................. 90 5.4.4 Costos variables .................................................................................................... 91 5.4.5 Estado de flujo de caja....................................................................................... 92 5.4.6

Calculo de VAN y periodo de recuperación................................................... 93

5.4.7 Resumen de VAN y TIR .................................................................................... 93 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 94 ANEXOS......................................................................................................................... 103 Anexos modelo propuesto ........................................................................................... 104 Anexo N°1 ...................................................................................................................... 104 Anexo N°2 ...................................................................................................................... 105 Anexo N°3 ...................................................................................................................... 105 Anexo N°4 ...................................................................................................................... 106 Anexo N°5 ...................................................................................................................... 106 Anexo N°6 ...................................................................................................................... 107 Anexo N°7 ...................................................................................................................... 108

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CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

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1. ENUNCIADO DEL PROBLEMA

Antecedentes de la empresa: ·

Razón Social: Komatsu Chile S.A.

·

Rut: 96.843.130-7

. Giro: Importación y Distribución Equipos Mineros, Construcción, Forestal y sus Repuestos.

Komatsu es una empresa japonesa fundada en 1921 especializada en la fabricación de equipos para la minería, construcción y forestal. Dicha empresa se establece en chile el año 1999 formando el Holding Komatsu Cummins Chile Ltda. En la sucursal Antofagasta se especializa en proveer equipos, repuestos y servicios a la minería debido a las características de la región. Dentro de los servicios que presta a la minería está el mantenimiento y reparación de los equipos mineros. Actualmente en el área de mantenimiento de motores eléctricos de tracción (MT) en el proceso de desarme éstos son posicionados verticalmente para proceder a extraer sus componentes, debido a que poseen sobre 1.70[m] de altura el mantenedor se ve imposibilitado de realizar su labor, por lo que debe recurrir a dos plataformas en forma de media luna. Una tiene la altura de 1[m] y otra de 1.70[m]. Al momento de comenzar su labor el trabajador debe posicionar la estructura de mayor altura para comenzar con el desarme del MT hasta llegar a la altura de la plataforma, donde debe cambiarla por la de menor 11

altura para continuar con el trabajo. A continuación al trabajador le ocurrirá la misma situación anteriormente descrita y deberá retirar la plataforma para continuar con su labor a nivel del piso, así finalmente retirar las últimas piezas del MT para entregar dichos componentes al área de reparación y/o mantenimiento. Una vez que las piezas son reparadas y/o mantenidas debe ensamblar las piezas del MT, esto en sentido inverso a la operación anterior, vale decir que debe armar desde abajo hacia arriba. El problema en la anterior operación radica en el riesgo al que está expuesto el trabajador al subir y bajar la escalera ya que la plataforma no está equipada con máquinas y herramientas, además en el proceso de instalación y retiro de las plataformas se pierde demasiado tiempo, junto a esto cabe mencionar que en el proceso de cambio de plataformas se debe atravesar por sectores donde comúnmente transitan grúas de horquilla. Siendo esto una problemática para la empresa.

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1.1

JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Komatsu procura aumentar su producción y disminuir tanto sus costos como los riesgos asociados en sus procesos. Este proyecto apunta a resolver dichas problemáticas en el área de mantenimiento de motores eléctricos de tracción donde se diseña una plataforma inteligente de trabajo, la cual tiene como características poder elevar o disminuir su altura mediante cilindros hidráulicos, posee panel de instrumentos, bordea el contorno del motor de compartimentos

equipados

tracción con

en

360°,

herramientas

tiene incorporado tanto

mecánicas,

hidráulicas y neumáticas además posee fuente de alimentación neumática, hidráulica y eléctrica para la conexión de herramientas, lo que reduce los tiempos de trabajo del mecánico, ya que con la plataforma que actualmente trabaja la empresa, la cual es fija, no cuenta con accesorios ni particularidad alguna más que poder sostener a una persona a su altura fija de fabricación, en el caso que se requiera trabajar a una menor altura que ésta la única solución que se posee actualmente es cambiarla por otra de menor tamaño. Con esta mejora que se plantea se aumenta la producción en un 15%, se evita el sobre esfuerzo del trabajador, disminuye la tasa de accidentabilidad en un 80%, se proporciona ergonomía para realizar el trabajo. Este proyecto se ve limitado debido a que ninguno de sus participantes trabaja en la empresa, lo que dificulta la recopilación de información, siendo ésta programada una vez a la semana.

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1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVO GENERAL Elaborar Plataforma integral de trabajo para ensamble y desarme de Motores eléctricos de tracción para Komatsu Antofagasta.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1

a)

Establecer componentes para diseño de plataforma integral a partir

de especificaciones técnicas y consideraciones teóricas.

1.2.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 2

b) Diseñar propuesta en software Cad y solidworks considerando cálculos de resistencia de materiales y mecánica de fluidos.

1.2.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3

c)

Analizar factibilidad económica a partir de antecedentes financieros.

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EXECUTIVE SUMMARY

Nowadays in the company Komatsu Reman Center Chile one works in the maintenance and repair of electrical engines of traction, which in the area of disarmament and it assembles of engines of traction one works with two platforms of different heights which sometimes obstruct the step of derricks pitchforks that pass along the area, exposes to sobresfuerzo the mechanic in charge of the work on having moved the above mentioned metallic structures and having been insecure for a work in heights. To give solution to this problem an investigation realizes type exploratory and descriptive, with visits to Komatsu Reman's workshops for the summary of ideas and to realize a design to give fulfillment to the requirements of the company. Already with the acquired information it is decided by the design of a hydraulic platform in order to change his height depending on the position of work as it need the in charge mechanic of assemble and disarmament of the engine of traction. The design of the platform is realized by the software SOLID WORK for a schematic plane of the proposed design. Finally the project was evaluated considering 5 years to future of the project, this solution of the problematics was done for the company Komatsu Reman Center Chile, this project I generate a positive V.A.N. of 6.615.421 $ considering T.I.R.'s cup of 34 %. Concluding this project it has expectant flows to future.

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CAPÍTULO II. ANTECEDENTES TEÓRICOS

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2.1 Resistencia de materiales Es una disciplina de la ingeniería mecánica e ingeniería estructural que estudia los sólidos deformables mediante modelos simplificados. La resistencia de un elemento se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo debido a las cargas que se producen en la estructura, teniendo como consecuencia deformaciones en ésta. 2.2 Estructuras metálicas: Una estructura es un conjunto de partes unidas entre sí que forman un cuerpo, una forma o un todo, destinadas a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Las Estructuras Metálicas son las que la mayor parte de los elementos o partes que la forman son de metal (más del 80%), normalmente acero. Como las estructuras están formadas por un conjunto de partes, estas partes deben cumplir unas condiciones. - Que sea Rígida: Que la estructura no se deforme al aplicar las fuerzas sobre ella. - Que sea estable: Que no vuelque. - Que sea Resistente: Que al aplicarle las fuerzas, todos los elementos que la forman sean capaces de soportar la fuerza a la que se verán sometidos sin romperse o deformarse.

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2.2.1 Vigas Metálicas: Las vigas metálicas son los elementos horizontales, son barras horizontales que trabajan a flexión, dependiendo de las acciones a las que se les someta sus fibras inferiores están sometidas a tracción y las superiores a compresión. Existen varios tipos de vigas metálicas y cada una de ellas tiene un propósito ya que según su forma soportan mejor unos esfuerzos u otros como pueden ser:

-

Viguetas: Son las vigas que se colocan muy cerca unas de otras para soportar el techo o el piso de un edificio por ejemplo; cuando vemos un edificio que está sin terminar, suelen ser las vigas que vemos. o Dinteles: Los dinteles son las vigas que se pueden ver sobre una abertura, por ejemplo, las que están sobre las puertas o ventanas.

-

Vigas de Tímpano: Estas son las que soportan las paredes o también parte del techo de los edificios.

-

Largueros: También conocidas como travesaños o carreras son las que soportan cargas concentradas en puntos aislados a lo largo de la longitud de un edificio.

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2.3 Unión de estructuras Para que todos los elementos de la estructura metálica se comporten perfectamente

según

se

ha

diseñado

es

necesario

que

estén

ensamblados o unidos de alguna manera. Para escoger el tipo de unión hay que tener en cuenta cómo se comporta la conexión que se va hacer y cómo se va a montar esa conexión. Existen conexiones rígidas, semirrígidas y flexibles. Algunas de esas conexiones a veces necesitan que sean desmontables, que giren, que se deslicen, etc. Dependiendo de ello tendremos dos tipos de uniones fundamentales:

-

Por Soldadura: La soldadura es la más común en estructuras metálicas de acero y no es más que la unión de dos piezas metálicas mediante el calor. Aplicándoles calor conseguiremos que se fusionen las superficies de las dos piezas, a veces necesitando un material extra para soldar las dos piezas.

-

Por Tornillo: Los tornillos son conexiones rápidas que normalmente se aplican a estructuras de acero ligeras, como por ejemplo para fijar chapas o vigas ligeras.

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2.4 Perfil Metálico

Los perfiles metálicos son aquellos productos laminados, fabricados para su uso en edificación o de obras civiles. Existen varios tipos y formas de perfiles fabricados con un fin especial dentro del área de la ingeniería de construcción, estos tipos son: -

Perfil T: es un prisma mecánico, frecuentemente fabricado en acero laminado cuya sección tiene forma de T. También pueden construirse vigas de hormigón con sección en T, con resistencia similar a las sección cuadrada maciza pero con ahorro de material.

-

Perfil doble T: Un perfil doble T (o perfil I o H) es un perfil laminado o armado cuya sección transversal está formada por dos alas y un alma de unión entre ellas. Generalmente se usan como vigas de flexión, cuando los esfuerzos de torsión son pequeños.

-

2.5 Perfiles doble T Normalizados Perfil IPN: Un perfil IPN es un tipo de producto laminado cuya sección tiene forma de doble T también llamado I y con el espesor denominado normal. Las caras exteriores de las alas son perpendiculares al alma, y las interiores presentan una inclinación del 14% respecto a las exteriores, por lo que las alas tienen un espesor decreciente hacia los bordes. Las uniones entre las caras del alma y las caras interiores de las alas son

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redondeadas. Además, las alas tienen el borde con arista exterior viva e interior redondeada.

-

Perfil IPE: El perfil IPE es un producto laminado cuya sección normalizada tiene forma de doble T también llamado I y con el espesor denominado Europeo. Las caras exteriores e interiores de las alas son paralelas entre sí y perpendiculares al alma, y así las alas tienen espesor constante (principal diferencia con respecto al perfil IPN). Las uniones entre las caras del alma y las caras interiores de las alas son redondeadas. Las alas tienen el borde con aristas exteriores e interiores vivas. La relación entre la anchura de las alas y la altura del perfil se mantiene menor que 0,66.

-

Perfil HE: El perfil HE es un tipo de perfil laminado correspondiente a la normativa europea cuya sección transversal tiene forma de doble T, con alas más anchas que un perfil doble T de tipo IPN o IPE. Las caras exteriores e interiores de las alas son paralelas entre sí y perpendiculares al alma, por lo que las alas tienen espesor constante. Las uniones entre las caras del alma y las caras interiores de las alas son redondeadas. Además, las alas tienen el borde con aristas exteriores e interiores vivas.

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2.6 Lamina Antiderrapante: Se usan principalmente en áreas donde las normas de seguridad son altas. La lámina antiderrapante es fácil de aplicarse y de gran resistencia; ideal para pisos, defensas de automóviles, carrocerías, rampas, escaleras, autobuses, pisos de naves industriales, etc.

2.7 Bisagras Una bisagra es un herraje compuesto de dos piezas unidas entre sí por un eje o un mecanismo de forma que fijadas a dos elementos, permiten el giro de uno respecto al otro. Se utilizan principalmente para puertas y tapas, pero pueden tener más aplicaciones.

-

2.7.1 Tipos de Bisagras Bisagras de libro: Son de las más usadas por su sencillez y funcionalidad, todas se basan en lo mismo, dos hojas que se abren (como un libro) y que pueden atornillarse a los cantos o a los laterales de los tableros a unir, según el tipo de bisagra y según queramos como sea la apertura.

-

Bisagras de Piano: Son como las de libro pero de muy larga longitud. De esta forma se convierten en unas bisagras muy fuertes ya que están sujetas por multitud de tornillos. Pueden cortarse a la medida con unas tijeras de cortar chapa o con una sierra de metal. 22

-

Bisagra de pernio o pernios: Con el nombre de pernios se conocen las bisagras de puertas y ventanas. Son algo difíciles de poner para un aficionado ya que se debe hacer un cajeado previo donde encajen las pletinas del marco y del canto de la puerta. El cajeado puede hacerse manualmente con formón o con una fresadora para pernios. También se podría hacer con una fresadora normal utilizando los accesorios específicos.

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Bisagras de Doble Acción: Son unas bisagras que se utilizan en puertas en las que queramos una doble apertura. Son muy utilizadas en las puertas de cocina de los restaurantes. Abren libremente la puerta en las dos direcciones y la puerta siempre vuelve a su sitio (se cierra sola). Su instalación es muy sencilla, ya que solo hay que atornillarlas al cerco y al canto de la puerta.

2.8 Aceros Es una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03% y el 1,075% en peso de su composición dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al acero son muchos más frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

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2.8.1 CLASIFICACIÓN DEL ACERO -

Acero al Carbono: Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Aplicaciones: Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.

-

Aceros Aleados: Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Aplicaciones: se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas.

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Aceros de Baja Aleación Ultrarresistente: Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono.

Aplicaciones: los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono.

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-

Aceros Inoxidables: Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas.

Aplicaciones: El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. Elevadores de tijera: Los elevadores de tijera son plataformas verticalmente elevadas usadas para entregar un acceso vertical temporal a lugares de gran altura. Una de las principales ventajas que se obtiene gran elevación en pequeños espacios. Por lo tanto, cuando se retracta, solo ocupa una fracción su altura extendida. Este mecanismo aplica presión desde adentro hacia el borde exterior. Esta presión comprime los materiales que se juntan como un acordeón y se extiende la plataforma hacia arriba.

Elevadores hidráulicos: Estos elevadores son operados por una presión de fluido y la plataforma es elevada a través del uso de aceite hidráulico a una determinada presión. Alguna variaciones de velocidades son posibles 25

debido a las fluctuaciones de temperatura, las cuales pueden cambiar la viscosidad del aceite hidráulico.

Elevadores neumáticos: Se operan por presión de aire y son bastantes eficiente debido a que el suministro se realiza por medio de la compresión de aire atmosférico. La gran mayoría de unidades no necesita electricidad y se puede usar en espacios donde exista aire. No existe contaminación de la línea debido a que no se encuentra fluido hidráulico. Por lo tanto, estos tipos de elevadores necesitan menos mantenimiento. Elevadores mecánicos: Son extendidas mediante un husillo o ferrocarril de cremallera, los cuales transforman movimiento radial en un movimiento lineal. Todos los elevadores eléctricos son mecánicos. Una de las grandes ventajas que tiene es que los dientes del sistema de engranaje inherente evita el deslizamiento. 2.9 SOLDADURA La soldadura es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos o más piezas de un material, logrado a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo ambas y agregando un material de aporte o relleno fundido (metal o plásticos), al fundirse, forma un charco de material fundido entre las piezas a soldar y, al enfriarse, se convierte en una unión fija a la que se le denomina cordón. A veces se utiliza conjuntamente presión y calor, o solo presión por sí misma, para producir la soldadura.

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Esto está en contraste con la soldadura blanda (en inglés soldering) y la soldadura fuerte (en inglés brazing), que implican el derretimiento de un material de bajo punto de fusión entre piezas de trabajo para formar un enlace entre ellos, sin fundir las piezas de trabajo.

2.9.1 TIPOS DE SOLDADURAS

Soldadura por gas: Se trata de una técnica bastante simple, barata y popular, aunque su utilización en procesos industriales ha disminuido últimamente. La más conocida es aquella que utiliza la combustión de acetileno en oxígeno, llamada soldadura autógena, que permite alcanzar una llama que supera los 3.200 °C. Sus ventajas principales son su bajo costo y la capacidad de movilidad sus equipos. La desventaja, es el tiempo que tardan los materiales al enfriarse. Es una de las técnicas más utilizadas en trabajos de plomería.

Soldadura al arco: La técnica de soldadura por Arco eléctrico consiste en la fusión de un metal a temperatura elevada por empleo de un diferencial de potencial y valor de intensidad de corriente eléctrica determinado. Por medio de esta diferencia de potencial el aire se ioniza y los electrones son transportados a través de los electrodos y la pieza a soldar. El calor generado (4000°C), funde tanto el material base y el material de aporte el cual se deposita y crea el denominado cordón de soldadura. Los electrodos son conocidos también como material de “Aporte” se 27

encuentran revestidos de una sustancia no metálica cuya composición química es muy variada (Celulosa, Oxido de Titanio, Carbonato de Calcio y Fluoruro de Calcio).

Condiciones generales de inicio: Tanto los electrodos así como las superficies a soldar deberán estar libres de todo tipo de contaminación, así como grasa, polvo, humedad, y defectos en la superficie. Conociendo la relación intensidad/tensión podemos elegir las características del arco. Generalmente se necesita una tensión comprendida entre 40 y 110 Volt, esta tensión va descendiendo hasta valores de mantenimiento comprendidos entre 15 y 35 Volt.

2.10 MATERIALES Y EQUIPOS

Máquina Soldadora: (Fuente de Poder), la mayoría de los talleres emplean máquinas de soldar con tomas de voltaje a 220 V ó 380 V con línea a tierra. El cambio de polaridad se realiza solo si la máquina se encuentra apagada.

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Circuito de Soldadura: Cuando no está en uso el porta electrodos, nunca debe ser dejado encima de la mesa o en contacto con cualquier otro objeto que tenga una línea directa a la superficie donde se suelda. El peligro en este caso es que el porta electrodo, en contacto con el circuito a tierra, provoque en el transformador del equipo un corto circuito. La soldadura no es una operación riesgosa si se respetan las medidas preventivas

adecuadas.

Esto

requiere

un

conocimiento

de

las

posibilidades de daño que pueden ocurrir en las operaciones de soldar y una precaución habitual de seguridad por el operador.

Procedimiento Soldadura por Arco Mientras se mantiene el electrodo sobre la junta se produce una chispa eléctrica mientras se funden la base y el electrodo, formándose el cordón de soldadura, la aparición de un punto brillante indica que el metal ha alcanzado su punto de fusión cuando se mantiene este estado se mantiene una soldadura brillante y regular, sin sobre espesores sin formación de “Escoria”.

Soldadura MIG: Este tipo de soldadura consiste en mantener un arco de electrodo consumible de hilo sólido y la pieza que se va a soldar. El arco y el baño de soldadura están protegidos mediante un gas inerte. El electrodo que usamos se alimenta continuamente por una pistola de soldadura.

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-

Procesos de soldadura MIG Cuando hablamos sobre el proceso básico de este tipo de soldaduras, estamos hablando esencialmente de 3 tipos de técnicas muy distintas entre si. Tenemos la transferencia por “Corto Circuito”, la transferencia “Globular” y, por último, la transferencia de “Arco Rociado (Spray Arc)”.

-

Aplicación de soldadura MIG El proceso de soldado MIG, se puede emplear para soldar diversos materiales. Aceros al carbono, metales inoxidables, aluminio, etc. La productividad por este tipo de soldadura, es eficiente, dado la capacidad de rendimiento por un electrodo continuo, que no necesita ser cambiado y con una tasa de deposición mayor las demás. Se pueden realizar soldaduras de manera continua, larga, sin necesidad de que se hagan empalmes entre cordón y cordón.

-

Precauciones de la soldadura MIG Siga un ritmo constante a la hora del soldar. El tipo de alambre que servirá como electrodo en la soldadura, como a la vez del gas de protección, son elementos principales y por ello demandará mayor calidad en la soldadura. Las soldaduras MIG, necesitan de una fuente de corriente directa y constante, así también, un alambre en continuo movimiento con el electrodo.

30

2.10.1 Soldaduras a Corriente Directa

-

Soldadura por resistencia: En esta técnica se aplica una corriente eléctrica directamente a las piezas que deben ser soldadas, lo que permite fundirlas y unirlas. Requiere de equipos costosos y sus aplicaciones son bastante limitadas. Las técnicas más utilizadas son las llamadas soldadura por puntos y soldadura de costura, que permiten unir varas piezas de metal fino, ya sea en pequeñas uniones o en soldaduras largas y continuas.

-

Soldadura por rayo de energía: En esta técnica se puede utilizar un rayo láser concentrado o un haz de electrones disparado en el vacío para lograr soladuras de alta precisión. Es un proceso muy costoso, pero fácil de automatizar. La técnica es extremadamente rápida, lo que la hace ideal para procesos de fabricación en masa.

-

Soldadura de estado sólido: Son técnicas que permiten unir las piezas sin fundirlas. Una de ellas, es la aplicación de ondas de ultrasonido en una atmósfera de presión alta, muchas veces utilizada para la unión de materiales plásticos. Otra técnica es la soldadura explosiva, que consiste en colisionar dos piezas a alta velocidad, lo que produce que los materiales se plastifiquen y se unan sin generar demasiado calor.

31

2.10.2 ELETRODOS Un electrodo es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón).

2.10.2.1 Clasificación e identificación de los electrodos -

Clasificación Celulósicos: Son llamados así por el alto contenido de celulosa que llevan en el revestimiento, sus principales características son:



Máxima penetración



Solidificación Rápida



Buenas características de resistencia



Elasticidad y ductilidad



Presentación regular Clasificación Rutilicos: Se denominan así por el alto contenido de rutilo (óxido de titanio) en el revestimiento, y sus principales características son:



Penetración mediana a baja



Arco suave



Buena presentación



Buena resistencia

32

-

Clasificación minerales: Los principales componentes del revestimiento de estos electrodos son óxidos de hierro y manganeso siendo sus cualidades más relevantes:



Buena penetración



Buena apariencia del deposito



Buenas propiedades mecánicas



Alta velocidad de deposito

-

Clasificación básica o bajo hidrogeno: Su nombre se debe a la ausencia absoluta de humedad (Hidrógeno) en su revestimiento, y sus características principales son:

-



Alta ductilidad



Máxima resistencia en los depósitos



Alta resistencia a los bajos impactos de temperatura



Depósito de calidad radiográfica

Clasificación hierro en polvo: A esta clasificación pertenecen todos los electrodos cuyo revestimiento contiene una cantidad balanceada de hierro en polvo, siendo sus cualidades más importantes: 

Se aumente el rendimiento del electrodo



Suaviza la energía del arco



Se mejora la presentación del cordón



Mejora la ductilidad

33

2.11 Conceptos de electricidad

Electricidad: Conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia de carga eléctrica que produce fenómenos

químicos,

mecánicos, caloríficos y luminosos debido a la separación o movimiento de los electrones que forman los átomos.

Carga eléctrica: Es una magnitud física característica de los fenómenos eléctricos. La carga eléctrica es una propiedad de los cuerpos. Cualquier trozo de materia puede adquirir carga eléctrica

Corriente eléctrica: Es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Su unidad de medida es el Amperio.

Corriente alterna: Es un tipo de corriente eléctrica, en la que la dirección del flujo de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos. La corriente que fluye por las líneas eléctricas y la electricidad disponible normalmente en las casas procedente de los enchufes de la pared es corriente alterna.

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Frecuencia de la corriente alterna: Constituye un fenómeno físico que se repite cíclicamente un número determinado de veces durante un segundo de tiempo y puede abarcar desde uno hasta millones de ciclos por segundo o Hertz (Hz)

Corriente continúa: Es la corriente eléctrica que fluye de forma constante en una dirección, como la que fluye en una linterna o en cualquier otro aparato con baterías.

Sistema eléctrico: Es una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos, tales como resistencias, inductancias, condensadores, fuentes, y/o dispositivos electrónicos semiconductores, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas o eléctricas.

Voltaje Es una magnitud física, con la cual podemos cuantificar o “medir” la diferencia de potencial eléctrico o la tensión eléctrica entre dos puntos, es medible mediante un aparato llamado voltímetro.

35

2.12 Motor Eléctrico Un motor eléctrico es una máquina que para producir el movimiento deseado resulta capaz de transformar la energía eléctrica en energía mecánica,

todo

logrado

a

través

de

diferentes

interacciones

electromagnéticas.

2.12.1 Partes de un motor eléctrico -

Carcasa: también llamada caja que envuelve las partes eléctricas del motor, es la parte más externa.

-

Inductor: también llamado estator, cuando se trata de corriente alterna consta de un apilado de chapas magnéticas, donde sobre ellas esta enrollado el bobinado estatorico, que es una parte fija y unida a la carcasa.

-

Inducido: también llamado rotor, cuando se trata de corriente alterna consta de un apilado de chapas magnéticas, donde sobre ellas esta enrollado el bobinado rotorico, la cual es la parte móvil del motor y resulta ser la salida o eje del motor.

36

2.12.2 Tipos de motores eléctricos

Asíncronos: se le llama asíncrono a un motor cuando la velocidad del campo magnético generado por el estator supera la velocidad del rotor. Síncronos: son un tipo de motor de corriente alterna. Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado y por el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo". Este tipo de motor contiene electro magnetos en el estator del motor que crean un campo magnético que rota en el tiempo a esta velocidad de sincronismo. La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los parámetros mencionados es: Ƞ= 60*ƒ = 120*ƒ p

p

Su funcionamiento es muy similar al de un alternador. Dentro de la familia de los motores síncronos tenemos los siguientes: -

Motores síncronos

-

Motores asíncronos sincronizados

-

Los motores de imán permanente

Los motores síncronos son llamados así, porque la velocidad del rotor y la velocidad del campo magnético del estator son iguales. Los motores 37

síncronos se usan en máquinas grandes que tienen una carga variable y necesitan una velocidad constante

Arranque de un motor trifásico síncronos Existen cuatro tipos de arranques diferentes para este tipo de motor. -

Como un motor asíncrono

-

Como un motor asíncrono pero sincronizado

-

Utilizando un motor secundario o auxiliar para el arranque

Frenado de un motor trifásico asíncrono La velocidad deseada de este tipo de motor se ajusta por medio de un reóstato. El motor síncrono, cuando alcance el par crítico, se detendrá, no siendo esta la forma más ortodoxa de hacerlo. El par critico se alcanza cuando la carga asignada al motor supera el torque del motor, esto provoca que la maquina se sobrecaliente creando un posible daño en esta. La mejor forma de hacerlo es variar la carga hasta que la intensidad absorbida por la red sea la menor posible y ahí desconectar el motor. Otra forma de hacerlo, y la más habitual, es regulando el reostato, con ello variamos la intensidad y podemos desconectar el motor sin ningún riesgo. Motor universal: son los que pueden funcionar con corriente alterna o continua, se usan mucho en electrodomésticos y son los motores con colector.

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Colector: es un método de hacer una conexión eléctrica a través de un ensamblaje rotativo.

2.13 HIDRÁULICA

Hidráulica: capacidad que ejerce un fluido a una masa con la fuerza necesaria para mover está, aumentando la presión del fluido. Fluido: sustancia que tiene la propiedad de fluir, la cual no consta de elasticidad y rigidez, como consecuencia cede a todo tipo de fuerza y como efecto tomará la forma del recipiente que lo almacene. Fluido hidráulico: fluido el cual transmite una potencia necesaria que es utilizada para controlar, transformar y la conducción de esfuerzos mecánicos por medio de una variación del fluido. Densidad: es la medida de cuánto material se encuentra comprimido en un determinado espacio, es decir, la cantidad de masa por unidad de volumen. viscosidad: es una característica de los fluidos que se encuentran en movimiento, que muestra una tendencia de oposición hacia su flujo ante la aplicación de una fuerza, es decir, mientras más resistencia oponen los líquidos a fluir, más viscosidad poseen. Presión: es una fuerza que se aplica en una área determinada. Bomba hidráulica: dispositivo encargado de absorber la energía mecánica conectada a un motor eléctrico, la cual convierte en energía que 39

es dirigida a un fluido como energía hidráulica lo que facilita al fluido ir de un lugar a otro. Algunos diseños básicos de bombas son las de pistones, engranajes y paletas entre otras.

Bombas de engranajes: Estas bombas generan un caudal al conducir el fluido entre los dientes de dos engranajes que están acoplados, el primer engranaje (motriz) es accionado a través del eje de la bomba y este hace girar al segundo engranaje (libre). El funcionamiento de esta bomba se basa en el principio de desplazamiento, es decir; un piñón impulsa y provoca el giro del otro en sentido contrario, luego en la bomba, dentro de la cámara de admisión donde se encuentran los dientes son liberados los huecos de estos. La depresión logra la aspiración del líquido que se encuentra en el depósito. Los dientes una vez llenos conducen el líquido hacia el largo de la pared de la carcasa hasta la cámara de impulsión. Dentro de la cámara engranan los piñones que dirigen el líquido fuera de los dientes y con esto impiden el retorno del líquido, después el líquido que se encuentra en la cámara debe salir hacia donde está el receptor, el volumen es suministrado por revolución y se denomina como volumen suministrado ( cm3/rev).

40

2.13.1 Tipos de bombas de engranaje

Bomba de engranaje exterior: los dientes de esta bomba se encuentran en la circunferencia exterior de la base. Existen tres diferentes tipos de engranajes: helicoidal, recto y herringbone. Los engranajes rectos son los más utilizados, pero son del tipo que producen más ruidos. Las de engranaje helicoidal fueron diseñadas para disminuir el ruido y las de engranes herringbone, son muy silenciosas, estas bombas generan un caudal al conducir el líquido entre los dientes de los dos engranajes acoplados, permite accionar el eje de la bomba y este hace girar al otro engranaje.

Bomba de engranaje interior: Este tipo de bomba consiste en que un engranaje externo engrana con otro interno. El engranaje externo tiene un diente más que el interno y el espacio que forma ese diente que tiene extra va a determinar el desplazamiento de la bomba. En la zona en donde los engranajes no engranan lo ocupa una media luna, la conexión de succión se encuentra en la zona donde los engranajes se desgranan provocando que las cámaras transporte el fluido entre los espacios que tienen los dientes y la media luna hacia la zona donde los dientes se desgranan.

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Bombas de paleta: Las bombas de paleta consisten de un conjunto de aletas con cinemática radial. Estas aletas oscilan u deslizan en un cilindro hueco que tiene ranuras radiales en el rotor. El rotor está colocado de forma excéntrica respecto al eje del cuerpo de la bomba, durante la rotación de las aletas hacen movimientos de vaivén o alternativos. Las bombas de paleta consisten de un conjunto de aletas con cinemática radial. Estas aletas oscilan u deslizan en un cilindro hueco que tiene ranuras radiales en el rotor. El rotor está colocado de forma excéntrica respecto al eje del cuerpo de la bomba, durante la rotación de las aletas hacen movimientos de vaivén o alternativos.

2.13.2 Tipos de bombas de paleta

Bombas de paleta desequilibrada o de eje excéntrico: Constan de un rotor con ranuras, el cual su giro es provocado por la flecha impulsora. Las paletas logran el movimiento a través de la fuerza centrífuga dentro de las ranuras y siguen la forma que tiene la carcasa.

Bombas de paleta equilibrada de 1000 lb/plg2 de presión: La compañía Vickers incorporated fue acreditada por crear el diseño de esta bomba, la cual el balance hidráulico que se genera por el diseño, permite que los cojinetes de las flechas desarrollen la carga de impulsión de la bomba. 42

Estas bombas de paletas equilibradas se encuentran compuestas por un rotor, dos bujes, varias paletas, una espiga de localización y un anillo de leva. Esta bomba puede girar en dos sentidos dependiendo para el trabajo que se requiera.

Bomba de paleta equilibrada de 2000 lb/ plg2 de presión: esta bomba emplea la misma condición de equilibrio que se describe en las bombas de paletas Vickers, pero se incorporan dos orificios admisión o entrada y de dos orificios de salida que tienen una separación de 180 grados. La diferencia que existe entre estos dos equipos consta en que el valor de la presión máxima es elevado hasta 2000 lb/plg2 a través de una construcción de mayor peso y la alteración de las paletas en su diseño y también del rotor para que exista un contacto adecuado de las paletas. La condición del contacto constante que tienen las paletas con el anillo de levas y puede funcionar como bomba o motor sin sufrir alguna alteración mecánica. El balance hidráulico que tiene la caja de bombeo y también la carga equilibradas de las paletas permite que el funcionamiento de la bomba dure por períodos más prolongados con las condiciones máximas de presión.

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Bombas de pistón: Estas bombas generalmente son utilizadas en la industrial debido a su alto rendimiento y por tener la facilidad de trabajar a presiones superiores a 2000 lb/plg2 y su eficiencia volumétrica es aproximadamente de 95 a 98%.

2.13.3 Tipos de bombas de pistón

Bomba de pistón radial: esta bomba consta de un barril, pistones, un anillo y una válvula de bloqueo. Su funcionamiento es similar a la de una bomba de paletas, la diferencia es que usa pistones en vez de paletas deslizantes. El barril de cilindros que contiene los pistones se encuentra excéntrico al anillo. El barril de cilindros gira, formando un volumen creciente al interior del barril durante la mitad de la revolución y en la otra mitad se genera un volumen decreciente. El fluido ingresa y sale de la bomba por medio de las válvulas de bloqueo que se encuentran en el centro de la bomba.

Bomba de pistón axial: en este tipo de bomba los pistones se encuentran dentro de un tambor de cilindros y su desplazamiento es de forma axial, es decir, de manera paralela al eje. Los pistones disponen de un apoyo que se desliza sobre un plato inclinado. Estas bombas usan válvulas de retención o placas de distribución para conducir el caudal desde la aspiración hacia la impulsión.

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Como el plato de rotación de los pistones se encuentra en Ángulo con el plano de la placa de válvulas, la distancia de los pistones y la placa de válvula varía de manera constante durante la rotación. Cada pistón de forma individual se separa de la placa de válvula durante media revolución y luego se acerca a esta en la otra media revolución. La placa de válvulas contiene orificios dispuestos a que la aspiración quede abierta a los orificios de los cilindros en la zona de revolución donde se provoca la separación de las placas. El orificio de salida se encuentra encarado a los orificios de los pistones en la zona de giro en donde los pistones se aproximan a la placa de válvula, en este proceso los pistones succionan fluido hacia el interior de los cilindros y luego lo expulsa por la cámara de salida.

Bomba de pistón de barril angular (Vickers) La varilla del pistón se encuentra conectada a él, a través de una junta llamada socket de bola y además el barril va unido a la flecha de impulso por medio de una junta combinada universal de velocidad constante de tipo Williams. Las cargas para el impulso de bomba y para el empuje por la acción del bombeo son soportadas por tres cojinetes de bolas de hilera simple y un cojinete de bolas de hilera doble. El arranque inicial de esta bomba no se debe realizar hasta que su caja se encuentre llena de aceite, a esto se le denomina cebado, pero la bomba no se ceba para lograr bombear, sino para lubricación de los cojinetes y la superficie de desgaste sea eficiente. 45

Bomba de pistón de placa de empuje angular (Denson): el diseño y armado de esta bomba incorpora zapatas de pistón que se van a deslizar sobre la placa de empuje angular. Estas bombas antes de que empiecen su funcionamiento deben ser llenadas de aceite, la contaminación podría provocar raspaduras y perdida liguera de eficiencia. Además la de falta de lubricación ocasionara desgaste.

2.13.4 VÁLVULAS HIDRÁULICAS Las válvulas hidráulicas son mecanismos utilizados para regular el flujo de los fluidos. Además son usados para construcción y armado de sistemas hidráulicos, deben ser tratadas de forma separada debido a que cada válvula presenta características distintas y únicas.

Válvulas

direccionales:

son

las

que

controlan

los

actuadores

conduciendo el funcionamiento de una dirección a otra, bloqueando o permitiendo el paso del fluido. Además puede influir en el arranque de los cilindros y receptores, como también puede gobernar a otras válvulas.

46

2.13.4.1 Tipos de válvulas direccionales

Válvula direccional 2/2: estas válvulas une las dos vías en una posición y en la otra posición las separa.

Válvula direccional 3/2: tiene dos posiciones y tres vías en donde una va al actuador, que tiene un retorno mecánico, generalmente por muelle y las otras dos vías van al tanque y a la presión logrando que una posición el fluido vaya al actuador presión y en la otra posición pueda retornar del actuador al tanque.

Válvula direccional 4/2: tiene dos posiciones como la válvula 3/2, pero esta tiene dos vías al actuador, logrando que en una posición cause el funcionamiento del actuador en sentido contrario, ya sea un cilindro de doble efecto haciendo que en una posición el pistón salga y en la otra entre el pistón del cilindro.

Válvula direccional 4/3: esta válvula tiene cuatro vías, las cuales son presión (P), tanque (T), A y B las cuales son las vías que van al actuador, cilindro o bomba hidráulica. Se produce la variación debido a que tiene tres posiciones siendo semejantes los circuitos internos de las posiciones laterales que tienen las válvulas 4/2, pero en la posición central donde los circuitos pueden ser de forma distinta y se clasifican en:

47



Válvula direccional 4/3 con centro abierto: el centro abierto significa que se encuentran unidas internamente las cuatro vías.



Válvula direccional 4/3 con centro cerrado: en estas tipos de válvulas, las cuatro vías se encuentran bloqueadas internamente, provocando que no circule el fluido en ninguna de las direcciones.



Válvula direccional 4/3 de centro tándem: esta válvula tiene las dos vías que va al actuador bloqueadas y dos vías que van al tanque y la presión logrando que el actuador quede bloqueado y la presión es enviada al tanque o a otra válvula cuando se encuentre inmovilizado el actuador.



Válvula direccional 4/3 con centro abierto negativo: la válvula en este caso, el centro tiene la presión bloqueada y el actuador retorno por las dos vías la presión hacia el tanque.

Válvulas de presión: Las válvulas de presión o también llamadas válvulas limitadoras limitan la presión de trabajo en el circuito, además limita la presión de la bomba y también pueden ser usadas como elemento de seguridad.

Válvula limitadora de presión: es una válvula de seguridad, ya que al momento de superar la presión comienza a descargar.

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Válvula reductora de presión: esta válvula limita o reduce la presión, en el caso en que el circuito tenga una presión superior a la necesaria para hacer funcionar un componente del circuito, al suceder esto se usaría una válvula reductora de presión.

Válvula secuenciadoras: son utilizadas para secuenciar componentes hidráulicos por ejemplo, si necesitamos alimentar a dos cilindros y que uno actué antes que el otro. Se utilizan las válvulas secuenciadoras de esta manera se genera un desfase en los cilindros.

Válvulas equilibradas: también conocidos como válvulas de descarga, esta válvula se encarga de crear una resistencia para mantener una carga. En este caso, si necesitamos alimentar un cilindro ubicado de manera vertical y requerimos que no pierda fuerza o presión, se usaría una válvula de equilibrio, de otra forma el cilindro podría bajar y lesionar al operador es por esto, que es necesario controlar la fuerza de gravedad, evitando que el vástago del cilindro caiga.

Válvula de frenado: estas válvulas son utilizadas para el retorno de los motores hidráulicos. Cuando el eje del motor recibe una sobre carga evitando el exceso de velocidad y también que se genere demasiada presión cuando se detiene la carga o se desacelera.

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Válvulas anti retorno: Estas válvulas hacen que el fluido circule en un sentido y en el sentido contrario cierra el paso del fluido. El funcionamiento puede ser muy complejo, esto dependerá si se encuentran pilotadas o no. El pilotaje es realizado mediante la presión en una de las entradas, por donde el fluido logra pasar y presiona el pistón de mando. Este pistón permite el paso u obstruye la libre circulación del fluido.

Válvula anti retorno simple: estas válvulas permiten el paso del fluido en un sentido, pero impide el paso en el sentido contrario, el encargado de realizar el cierre es una bola o cono. Es montada de forma vertical para que el mismo peso facilite la obstrucción.

Válvula anti retorno con muelle: son iguales a las de anti retorno simple con la diferencia que se les incorpora un muelle.

Válvula anti retorno pilotado sin drenaje: son válvulas de seguridad contra rupturas de mangueras y pérdidas de fluido. En estas válvulas el fluido puede circular en sentido contrario para ello el pilotaje o pistón de mando necesita recibir cierta cantidad de presión. Válvula anti retorno pilotado con drenaje: el funcionamiento es igual que la válvula anti retorno pilotado con drenaje, lo que tiene de diferencia es que incluye un drenaje adicional.

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Válvula de pre sellado: son utilizadas para el pre llenado de cilindros grades y se cierran cuando alcanzan una presión determinada.

Válvula doble anti retorno: son utilizadas para cerrar el paso durante un largo tiempo a los demás consumidores de la misma instalación.

2.13.4.2 VÁLVULA DE FLUJO Cuando se requiere variar la velocidad de un actuador. Se deben utilizar las válvulas de flujo, es decir que pueden controlar el flujo.

Válvulas estranguladoras: utilizadas para restringir el fluido que proviene de una fuente de alta velocidad de flujo. Esta válvula proporciona una velocidad de flujo controlada en una dirección y flujo libre sin restricciones en la dirección opuesta.

Válvulas reguladoras: estas válvulas no dependerán de la presión, sino del caudal, se pueden fabricar de tal manera que la viscosidad del fluido pueda ser determinante o no. El objetivo es regular la presión de trabajo deseada aun valor predeterminado y constante, independiente de la presión de entrada y del consumidor.

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Válvula reguladora en la entrada del actuador: es utilizada para la elevación de cargas. Esta se dispone entre el actuador y la bomba, regulando la cantidad de fluido que ingresa. Esta válvula se encuentra en paralelo con otra válvula para desviar el fluido que no ingresa al actuador. El fluido sobrante tiene presión y es enviada al tanque, lo que le hace perder energía útil, además el fluido se calienta más y es probable que la carga sufra una aceleración o desaceleración.

Válvula reguladora a la salida del actuador: en esta situación lo que se controla la salida del fluido del actuador. Se coloca una válvula limitadora en paralelo con otra válvula para desviar el fluido que no ingresa al actuador, al retener el fluido de la salida del actuador, no es probable una desaceleración

o

aceleración

de

la

carga,

como

desventaja

o

inconveniente diremos que el calentamiento del fluido es importante, y que si existe aumento o multiplicación de presión en el actuador. Además este método es usado para controlar las cargas en su descenso y en máquinas con operaciones discontinuas.

52

2.14.5 CILINDROS HIDRÁULICOS Actuadores mecánicos o motores hidráulicos lineales utilizados para realizar una fuerza especifica de forma lineal, actuando como un accionador.

2.14.5.1 Tipos de cilindros hidráulicos

Cilindro hidráulico tipo buzón: este cilindro ejerce la presión en solo una dirección, liberando la presión al momento de accionar algún tipo de mecanismo, como un pulsador o palanca, solo contiene una cámara, son montados de manera vertical debido a que el retorno se realiza por la fuerza de gravedad.

Cilindro hidráulico de simple efecto: este cilindro puede ser de tracción o empuje, el retorno del vástago es realizado por medio de la fuerza de gravedad a través de un muelle o el peso de una carga. Es normal hallar en este cilindro un orificio para que la cámara no sea llenada de aire.

Cilindro hidráulico de doble efecto: este cilindro entregan su fuerza a compresión y tensión en ambos sentidos de su carrera, es decir se le aplica la presión en ambas caras del embolo. Además suelen incorporar válvulas distribuidoras, reguladoras y de presión para regular la velocidad de desplazamiento del vástago. 53

2.14.5.2 Tipos de cilindros hidráulicos de doble efecto

Cilindros diferenciales: son los más comunes y son llamados diferenciales debido a la diferencia de áreas entre las dos cámaras; es decir, el área del pistón y área anular, la diferencia entre el área del vástago y área del pistón. Este cilindro puede ser utilizado en prensas, máquinas de inyección de plástico y de metales, sopladoras y de equipos móviles como excavadoras, bulldozer, cargadores, entre otros.

Cilindros de doble vástago con diámetros de vástagos de igual diámetro: son utilizados en direcciones hidráulicas de algunos equipos como automóviles o camiones y en diversas aplicaciones de tipo industrial.

Cilindros de doble vástago con diámetros de vástago diferente: son cilindros de doble vástago diferenciales y sus aplicaciones se pueden ver en diversas áreas del tipo industrial y cilindros de construcción especial.

Cilindros telescópicos Son una serie de émbolos que se encuentran en el conjunto telescópico. Con la excepción del embolo más pequeño, cada uno de los émbolos es 54

hueco y sirve como camisa de cilindro para el embolo más pequeño que sigue. Este conjunto se contiene en el montaje principal del cilindro que además proporciona los puertos fluidos. Aunque el conjunto necesite un pequeño espacio con todos los émbolos contraídos, la acción telescópica del conjunto entrega un movimiento relativamente largo en el momento que los émbolos son extendidos.

Cilindro telescópico de simple efecto: estos tipos de cilindros se contraen por gravedad o por una fuerza mecánica, algunos gatos hidráulicos son equipados con estos cilindros, además son usados en elevadores y en aplicaciones donde se requiera elevar cargas a grandes alturas.

Cilindro telescópico de doble efecto: es este tipo de cilindro, la presión del fluido se utiliza tanto para los movimientos de extensión como para la contracción. Una válvula de control direccional de cuatro vías es usada para controlar la operación del doble efecto. Cilindro en tándem: un cilindro actuador en tándem consiste en dos o más cilindros ubicados uno tras otro. Es utilizado en aplicaciones que necesiten dos o más sistemas independientes, como en sistemas de potencia de comando de vuelos en aviones navales.

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Cilindros de marcha rápida de simple y doble efecto: trabajan como dos cilindros en uno, este puede generar velocidades de desplazamiento muy rápido por volúmenes grandes y pequeños, como fuerzas de compresión por grandes áreas efectivas del pistón utilizados en máquinas de inyección de plástico de metales de grandes potencias.

2.14.6 Mangueras hidráulicas Las mangueras hidráulicas son tubos diseñadas para conducir fluidos de un lugar a otro. Se utilizan para baja, mediana, alta y extrema presión. Pueden tener mallas metálicas trenzadas desde una a cuatro, esto dependerá de la presión que se requiera, para poder unirlas se utilizan diferentes tipos de acoples. Además están construidas y diseñadas bajo normas de seguridad y deben cumplir ciertos requisitos como seguridad, flexibilidad, desempeño, resistencia y durabilidad.

Mangueras hidráulicas de mediana presión: su construcción es de una trenza de acero con cubierta delgada y flexible, esto facilita el ruteo de ensamble en los equipos. Mangueras hidráulicas de baja presión: fabricadas para ser utilizadas en distintas aplicaciones con presiones de operación por debajo de los 300 PSI.

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Mangueras hidráulicas de alta presión: llamadas mangueras de dos alambres debido a que tienen un refuerzo de dos trenzas de alambre de acero de alta tensión.

Mangueras hidráulicas de extrema presión: son utilizadas para equipos de construcción y maquinaria de servicio pesado en donde ocurren altos impulsos o incrementos súbitos de presión.

2.14.7 Mangueras neumáticas

Una manguera es un tubo hueco diseñado para transportar fluidos de un lugar a otro, éstas generalmente son cilíndricas y para poder unirlas se utilizan distintos tipos de racores o acoples.

2.14.7.1 Tipos de mangueras neumáticas

-

Mangueras neumáticas de mediana presión: Su construcción se basa en una trenza de acero con una cubierta delgada y flexible, lo cual facilita el ruteo de ensambles en los equipos.

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-

Mangueras neumáticas de baja presión: Diseñadas para usarse en diferentes aplicaciones con presiones de operación por debajo de los 300 PSI.

-

Mangueras neumáticas de alta presión: Son llamadas mangueras de dos alambres porque generalmente tienen un refuerzo de dos trenzas de alambre de acero de alta tensión.

-

Mangueras neumáticas de extrema presión: Las mangueras de extrema presión y muy alta presión se utilizan para equipos de construcción y maquinaria de servicio pesado en donde suceden altos impulsos o incrementos súbitos de presión.

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CAPÍTULO III. DESCRIPCION DE LA SITUACION ACTUAL

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Situación actual

Actualmente la empresa KOMATSU REMAN CHILE posee dos mecánico, a quien se le entrega una remuneración de $3.525 pesos valor hora, lo que al ser multiplicado por las 9 horas diarias de trabajo nos da un sueldo diario de $31.725 pesos, que a su vez debe ser multiplicado por 20 días laborales al mes. Donde obtenemos una remuneración mensual de $634.500 pesos, dicha cifra multiplicado por el total de mecánicos (2) nos da un valor de $1.269.000 junto a esto la compañía posee dos ayudantes mecánicos, a quienes se les entrega una remuneración de $2.890 pesos valor hora, lo que al ser multiplicado por 9 horas diarias de trabajo nos da un sueldo diario de $26.010 pesos, que a su vez debe ser multiplicado por los 20 días laborales al mes, obteniendo una remuneración mensual de $520.200 pesos. Dicho valor debe ser multiplicado por la cantidad de ayudantes (2ayudantes) obteniendo un costo de $1.040.400 pesos por concepto de ayudantes mecánicos. Al llevar a años los costos de mecánicos debemos multiplicar el costo mensual de $1.269.000 por la cantidad de meses que tiene un año (12 meses) nos da un costo anual por concepto de mecánicos de $15.228.000. Por otra parte se debe realizar la misma operación con

los ayudantes lo que nos da un costo

anual de $12.480.000.

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Ambos costos anuales se deben sumar para obtener el costo total anual que nos da $27.708.000.

Mecánico 1 Mecánico 2 Ayudante 1 ayudante 2

$ $ $ $

Situación actual Costo horas hombre Costo diario 3.525 $ 31.725 3.525 $ 31.725 2.890 $ 26.010 2.890 $ 26.010 total

costo mensual $ 634.500 $ 634.500 $ 520.200 $ 520.200

costo anual $ 7.614.000 $ 7.614.000 $ 6.242.400 $ 6.242.400 $ 27.712.800

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CAPÍTULO IV. MODELO PROPUESTO

62

4.1 Diseño de Estructura El material estructural para el análisis de cálculos de resistencia de este proyecto son perfiles en acero A42-27 ES y planchas acero ASTM A36 para verificar los esfuerzos y deformaciones frente a los valores admisibles de los aceros utilizados en el diseño. El levante de la plataforma conlleva a trabajar con perfiles de acero A4227 ES, la cual sus propiedades de dureza y deformación son óptimos para el levante de una plataforma de peso de aproximadamente 3900 Kg. En la plataforma de trabajo, donde se ubica el operador, se instala una plancha de acero ASTM A36 para un óptimo trabajo e instalación de máquinas y herramientas para la ergonomía del operador al realizar un ensamble y desarme del motor eléctrico de tracción Komatsu 960.

4.2 Descripción de Materiales Para realizar el montaje estructural en este proyecto de plataforma integral de trabajo, se propone trabajar en el ensamble de la estructura perfiles en acero A42-27 ES, por sus propiedades laminar es más resistente a fuerzas ejercidas sobre este, son perfiles comúnmente ocupados en construcciones de estructura de alta resistencia y a la vez no son tan pesados para su transporte pero son altamente resistentes. A continuación se presenta una tabla con las propiedades de prueba de tensión de perfil en acero A42-27 ES.

63

En el ensamble y construcción de la plataforma integral, como piso para el trabajo del operador, se propone trabajar con planchas de acero ASTM A36, la cual sus características principales son la buena soldabilidad, adecuada para el trabajo de vigas y perfiles estructurales. Alguna de sus aplicaciones son en construcciones de estructuras de alta resistencia, estanques y estructuras en edificios. A continuación se presenta una tabla con pruebas de propiedades mecánicas aplicadas sobre plancha ASTM A36.

4.2.1 Acero estructural ASTM ASTM: American Society for Testing Materials La sociedad de prueba de materiales (ASTM) es una asociación líder mundial en la definición de materiales y métodos de prueba en casi todas las industrias. Tabla clasificación de los aceros ASTM Ver ANEXO N°1

4.2.2 Perfiles en acero A42-27 ES Perfiles tubulares la cual garantiza cifras mecánicas para la resistencia a la tracción, límite de fluencia, y alargamiento, además de valores de composición química máximos, lo cual da como resultado una excelente soldabilidad y doblabilidad en caso de ser necesarios.

64

4.3 Implementación del sistema hidráulico

La implementación del sistema hidráulico en este proyecto para la realización de la memoria de cálculos, dependiente del peso de levante de la plataforma se calculó el diámetro del cilindro y carrera del vástago, para elevar la plataforma a un punto máximo en el cual se requiera el trabajo en el motor de tracción. Luego implementar una bomba eléctrica serie 8000 ENERPAC de 10.000 psi para obtener un levante óptimo de trabajo, el caudal se regula mediante una válvula reguladora de presión la cual es requerida por los cilindros hidráulicos ya que la bomba ejerce más presión a lo requerido por los cilindros hidráulicos. Las mangueras hidráulicas de goma reforzada serie 900 capaces de resistir los 10.000 [psi] entregados por la bomba conllevan al trabajo eficiente para el levante de la plataforma y optimiza el trabajo de cada uno de los cilindros hidráulicos de levante.

4.3.1 Descripción de materiales

Los cilindros hidráulicos serie RC doble efecto REVERSOL serie H, con diámetro 2 ½ x 1000 mm de carrera, son requeridos para el levante de la plataforma por su eficacia y carrera del vástago requerida.

65

4.3.2 Bomba hidráulica La bomba elegida para implementar en el proyecto de plataforma integral de trabajo es una bomba de marca ENERPAC serie 8000 la mejor opción para trabajar con cilindros de gran capacidad de levante, la cual esta bomba trabaja con una presión de operación máxima de 10.000 psi.

Especificaciones técnicas de bomba hidráulica: Ver “anexo N° 2”

4.3.3 Válvula Direccional 4x3 accionada manualmente y retorno con resorte, con control remoto ENERPAC VC-4 Válvula de partida y retorno del fluido de bombas a cilindros hidráulicos. Nota: Ver anexo N° 3 4.3.4 Válvula reguladora de presión 5000 [psi] MVPM-5 ENERPAC Válvula reguladora de presión para el óptimo trabajo de caudal desde la bomba eléctrica hasta los 4 cilindros hidráulicos para el levante de la plataforma integral de trabajo. Las válvulas secuenciales bloquean el aceite en un circuito hidráulico secundario hasta que la presión del circuito primario alcanza el nivel preestablecido. Nota: Ver anexo N° 4 Especificaciones técnicas: Ver anexo N°5

66

4.3.5

Manómetro diámetro 4” con rango de presión 0 – 1000 [psi]

ENERPAC Manómetro calibrado con lectura en doble escala con la presión y la fuerza, también esta calibrado para la lectura en bares y psi. Nota: Ver anexo N°6 Especificaciones Técnicas: Ver anexo N°7

67

MEMORIA DE CALCULOS

4.4.1

Criterios aplicar en el análisis:

Se aplicará en el análisis el siguiente criterio de verificación al diseño:

Tensión:

Donde: =Tensión máxima generada en la estructura de plataforma inteligente

[kg/cm²].

=Tensión admisible del acero de la plataforma inteligente, en [kg/cm²]

=Tensión de fluencia del acero, 2.700 [kg/cm²] para perfiles de Ac. A42-27 ES y 2530 [kg/cm²] para planchas acero ASTM A36. FDS =Factor de seguridad = 2 para carga estática 68

4.4.2 ANALISIS

4.4.3 Cargas Carga de Levante por Plataforma:

69

Nota: El volumen de acero, se determina con herramienta de solidworks aplicado al dibujo.

(Incluye peso escalas fija a la base soporte + orejas y pasadores)

]

(6 cajas de 50 [kg] cada una).

Por lo tanto,

=38.240 [N]

70

Para los cilindros hidráulico, se considerará que la carga puede ser soportada por 4 cilindros a; por lo que,

= 6432 [N]

4.4.4 Calculo de barras articuladas

Ahora calculamos las barras necesarias para transmitir las cargas de servicio, hacia el piso. Supondremos armadura reticulada plana, como se muestra.

71

Armadura reticulada isostática simplemente apoyada Ahora calculando reacciones por estática, en el momento más desfavorable (es decir cuando la plataforma tiene su máxima elevación), tenemos que.

F

0

y

Ay  BY  3902[kgf ]

M

0

A

BY  4[m]  4[m]  1.951[kgf ]  0 BY  1.951kgf 

Ay  1.951[kgf ]

De (*)

Luego sacamos reacciones en barras por el método de los nudos Nodo A

F

y

0

1.951[kgf ]  b1  sen48  0 b1  2.625kgf   compresion

F

x

0

b2  b1  cos 48  0 b2  1.756kgf   traccion

72

Nodo B

F

y

0

1.951[kgf ]  b3  sen48  0 b3  2.625kgf   compresion

Barras b4, b5, b6, b7, b8 transmiten la resistencia de la carga hacia las vigas b1, b2 y b3.

4.4.3

Diseño sistema de levante hidráulico.

La plataforma es levantada por 4 cilindros hidráulicos, estos se fijarán con pasadores. La plataforma se elevará y ajustara con los cilindros hidráulicos a la altura máxima de 2920 [mm] y para acceder a soltar los pernos en la parte inferior del MOTOR ELECTRICO DE TRACCION, el motor deberá estar apoyado sobre una base de 650 [mm] de altura, igual a la altura de la plataforma recogida.

73

4.4.3.1 Dimensionamiento de los cilindros hidráulicos

La fuerza

a aplicar por el cilindro hidráulico, deberá ser la máxima

requerida en el levante de la plataforma y, esta se produce en el inicio del levante; ya que, la fuerza está dada por: =27.861 [N]

Considerando una presión hidráulica p = 3000 [psi] = 211 [kg/cm²], el diámetro de los cilindros será:

Pero, se considerará cilindros de diámetro mayor al calculado; ya que, hay que evaluar el cilindro en su extensión máxima a la resistencia al pandeo y, cilindros de diámetro de 2 ½” interior y con vástago de 1 3/8” se ve adecuado para su evaluación.

74

4.5 PANDEO: Calculo de pandeo para vástago acero SAE 1045 Con la ecuación de Euler para inestabilidad elástica calculamos el momento de inercia:

ɪ=

ɪ=

ɪ= 7,37 [cm ]

calculo de fuerza de pandeo (FP):

En donde: E= Modulo de elasticidad FP= Fuerza de pandeo

= Momento de inercia LP= Longitud de pandeo de la barra Para un vástago de 1 3/8” (35 mm) y para una distancia Sk = L = 1000 [mm].

75

Para un vástago de 1 3/8” (35 mm) y para una distancia Sk = L = 1000 [mm], la carga de pandeo es de

, mayor a carga de

levante del cilindro hidráulico, de 2.843 [kgf] (27861 [N]), por lo que queda demostrado que el vástago no está expuesto a pandeo.

4.6 CAUDAL: Para los cuatro cilindros considerados en la plataforma, se tiene:

Q = 4 ×V×A = 4 ×1 [cm/s] × 31, 6692 [cm²] = 126, 68 [cm³/s] = 30 [L/m]

La bomba hidráulica deberá considerar un depósito para el líquido hidráulico, de capacidad volumétrica de:

76

4.7

Análisis estructural de la plataforma

a) Barras articuladas:

Para las barras articuladas de elevación de la plataforma, se tiene:

Donde dmax = 125 [cm]: Distancia máxima para Mmax Para barras articuladas de tubular 100x50x6 de acero A42-27 ES, se tiene:

Wxx = 34,5 [cm3] (Módulo resistente)

77

La tensión máxima es:

=126.166.180[pa]=126,16[Mpa] Y, el factor de seguridad es igual a:

= Mayor al factor requerido, de 2

b) Pasadores

El esfuerzo de corte máxima en los pasadores se determina con la expresión siguiente:

= 78.400.000[pa] = 78,4 [Mpa]

78

Nota:

para dos pasadores en acero SAE 4140 es:

= En este caso no presenta problema al corte de pasadores.

c) Plataforma

Esta se apoya en 8 puntos, 4 sobre rodillos y 4 articulados y, por su forma la tensión máxima se da en la parte media de la plataforma del sector de apoyo a los rodillos y articulaciones, la tensión máxima es:

Fig. 4 Estado de carga en zona de apoyo y articulación de las barras de levante.

3.9kg/cm²

79

Para la máxima altura de levante de la plataforma 2,920 [mm], la tensión máxima en las barras es: = 8.911.140 [pa]

= 8,91 [Mpa] (Cumple lo requerido) NOTA: Aquí, para efecto de sobredimensionar la estructura, se consideró que la carga distribuida “q” = (wLEVANTE /4L) =3.9 [kg/cm] total en esa zona de apoyo y articulación de la mitad de la plataforma.

4.8 Análisis de soldadura: Para los aceros utilizados Perfiles en Acero ASTM A42-27 ES y Planchas de acero ASTM A36, las soldaduras en general se realizara según Norma AWS, con Electrodo E6010/E7018 y, las piezas de interés a analizar son las orejas de soporte y articulación de los cilindros: Aquí, las orejas presentan un área de soldadura: Donde: A= área de soldadura e = espesor de la soldadura b = largo del cordón de soldadura (largo de la oreja) = 7,5 [cm] Por tanto, 80

A = 4×1.2 [cm] ×7,5 [cm] = 36 [cm²] Y, asumiendo que la componente horizontal es aproximadamente igual a 2.843 [kg] 27.861 [N], el esfuerzo al corte en la soldadura será:

= 94.080.000 [pa]= 94,08 [Mpa] (Para soldadura acero al carbono).

De acuerdo a los cálculos principales desarrollado, se ve que los esfuerzos generados son menores a los admisibles del acero (A42-27 ES), presentando un factor de seguridad mayor a 2, requerido para carga estática. En consecuencia el cálculo realizado avala el “Buen Diseño”.

81

CAPITULO V. EVALUACION DE PROYECTO

82

5.1 Evaluación financiera En

este

capítulo

implementación de

analizaremos

los

costos

asociados

la plataforma integral de trabajo tipo tijera

a

la con

sistema hidráulico y se dará a conocer la viabilidad del proyecto. Se realizara una comparación de los

costos de contratación de personal

externo en comparación a los costos de

implementación junto a esto se

dará a conocer en cuanto tiempo será

recuperada la inversión.

5.2 situación actual Actualmente la empresa KOMATSU REMAN CHILE posee dos mecánico, a

quien se le entrega una remuneración de $3.525 pesos

valor hora, lo que al

ser multiplicado por las 9 horas diarias de trabajo

nos da un sueldo diario de

$31.725 pesos, que a su vez debe ser

multiplicado por 20 días laborales al mes. Donde obtenemos una remuneración mensual de $634.500 pesos, dicha cifra multiplicado por el total de mecánicos (2) nos da un valor de $1.269.000 junto a esto la compañía posee dos ayudantes mecánicos, a

quienes se les entrega

una remuneración de $2.890 pesos valor hora, lo que al ser multiplicado por 9 horas diarias de trabajo nos da un sueldo diario

de $26.010 pesos,

que a su vez debe ser multiplicado por los 20 días laborales al mes, obteniendo una remuneración mensual de $520.200

pesos. Dicho valor

debe ser multiplicado por la cantidad de ayudantes (2

ayudantes)

obteniendo un costo de $1.040.400 pesos por concepto de

ayudantes

mecánicos.

83

Al llevar a años los costos de mecánicos debemos multiplicar el costo mensual de $1.269.000 por la cantidad de meses que tiene un año (12 meses) nos da un costo anual por concepto de mecánicos de $15.228.000.

Por otra parte se debe realizar la misma operación con los

ayudantes lo que nos da un costo anual de $12.480.000. Ambos costos anuales se deben sumar para obtener el costo total anual que nos da $27.708.000

Situación actual Costo horas hombre

Costo diario

Mecánico 1

$3.525

$31.725

costo mensual $634.500

Mecánico 2

$3.525

$31.725

$634.500

$7.614.000

Ayudante 1

$2.890

$26.010

$520.200

$6.242.400

ayudante 2

$2.890

$26.010

$520.200

$6.242.400

total

costo anual $7.614.000

$27.712.800

Tabla V. 1 situación actual Situación mejorada Costo horas hombre

Costo diario

Mecánico 1

$3.525

$31.725

costo mensual $634.500

Ayudante 1

$2.890

$26.010

$520.200

$6.242.400

ayudante 2

$2.890

$26.010

$520.200

$6.242.400

total

costo anual $7.614.000

$20.098.800

Tabla V.2 Situación mejorada

84

5.3 costos asociados El costo que tiene la realización de este proyecto se detalla en las tablas, donde se ven

reflejados los gastos y la inversión a realizar para el

montaje y la instalación de nuestra plataforma integral de trabajo tipo, en la tabla a continuación se detallan los gastos de materiales de construcción, implementos de seguridad y mano de obra.

5.3.1 costos de diseño e implementación

Costos de implementación

Cantidad

Horas hombre

Mecánico

1

90

$

1.852

$

166.680

Soldador

1

90

$

1.852

$

166.680

Pintor

1

90

$

1.852

$

166.680

Diseño ingenieril

1

45

$

13.334

$

600.030

$

1.100.070

total

Costo unitario

Costo total

Tabla V. 3 Costos diseño implementación

85

5.3.2 Costo componentes parte “A” Componentes del sistema

especificaciones

cantidad

Costo unitario

Bomba electrica

Enerpac serie 8000

1

$ 4.550.689

$

4.550.689

Cilindro hidraulico

vastago Ø1 3/8" Cil. Ø2 1/2 7460Lb

4

$

91.312

$

365.248

14

$

47.500

$

665.000

Mangueras hidraulicos

3/8"

10000 psi. largo: 3m.

Costo total CLP

Conexión T

3/8"

1

$

15.000

$

15.000

Valvula direccional

valvula direccional 4/3

1

$

256.500

$

256.500

0-5000psi

1

$

310.560

$

310.560

valvula reguladora presion

Tabla V. 4 Costos componentes parte “A” 5.3.2.1 Costos componentes parte “B” Aceite hidraulico

Nuto H-46 1L

13

$

14.990

$

194.870

Perfil canal C

50x30x1.5mm

2

$

6.350

$

12.700

perfil Rectangular 1

80x40x3mm

9

$

24.264

$

218.376

perfil Rectangular 2

100x50x3mm

8

$

27.999

$

223.992

perfil Rectangular 3

80x40x2mm

9

$

15.840

$

142.560

perfil Rectangular 4

20x10x1.5mm

5

$

3.030

$

15.150

tubular

1x1.5mm

11

$

5.129

$

56.419

Grating tipo parrilla

970x6000mm

4

$

249.643

$

998.572

$

8.025.636

total

Tabla V.5 Costos componentes parte “B”

86

5.3.3 Costos de insumos parte “A” Herramienta o Especificación insumo

Cantidad

Unitario

Total

Soldadura 1

E6010 kg

100

$

1.980

$

198.000

Soldadura 2

E7018 kg

105

$

2.079

$

218.295

Maquina de soldar

20-160amp.

1

$

169.990

$

169.990

Compresor

2hp 8 bar

1

$

278.900

$

278.900

Tabla V.6 Costos de insumos parte “A”

5.3.3.1 Costos de insumos parte “B” Pistola para pintar

Ani G3

1

$

23.990

$

23.990

Flete materiales

__

__

$

100.000

$

100.000

Trapos

kg

2

$

400

$

800

Anticorrosivos

Galón

1

$

14.990

$

14.990

brochas 3"

Unidad

1

$

1.250

$

1.250

Lentes de seguridad

unidad

6

$

2.150

$

12.900

Tapones auditivos

unidad

8

$

700

$

5.600

Guantes de grabitilla

unidad

6

$

1.500

$

9.000

Esmeril

unidad

1

$

21.990

$

21.990

Disco de corte

unidad

10

$

1.690

$

16.900

Disco de desbaste

unidad

10

$

1.790

$

17.900

$

1.090.505

Total

Tabla V.7 Costos de insumos parte “B”

87

5.3.4 Costo total del proyecto Costo total proyecto Costos de $

1.100.070

$

1.090.505

$

8.025.636

$

10.216.211

implementación Costos de herramientas e insumos Costos de componentes Total

Tabla V.8 Costo total del proyecto 5.3.5 Costos de mantenimiento de la plataforma Componentes del

Periodo de

sistema

mantenimiento

Aceite y filtro

Semestral

$ 240.000

Válvulas

Anual

$ 530.000

Anual

$ 97.000

Semestral

$ 304.000

Anual

$ 290.000

Costo total CLP

Carbones-motor eléctrico Mano de obra de mantenimiento Análisis no destructivo

Tabla V.9 Costos de mantenimiento de la plataforma

88

5.4 5.4.1

FLUJO DE CAJA Ingresos anuales

Los ingresos anuales que tendrá la empresa serán la diferencia entre el costo total de la situación actual y el costo que genera la realización de la labor con nuestra plataforma integral de trabajo.

INGRESOS ANUALES Años

Ingreso

Primer año

$ 7.614.000

Segundo año

$ 7.766.280

Tercer año

$ 7.921.606

Cuarto año

$ 8.080.038

Quinto año

$ 8.241.638

Tabla V.10 Ingresos anuales

89

5.4.2

Resumen de los costos de inversión

Costo total proyecto Costos de $

1.100.070

$

1.090.505

$

8.025.636

implementación Costos de herramientas e insumos Costos de componentes total

$

10.216.211

Tabla V.11 Costo total del proyecto

5.4.3 Costos fijos Costos fijos Costos fijos

Gastos anuales

Electricidad

$

1.500.000

Total

$

1.500.000

Tabla V.12 Costos fijos

90

5.4.4 Costos variables Costos variables Descripción Aceite y filtro Válvula reguladora de caudal y válvula direccional Carbones-Motor eléctrico Mano de obra mantenimiento Análisis no destructivos Total

valor $240.000

1 2 $240.000 $ 240.000

3 $ 240.000

4 $ 240.000

5 $ 240.000

$530.000

$ 530.000

$ 530.000

$ 530.000

$ 530.000

$ 97.000

$

$

$

$

97.000

$304.000

$152.000 $ 304.000

$290.000

$ 290.000 $392.000

97.000

97.000

97.000

$ 304.000 $ 304.000

$ 304.000

$ 290.000

$ 290.000

$ 290.000

$1.461.000 $1.461.000 $1.461.000 $1.461.000

Tabla V.13 Costos variables

91

5.4.5 Estado de flujo de caja

Tabla V.14 Estado flujo de caja

92

5.4.6

Calculo de VAN y periodo de recuperación

FLUJ0 PERIODO CALCULO DEL VAN Y FLUJO DE FACTOR DE AJUSTADO DE PERIODO DE RECUPERO CAJA TASA DESCUENTO PARA V.A.N RECUPERO PERIODO CERO -10.216.211 -10.216.211 PERIODO UNO 4.894.279 10% 1.001000000 4.889.390 -5.326.821 PERIODO DOS 4.183.821 1.002001000 4.175.466 -1.151.355 PERIDO TRES 4.281.553 1.003003001 4.268.734 3.117.380 PERIODO CUATRO 4.346.592 1.004006004 4.329.249 7.446.629 PERIODO CINCO 4.411.199 1.005010010 4.389.209 11.835.838 PERIODO SEIS 0 1.006015020 0 11.835.838 PERIDO SIETE 0 1.007021035 0 11.835.838 PERIODO OCHO 0 1.008028056 0 11.835.838 11.835.838

Tabla V.15 Calculo de VAN y periodo de recuperación

5.4.7 Resumen de VAN y TIR

VAN

$ 6.615.421

TIR

34%

10%

Tabla V.15 Resumen de VAN y TIR

93

BIBLIOGRAFÍA

94

Capítulo i. planteamiento del problema Antecedentes de la empresa

komatsu holding south america. (2015). komatsu. 27-11-2015, de komatsu chile. Fuente: http://portalkch.komatsu.cl/nuestra-empresa/conozcanos/

Capítulo II. Antecedentes teóricos

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95

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Implementación

de

cilindros

hidráulicos

para

elevación

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102

ANEXOS

103

Anexos modelo propuesto

Anexo N°1

Tabla clasificación de los aceros ASTM

104

Anexo N°2

BOMBA HIDRAULICA

Anexo N°3

Válvula Direccional 4x3 accionada manualmente y retorno con resorte, con control remoto ENERPAC VC-4

105

Anexo N°4

Válvula reguladora de presión 5000 [psi] MVPM-5 ENERPAC

Anexo N°5

Especificaciones técnicas:

106

Anexo N°6

Manómetro diámetro 4” con rango de presión 0 – 1000 [psi] ENERPAC

107

Anexo N°7

Especificaciones técnicas del Manómetro

108