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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DEL ESTADO ARAGUA “FEDERICO BRITO FIGUEROA”. LA VICTORIA, ESTADO ARAGUA COORDINACIÓN DE CREACIÓN INTELECTUAL Y DESARROLLO SOCIO PRODUCTIVO

DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN DE UNA MEZCLADORA DE RESINA PARA LA EMPRESA PROYECTOS PET, UBICADA EN MARACAY, SAN VICENTE II ESTADO ARAGUA. PNFMV-2-15-1537 Proyecto Socio Integrador Presentado para Optar al Título de ingeniero en mecánica.

Autor (es): Tony Molina C.I: 22.344.256 Roberto García C.I: 21.221.662 Coordinador: Prof. Uzcátegui José Tutor: Prof. (a): Prof. (a) Darkys Delgado

La Victoria, Diciembre de 2016

i

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DEL ESTADO ARAGUA “FEDERICO BRITO FIGUEROA”. LA VICTORIA, ESTADO ARAGUA COORDINACIÓN DE CREACIÓN INTELECTUAL Y DESARROLLO SOCIO PRODUCTIVO

APROBACIÓN DEL TUTOR ACADEMICO

En mi carácter de Tutor Académico del Trabajo Socio Integrador titulado: “DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN DE UNA MEZCLADORADE RESINA PARA LA EMPRESA PROYECTOS PET, UBICADA EN MARACAY, SAN VICENTE II ESTADO ARAGUA”, Código: PNFMV-4-16-2374, presentado por el Br., TONY MOLINA titular de la cédula de identidad N° 22.344.256, y ROBERTO GARCIA titular de la cédula de identidad N° 21.221.662 como requisito para optar al título de INGENIERO en MECANICA considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y evaluación por parte del jurado examinador que se designe.

En la Ciudad de La Victoria, a los ________ del mes _____del _________

___________________________ Prof. (a) Darkys Delgado C.I: 10.166.769

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DEL ESTADO ARAGUA “FEDERICO BRITO FIGUEROA”. LA VICTORIA, ESTADO ARAGUA COORDINACIÓN DE CREACIÓN INTELECTUAL Y DESARROLLO SOCIO PRODUCTIVO

APROBACIÓN DEL COORDINADOR ACADEMICO

En mi carácter de Tutor Académico del Trabajo Socio Integrador titulado: “DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN DE UNA MEZCLADORADE RESINA PARA LA EMPRESA PROYECTOS PET, UBICADA EN MARACAY, SAN VICENTE II ESTADO ARAGUA”, Código: PNFMV-4-16-2374, presentado por el Br., TONY MOLINA titular de la cédula de identidad N° 22.344.256, y ROBERTO GARCIA titular de la cédula de identidad N° 21.221.662 como requisito para optar al título de INGENIERO en MECANICA considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y evaluación por parte del jurado examinador que se designe.

En la Ciudad de La Victoria, a los ________ del mes _____del _________

___________________________ Prof. Uzcátegui José C.I: 7.924.198

iii

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIAY TECNOLOGIA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DEL ESTADO ARAGUA “FEDERICO BRITO FIGUEROA” LA VICTORIA- ESTADO ARAGUA DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

COORDINACIÓN DE CREACIÓN INTELECTUAL Y DESARROLLO SOCIO PRODUCTIVO

Línea de investigación: “diseño y manufactura de elementos mecánicos” Autor(es): Tony R. Molina T. Roberto J. García R. Tutor (a): Prof. (a) Darkys Delgado Coordinador: Prof. Uzcátegui José Fecha: Diciembre de 2016

DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN DE UNA MEZCLADORADE RESINA PARA LA EMPRESA PROYECTOS PET, UBICADA EN MARACAY, SAN VICENTE II ESTADO ARAGUA. RESUMEN. En el presente proyecto se ha dispuesto a diseñar una máquina que cumpla con el proceso de mezclado de resina y aditivo en mayor cantidad como una opción de solución al problema que radica en la empresa PROYECTOS PET en Maracay estado Aragua, con respecto a la eficiencia y la poca producción diaria que realiza la empresa debido a que al ejecutar este trabajo de mezclado no cumplen con la demanda requerida y no cuentan con el equipo necesario para dicha labor lo cual lleva a la empresa a producir en horas extras de su respectivo horario, ocasionando mayor gasto, las maquinas existentes en el mercado, con capacidades de almacenamiento mayores para la mezcla son de alto precio lo cual no les permite adquirirla. Por lo que se vincula con el desarrollo económico enmarcado en el plan de la patria (2013-2019) los investigadores proponen diseñar una máquina que cumpla con los requerimientos de la empresa que es mezclar mayor cantidad de resina y aditivo en la jornada simple de trabajo (diurno) de manera automatizada y con poca mano de obra, que la cantidad de productos diarios aumente en un 50% , cuenta con diferentes procesos los cuales serán un sistema automático y menos riesgoso para manipular el mezclado. Descriptores: Maquina, Mezclado, Resina, Aditivos, Automatizada.

iv

Índice general. INTRODUCCIÓN.

14

CAPÍTULO I

16

CONTEXTUALIZACIÓN DEL PROBLEMA.

16 16

1.1.- DIAGNÓSTICO SITUACIONAL 1.1.1.-Razón social.

16

1.1.2.- Localización geográfica

16

1.1.3.- Jerarquización De Las Situaciones Problemáticas.

17

1.1.4.- Misión de la empresa.

17

1.1.5.-Visión de la empresa.

18

1.2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

18

1.3.- OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN.

19

1.3.1.- Objetivo general.

19

1.3.2.- Objetivos específicos.

20

1.4.- JUSTIFICACIÓN E IMPACTO SOCIAL Y TECNOLÓGICO.

20

1.5.- ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN.

21

1.6.- LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN.

21

1.7.- RELACIÓN DEL PROYECTO CON LA LEY PLAN DE LA PATRIA 2013-2019, CON EL PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN MECÁNICA 2014 Y CON LA LÍNEA O ÁREA DE INVESTIGACIÓN. 21 CAPÍTULO II

24

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

24

2.1.- ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.

24

2.2.- BASES TEÓRICAS.

25

2.2.1.- Resina

25

2.2.2.- Polietileno

25

2.2.3.- polietileno de alta densidad

25

2.2.4.- Aditivo deslizante

26

2.2.5.- Mezcla

26 v

2.2.6.- Mezcla homogénea

26

2.2.7.- Manejo de materiales

26

2.2.8.- Mezclado

27

2.2.9.-Tipos de mezcladores

27

Doble cono

27

Contenedores gemelos con barra agitadora

28

Tornillo planetario

28

Mezcladora vertical cónico de cinta

29

Mezcladora horizontal de cinta

30 31

2.2.10 Tipos de agitadores Agitador con hélice helicoidal de cinta

31

Agitador con hélice de 3 palas

32

Agitador con hélice de 4 palas

33

Agitador con hélice tipo ancla

33

Agitador de 4 hélices perpendicular

34 35

2.2.11 Motor eléctrico

35

2.3.- MARCO LEGAL. 2.3.1.- Constitución de la República Bolivariana de Venezuela

35

2.3.2.- Ley Orgánica de Educación

38

2.3.3 Ley de Propiedad Industrial - Publicada en la Gaceta Oficial Nº 24873 Del 14 de octubre de 1955 39 2.3.4.- Comisión Venezolana de Normas Industriales (C.O.V.E.N.I.N)

41 41

2.4 Definición de términos básicos. CAPÍTULO III

44

MARCO METODOLÓGICO

44

3.1.- METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN A IMPLEMENTAR

45

Población

46

Muestra:

46

Sistema de variables

47

vi

Técnicas e instrumentos de Recolección de Datos

47

Observación Directa

48

Tormenta de Ideas

48

Encuesta

49

Entrevistas Estructuradas

49

3.2.- METODOLOGIA DEL DISEÑO MECANICO

49 50

Objetivos: 3.3.- BASAMENTO TEÓRICO DE LA METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN.

50

1. Identificar los requerimientos

50

2. Valorar los requerimientos

51

3. Conocer el producto y el sistema operativo

51 51

3.4.- ETAPAS DE LA INVESTIGACION: I Fase

52

II Fase

52

III Fase

52

IV Fase

53

V Fase

53

VI Fase

53

3.5.- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES:

53

.3.6.- RELACION CON LOS OBJETIVOS:

54

CAPÍTULO IV

55

PROPUESTA TECNOLÓGICA.

55

4.1. DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO.

55 55

4.1.1.- Requisitos en la Comunidad. 4.2 ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS.

56

4.2.1.- Alternativa #1

56

4.2.2.- Alternativa #2

57

4.2.3.- Alternativa #3

58 59

SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS.

vii

4.3.- DISEÑO EN DETALLE DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA.

60

4.3.1.- Determinación del volumen y masa del recipiente para mezclado.

61

4.3.3.- Dimensiones del recipiente.

62

DENSIDAD TOTAL DE LA MEZCLA “PEAD y ADITIVO DESLIZANTE”

64

AGITADOR HELICOIDAL DE CINTA:

65

SELECCIÓN DEL MOTOR

68

POTENCIA MECANICA.

69

SELECCIÓN DEL REDUCTOR.

70

POTENCIA EN EL EJE DE LA HÉLICE.

70

SELECCIÓN DE RODAMIENTOS.

71

CALCULO DE BOMBA PARA TRASLADO DEL PEAD

72

DATOS DE LA BOMBA DE LA EMPRESA.

72

DATOS TÉCNICOS DE LA BOMBA.

73

ESTIMACIONES DE CAUDAL DE LA BOMBA

73

TUBERÍAS DE TRASLADO DE UNO DE LOS COMPUESTOS (PEAD).

75

VALVULA PARA DESCARGA DE MEZCLA.

76

ESTRUCTURA PARA LA MEZCLADORA.

78

4.4 IMAGEN EN MODELADO 3D

83

4.5 ORDEN OPERACIONAL DEL PROCESO DE FABRICACIÓN

84

4.7 MANUAL DE OPERACIONES Y MANTENIMIENTO DEL EQUIPO.

84

4.8 COSTOS DE MATERIALES Y COSTOS DE FABRICACIÓN.

86

4.10.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MECÁNICO A AUTOMATIZAR.

88

4.11 FASES O ETAPAS DE LA AUTOMATIZACIÓN.

88

4.12 DISEÑO Y ANÁLISIS DEL GRAFICO FUNCIONAL DE ETAPAS Y TRANSICIÓN.

89

4.13 DISEÑO Y ANÁLISIS DEL DIAGRAMA SECUENCIAL DE LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA. 90 4.14 DISEÑO Y ANÁLISIS DE PLANOS (ELÉCTRICOS, NEUMÁTICOS, HIDRÁULICOS, OTROS) DE CONTROL Y POTENCIA.

91 92

CAPÍTULO V

viii

92

EVALUACIÓN DE RESULTADOS 5.1.- RESUMEN DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA PLANTEADO

92

5.2.- DESCRIPCIÓN Y PRESENTACIÓN DEL PRODUCTO

93

CONCLUSIONES

94

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

96

ANEXOS

97

ix

Índice de ecuaciones

Ecuación

Pagina

Ecuación 1

Volumen

54

Ecuación 2

Sumatoria de volumen

55

Ecuación 3

Sumatoria de masa

55

Ecuación 4

Densidad de mezcla

55

Ecuación 5

Diámetro exterior

57

Ecuación 6

Paso de hélice

57

Ecuación 7

Potencia mecánica

59

Ecuación 8

Torque

59

Ecuación 9

Fuerza

59

Ecuación 10

Potencia en el eje

60

Ecuación 11

Vida nominal

61

Ecuación 12

Tiempo de llenado (tolva)

64

Ecuación 13

Velocidad de salida

64

Ecuación 14

Área de tubería

65

Ecuación 15

Radio de la tubería

65

Ecuación 16

Área de válvula

67

Ecuación 17

Fuerza en válvula

67

Ecuación 18

Presión en válvula

67

x

Índice de Figura

Figura

Pagina

Figura 1.1

Ubicación geográfica

6

Figura 2.1

Mezcladora doble cono

18

Figura 2.2

Mezcladora gemelo

18

Figura 2.3

Tornillo planetario

19

Figura 2.4

Mezcladora vertical cónica

20

Figura 2.5

Mezcladora horizontal

20

Figura 2.6

Agitador helicoidal

22

Figura 2.7

Agitador con tres palas

22

Figura 2.8

Agitador con cuatro palas

23

Figura 2.9

Agitador tipo ancla

24

Figura 2.10

Agitador con cuatro hélices perpendicular

24

Figura 2.11

Motor eléctrico

25

Figura 4.1

Mezcladora en V

46

Figura 4.2

Mezcladora vertical

47

Figura 4.3

Mezcladora horizontal

48

Figura 4.4

Recipiente para resina

51

Figura 4.5

Dimensiones y capacidad del recipiente

52

Figura 4.6

Resultado de masa de mezcla

53

Figura 4.7

Resultado de masa total del recipiente

53

Figura 4.8

Eje análisis de pandeo

56

xi

Figura 4.9

Tubería flexible

66

Figura 4.10

Válvula mariposa

68

Figura 4.11

Tubo estructural

69

Figura 4.12

Análisis del resultado estático (tensiones)

70

Figura 4.13

Análisis del resultado estático (desplazamiento)

71

Figura 4.14

Análisis del resultado estático (deformación)

72

Figura 4.15

Modelado del sistema en 3D

73

Figura 4.16

Automatización GRAFCET

80

Figura 4.17

Diagrama secuencial

81

Figura 4.18

Plano de potencia

82

xii

Índice de tablas Tablas

Pagina

Tabla 1.1

Jerarquización del problema

7

Tabla 3.1

Correlación de técnicas e instrumentos

38

Tabla 4.1

Requerimientos de la comunidad

45

Tabla 4.2

Alternativa número uno ventajas

46

Tabla 4.3

Alternativa numero dos ventajas

48

Tabla 4.4

Alternativa número tres ventajas

49

Tabla 4.5

Selección de alternativa

49

Tabla 4.6

Componentes para el diseño

50

Tabla 4.7

Capacidad el recipiente

52

Tabla 4.8

Compuesto de la mezcla

54

Tabla 4.9

Agitador

58

Tabla 4.10

Parámetros para la selección de motor

58

Tabla 4.11

Bomba de vacío

62

Tabla 4.12

Estimaciones de caudal de la bomba

63

Tabla 4.13

Tubería de traslado

66

Tabla 4.14

Especificaciones para la estructura

68

Tabla 4.15

Orden operacional del proceso de fabricación

74

Tabla 4.16

Mantenimiento

75

Tabla 4.17

Costo de los materiales y fabricación

76

xiii

INTRODUCCIÓN. Actualmente la sociedad presenta un gran consumo para el uso de envases desechables, planteando un tema de gran relevancia en los actuales momentos de la vida humana, ya que el estilo de vida adoptado por el hombre con la intención de obtener una mejor y más practica forma de consumir algunas bebidas o manipular diversos tipos de productos, demanda una gran cantidad de envases y tapas desechables de alta calidad, principalmente los envases elaborados con distintos tipos de polímeros, que son los de mayor utilidad para los sectores alimenticio y químico, ante esta necesidad las industrias han tomado la iniciativa de aumentar su producción de envases desechables y mejorar la calidad de los mismo, objetivo que

ha

presentado limitaciones, ya que muchas de estas industrias no cuenta con los equipos o maquinarias adecuadas para dichas mejoras en la producción, pero es allí donde el nuevo modelo social implementado en la República Bolivariana de Venezuela, tiene la misión de hacer de la sociedad, una sociedad independiente, de desarrollo tecnológico y producción nacional, con la particularidad de que todos deben ser protagonistas para la socialización del bienestar colectivo. De esta manera la empresa PROYECTOS PET hace de su proceso productivo de envases y tapas desechables una labor ardua y con enfoque a dar buena respuesta ante la demanda de envases desechables y así brindar en sus productos la mejor calidad para la sociedad. En atención a ello, la presente investigación se centra en realizar el diseño de una máquina mezcladora automatizada de resina para la empresa mencionada y así sustituir el diseño existente, para mejorar la calidad y cantidad de la producción como lo son los diferentes tipos de envases desechables, diversos modelos de tapas y los diferentes tamaños de preforma, en total la empresa ofrece 56 productos diferentes.

14

En función de esto, la presente investigación, está compuesta por cinco (5) capítulos que se describen a continuación: I.-Contextualización del problema: En este capítulo se presenta el diagnóstico situacional, la razón social, el planteamiento del problema, objetivo general y específicos, la justificación, el impacto social, el alcance, las limitaciones y las actividades de investigación. II.-Referentes teóricos: Se muestra en este capítulo los antecedentes de la investigación, las bases teóricas, y la definición de términos básicos. III.-Marco Metodológico: Se desarrollan los métodos empleados para su realización, personas involucradas, dificultades experimentadas, ecuaciones y teorías utilizadas. IV.-Memoria descriptiva desarrollo de la metodología y de las alternativas analizadas V.- Evaluación de los resultados, resumen del problema y descripción del producto. Finalmente se presentan las conclusiones y recomendaciones, además de la bibliografía y los anexos.

15

CAPÍTULO I CONTEXTUALIZACIÓN DEL PROBLEMA. 1.1.- DIAGNÓSTICO SITUACIONAL 1.1.1.-Razón social. En Proyectos Pet Contamos con una amplia experiencia de más de 30 años, actualmente somos una de las más grandes empresas fabricante de botellas, preformas y tapas cuya materia prima principal es PET (polietileno de tereftalato) ofreciendo un alto grado de cristalinidad y termoplasticidad. Brindamos soluciones de empaque para alimentos, bebidas alcohólicas y no alcohólicas además de limpiadores gracias a la dedicación de nuestros trabajadores y el empleo de tecnologías europeas de primer nivel. 1.1.2.- Localización geográfica

Figura 1.1: G, Galpón N°3, Zona industrial San Vicente II, Maracay, Edo. Aragua, Venezuela.

16

1.1.3.- Jerarquización De Las Situaciones Problemáticas. En la comunidad proyectos PET existen dos problemáticas en la línea de extrusión de tapas expresadas se le dará una ponderación desde uno (1) a tres (3) en dicha tabla para así anticipar la necesidad más rentable para la realización de este proyecto. Tabla 1.1. Jerarquización del problema. Razonamiento de selección. Dosificación de aditivo Maquina mezcladora

Urgencia

Impacto social

Importancia

Total

2

2

1

5

3

3

3

9

Fuente: autores. En dicha tabla fueron presentadas las problemática en la comunidad el cual c/u arrojo una ponderación y resulto como mayor importancia la maquina mezcladora de resina por conveniencia de la comunidad y los autores. La necesidad de obtener una maquina mezcladora de resina mejorada es de carácter obligatorio para así mejorar la producción de dicha línea. 1.1.4.- Misión de la empresa. Ofrecer alternativas competitivas y novedosas para satisfacer las necesidades del mercado de envases y productos complementarios, a través de tecnología de punta en el procesamiento del PET y otros polímeros termoplásticos.

17

1.1.5.-Visión de la empresa. Ampliar su participación el mercado nacional e internacional manteniendo la oferta de productos confiables a través del desarrollo del potencial del recurso humano, adquisición de nuevas tecnologías y el mejoramiento de los procesos. 1.2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. En el mundo actual, la competencia que existe en los mercados y el nivel de crisis económica que vive el país, hace que las empresas se vean en la necesidad de mejorar continuamente la calidad de los servicios y productos y tienen como objeto fundamental satisfacer las necesidades y exigencias de los cliente, de la manera mas eficiente; lo que origina un mejoramiento continuo de los procesos, con la finalidad de aprovechar eficientemente los recursos físicos y humanos en la producción de bienes y servicios. Mediante el estudio de métodos y control de la producción de todas las actividades y específicamente las realizadas por la empresa anteriormente nombra, y mediante el diseño que será resultado

de la presente investigación la empresa

obtendrá un mejor desempeño. Este es el factor decisivo para los logros específicos de la organización, orientadas por sus estrategias y mediante procesos, sistemas y estructuras, los departamentos de la organización, logran sus propósitos y objetivos En el ambiente industrial de Venezuela, se encuentran empresas públicas y privadas, que contribuyen con el desarrollo social y económico del país, a traves de los numerosos empleos que generan y el incremento en la producción de distintos productos que hasta en la actualidad la demanda es mayor a la oferta. En Aragua, la empresa proyectos PET, tiene una problemática en el área de mezclado de resina, ya que en dicha empresa la maquina extrusora de tapas la cual

18

está compuesta con una mezcladora, presenta fallas al momento de agregar el aditivo “deslizante” mediante un tornillo sin fin para la realización de la mezcla, ya que no es el adecuado ni el que se utiliza usualmente para realizar la mezcla, Por tal motivo al realizar el proceso el aditivo queda adherido al tornillo y no permite bien el paso del mismo, por lo cual sin el aditivo al obtener el resultado final no cumple los requisitos demandados y la efectividad del producto es baja, por lo cual el nivel de calidad que se quiere obtener no es el deseado y de tal manera eso conlleva a la mala calidad del producto lo cual afectara negativamente a la hora de probar el producto terminado. Debido a esto poseen otra máquina mezcladora de resina el cual el proceso es manual donde el operario tiene que dispensar los distintos productos para obtener la mezcla, luego del proceso el operario tiene que sacar el producto y trasladarlo a una tolva donde se deposita para ser trasladada a la máquina, dicho proceso es muy engorroso y puede afectar al operario en su salud además de que puede ocurrir un error humano en cuanto a la elaboración de la mezcla. Por lo tanto la realización de este estudio e investigación con respecto a los procesos que realiza la maquina objeto de estudio son para lograr identificar los problemas existentes y otros que no hayan sido manifestados o simplemente buscar mejoras continuas por medio de métodos que definan la toma de decisiones para optimizar el proceso de aditivo asegurando una excelente calidad, minimizando el porcentaje de error humano y para satisfacer la demanda del mercado en menor tiempo y así convertirse en una organización más completa. 1.3.- OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN. 1.3.1.- Objetivo general. Diseñar y automatizar una mezcladora de resina para la empresa proyectos PET, ubicada en Maracay, san Vicente II estado Aragua.

19

1.3.2.- Objetivos específicos. 1. Levantamiento de información relacionada con la mezcladora de resina. 2. Establecer diferentes alternativas para el diseño. 3. Seleccionar una alternativa para la realización del diseño. 4. Realizar diseño en detalle de la máquina. 5. Automatizar la mezcladora. 1.4.- JUSTIFICACIÓN E IMPACTO SOCIAL Y TECNOLÓGICO. La máquina para el mezclado de resina, se justifica como un producto factible ya que la misma asegura un rendimiento en el proceso de mezclado, tan eficaz en cuanto a la disminución de tiempo por duración del ciclo, siendo esta igual o más eficiente que cualquier otra máquina elaborada para tal labor, bien sea industrial o convencional. En lo esencial, rápida y segura; debido a su diseño practico y hasta un 99% ecológica por no operar con ningún combustible fósil u derivado de algún hidrocarburo; consumiendo solo energía eléctrica y contribuyendo así a en el aspecto social con un habitad más saludable. Se evidencia entonces, que por dicho propósito que emplea esta máquina, podemos recalcar; que en comparación con costos de mezcladores convencionales y 3 máquinas industriales para el mezclado de resina que se encuentran actualmente en el mercado; esta será de bajo ingreso monetario en su construcción. Ya que, se diseña bajo el criterio de selección de materiales y componentes prácticos existentes en el país, dentro de los parámetros de aceptación del consumidor por demandas de producción, dejando un impacto significativo en el desarrollo evolutivo de alternativas para el mezclado de resina y a su vez fomentando el desarrollo tecnológico e industrial con la visión de poder construir maquinas eficaces en el país para la elaboración de productos a base de polímeros principalmente.

20

1.5.- ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN. Este proyecto tiene como alcances satisfacer la necesidad de diseñar una maquina mezcladora de resina realizando un estudio de la viabilidad y conveniencia para este tipo de proceso con el fin de obtener una mezcla homogénea con los parámetros adecuados para el proceso de fabricación además, realizar la automatización de la máquina para mejorar el área de trabajo para el operario y evitar el desgaste físico para que así cumpla con los requisitos demandados de manera operativa que exige la empresa. 1.6.- LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN. En el proceso de investigación los autores no han encontrado limitantes para la realización de este proyecto. 1.7.- RELACIÓN DEL PROYECTO CON LA LEY PLAN DE LA PATRIA 2013-2019, CON EL PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN MECÁNICA 2014 Y CON LA LÍNEA O ÁREA DE INVESTIGACIÓN. Se cumple lo establecido en el objetivo nacional del plan nacional Simón Bolívar (Plan de la Patria) aprobado el 4 de diciembre de 2013I. Defender, expandir y consolidar el bien más preciado que hemos reconquistado después de 200 años: la Independencia Nacional. Que establece: 1.5. “Desarrollar nuestras capacidades científico-tecnológicas vinculadas a las necesidades del pueblo”. 1.5.1.Consolidar un estilo científico, tecnológico e innovador de carácter transformador, diverso, creativo y dinámico, garante de independencia y la soberanía económica, contribuyendo así a la construcción del Modelo Productivo Socialista, el

21

fortalecimiento de la ética socialista y la satisfacción efectiva de las necesidades del pueblo venezolano. Ya que este proyecto fomenta el desarrollo científico-tecnológico al diseñar una maquina mezcladora de resina para el mejor orden y proceso de elaboración de productos en la empresa Proyectos PET, con la visión de que las empresas nacionales puedan contar con la construcción de las maquinas necesarias para sus labores dentro del país. Así mismo el diseño de la maquina mezcladora de resina descrito en el presente trabajo de investigación se enmarca dentro de lo establecido en el quinto de los grandes objetivos nacionales del plan nacional Simón Bolívar (Plan de la Patria) V. Contribuir con la preservación de la vida en el planeta y la salvación de la especie humana. El cual establece: 5.1 “La necesidad de construir un modelo productivo eco-socialista, basado en la relación armónica entre el hombre y la naturaleza, que garantice el uso y el aprovechamiento racional y óptimo de los recursos naturales”. Tomando en cuenta que dicha mezcladora de resina no funcionara a base de ningún combustible fósil o sus derivados, sino que funcionara solo con energía eléctrica, con la finalidad de no contribuir con la contaminación ambiental. En lo esencial, las investigaciones realizadas durante el desarrollo del mencionado proyecto influyen y contribuyen notablemente en la adquisición de nuevos conocimientos, en el área de diseño e implementación de máquinas industriales, que mejore los tiempos de duración por proceso de Mezclado para cubrir con la demanda del adquiridor del producto, Es por ello que el proyecto se llevó a cabo en función a una base de componentes de bajo costo ya existentes en el país. De

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hecho, el estudio permite orientar los conocimientos con respecto a una gran variedad generalizada de unidades curriculares vistas dentro del pensum del programa nacional de formación (PNF) en mecánica, evidentemente para optar al título de ingeniero mecánico, En cuanto a la perspectiva que aquí se adopta se encuentran vinculadas las siguientes U.C: 

Mecánica aplicada I y II, para los análisis de esfuerzo.



Diseño de máquinas, para los cálculos pertinentes al diseño.



Tecnología de los materiales, para la selección del material a emplear.



Ingeniería económica, para determinar los costos del diseño.



Mantenimiento, para el uso adecuado y mantenimiento del diseño.



Soldadura, para su construcción.



Metodología y taller de mecanizado, para la fabricación de piezas.



Inventor y solidworks, para el modelado del diseño.



Automatización, para automatizar el diseño.



Procesos de manufactura, para determinar los tiempos de mecanizado entre otros.

23

CAPÍTULO II FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 2.1.- ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN. Los antecedentes se refieren a todos los trabajos de investigación ya realizados que guarden relación, es decir, aquellos trabajos donde se hayan manejado las mismas variables o se hallan propuestos objetivos similares; estos sirven de guía al investigador y le permiten hacer comparaciones y tener ideas sobre cómo se trató el problema en esa oportunidad. Alexandra Terán (2013), “Diseño, construcción y puesta en funcionamiento de una máquina mezcladora para la producción de pinturas plastisol”, En la universidad del norte (Ecuador) se realizó el mencionado proyecto que comprende el diseño de una máquina mezcladora para elaborar pinturas plásticas las cuales son utilizadas para la estampación de diversos géneros textiles. El diseño comprende una máquina sencilla, compacta donde se elaboran las pinturas plásticas de una manera muy sencilla y rápida dejando de lado los métodos manuales y tradicionales. Dando asi una capacidad real de producción es 20 kilos por parada en las plantas de pinturas plastisol. Carlos Eriel Ardila Villarrea, (2012) “Diseño y construcción de una mezcladora de cemento refractario para una potencia de 5 HP” El desarrollo de esta tesis de la universidad industrial de Santander Colombia, facultad físico mecánicas, tiene como objetivo claro el diseño y construcción de un equipo de mezcla para cemento refractario, bajos los requerimientos de la empresa INCOD LTDA las cual exige un mínimo de 5HP de potencia, con la finalidad de obtener

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mayor cantidad de mezcla de cemento, ahorrando tiempo, dinero y el esfuerzo humano. 2.2.- BASES TEÓRICAS. Lic. José Pérez Leal (2010)“Las bases teóricas constituyen el corazón del trabajo de investigación, pues es sobre este que se construye todo el trabajo. Una buena base teórica formará la plataforma sobre la cual se construye el análisis de los resultados obtenidos en el trabajo, sin ella no se puede analizar los resultados”. 2.2.1.- Resina Según la enciclopedia libre WIKIPEDIA (2011) “La resina es un derivado del petróleo que sirve para la fabricación de plástico a su vez una sustancia orgánica de consistencia pastosa, pegajosa trasparente o traslucida la cual es muy valorada por sus propiedades químicas”. 2.2.2.- Polietileno Según el portal web www.Politec.com (2010) “Es uno de los plásticos más conocidos. Se lo emplea para fabricar muchos artículos de uso diario, como vasos, baldes, bolsitas, etc. con una especial característica que es liviano y fácil de manejar”. 2.2.3.- polietileno de alta densidad Según el portal web www.politec.com (2010) “El polietileno de alta densidad es un polímero de adición, conformado por unidades repetitivas de etileno, se designa como HDPE este se puede procesar por los métodos conformados empleados para el termoplástico, como lo son moldeo por inyección y extrucción. Este se caracteriza por su excelente resistencia térmica y química, flexible, tenaz y ligero”.

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2.2.4.- Aditivo deslizante Según el portal web www.quiminet.com (2012) “Es una sustancia que se añade en pequeñas proporciones para conseguir una mejora de calidad, reducen la acción de la fricción superficial y en consecuencia, aumentan su deslizamiento con el fin de complementar su función en el polímeros y su propiedad y así vencer sus limitaciones”. 2.2.5.- Mezcla Según el Ing. Franco Rosi (2011) “Podría decirse que una mezcla se obtiene mediante un proceso mecánico el cual se mezclan dos o más materiales con el fin de obtener una sola sustancia con propiedades determinadas lo cual a su vez dichos componentes mantiene su identidad y propiedades químicas”. 2.2.6.- Mezcla homogénea Según el Ing. Franco Rosi (2011) “En una mezcla homogénea los componentes no se distinguen a simple vista y se les conoce como disoluciones, estas pueden ser sólidas líquidas o gaseosas”. 2.2.7.- Manejo de materiales Según el portal web www. slideplayer.es (2012) “Es prioridad optimizar el traslado de la materia prima para su mejor manejo la tecnología que actualmente existe en la industria de procesamiento de plásticos mejorar la precisión en la dosificación la eliminación de rutinas donde puedan existir accidentes o errores”.

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2.2.8.- Mezclado Según la enciclopedia libre WIKIPEDIA (2012) “El mezclado es el proceso en el cual varios ingredientes se ponen en contacto, de tal forma este proceso tiene como plan al final de la operación combinar los dos materiales para obtener una mezcla lo suficientemente homogénea”. Para diseñar un mezclador tenemos que tener presente no solo el mezclador sino también la forma del recipiente de modo que se pueda obtener una mezcla homogénea y suficiente para conseguir dicho resultado satisfactorio. Sabiendo que la mezcla es fundamental en el proceso. 2.2.9.-Tipos de mezcladores De acuerdo a la tecnología y a nivel industrial existen distintos tipos de mezcladores tomando en cuenta la realización de mezcla en este caso nos favorecen más los mezcladores de polvos por las característica de la mezcla, la facilidad de mezclado y que dichos estudios comprueban la viabilidad de estas maquinas. 

Doble cono

Según la página web www.equipamentosrl.es (2012) “Mezclador indicado para mezcla de productos de morfología frágil que debe respetarse durante la mezcla, o aplicaciones con una alta exigencia de limpieza entre batches”.

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Figura 2.1: mezcladora doble cono Fuentes: BA Equipamientos s.r.l 

Contenedores gemelos con barra agitadora

Según la página web www.astimec.net (2013) “Los mezcladores de alta eficiencia serie V son unas nuevas máquinas para farmacéuticas diseñadas en la base de la introducción de tecnologías extranjeras. Y es usada para mezclar polvo y materiales granular y produce disolventes no volátiles o deterioro”.

Figura 2.2 Fuente: Machinery 

Tornillo planetario

Según la página web www.astimec.net (2013) “Se hace el mezclador cónico basado en el principio de rotación y de revolución, transportando el material junto con el árbol por medio de la rotación. Simultáneamente, el material hacia arriba y 28

hacia abajo es completado un ciclo por el stirring giratorio a lo largo de la superficie de la pared del cono, con la revolución central. Incluso la mezcla se puede realizar en el tiempo más corto”.

Figura 2.3 Fuente: S&L 

Mezcladora vertical cónico de cinta

Según la página web www.directindustry.es (2014) “El mezclador vertical de cono es un excelente tipo de maquinaria, engranado para entregar resultados superlativos en mezclar todas las clases de materiales, es húmedo o seco, coloidal o viscoso. El mezclador se puede introducir en los varios niveles que llenan en líneas de montaje. Se satisface perfectamente para mezclar los materiales secos, polvorientos, las gomas, los líquidos, la pasta y suspensiones mojadas”.

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Figura 2.4 Fuentes: Direct Industry 

Mezcladora horizontal de cinta

Según la página web www.directindustry.es (2014) “Consisten en un rotor horizontal con hélices en sentidos opuestos contenidas en una cámara de mezcla tubular, una boca de carga central o una admisión rectangular representando toda la longitud de la cámara de mezcla, una zona de descarga central, una boca de desfogue de aire, dos tambores cerrados por un conjunto de placas de cierre y con juntas del eje con purga aire o gas, una motorización completa para la transmisión”.

Figura 2.5 Fuentes: Direct Industry

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2.2.10 Tipos de agitadores Los agitadores industriales son herramientas utilizadas para homogeneizar varios componentes a través de un proceso de mezcla. Mediante este procedimiento se pueden obtener productos como la pintura, los detergentes, productos farmacéuticos, resinas o cualquier otra reacción química. 

Agitador con hélice helicoidal de cinta

Según la página web www.directindustry.es (2014) “Los agitadores de doble cinta helicoidal son reconocidos como los más eficientes, alrededor de la unidad de mezcla de flujo laminar de alta viscosidad entre todos los agitadores de holgura. Es bueno para la transferencia de calor y la mezcla de los líquidos y sólidos de la superficie. Este impulsor se utiliza cuando la viscosidad es superior a 30.000 MPa Los agitadores de cintas helicoidales poseen dichas cintas montadas sobre un mismo eje, este es el que les dará el movimiento. Pese a que las cintas se montan sobre un mismo eje, estas actúan en sentido contrario. Lo que esto permite es que las mezcladoras de cintas helicoidales tengan un mecanismo de progresión. El mecanismo de progresión de las mezcladoras de cintas helicoidales se refiere a que una de las cintas empuja lentamente los sólidos hacia atrás, mientras que la otra cinta los desplaza rápidamente hacia adelante. Todo el proceso de mezcla se lleva a cabo por el efecto de turbulencia que producen las cintas helicoidales y no tanto por el contacto de estas con el material que se quiere mezclar”.

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Figura 2.6 Fuente: Flow Control 

Agitador con hélice de 3 palas Según la página web www.directindustry.es (2014) “El agitador con hélice de

3 palas para flujo turbulento es extremadamente eficiente se utiliza ampliamente para la mezcla, la transferencia de calor y la suspensión de sólidos. Se demuestra más eficaz para los números de Reynolds más de 50. El impulsor se desarrolla a la creación de vórtices de arrastre y utiliza la energía en el macro-flujo que se desperdicia de otra manera.”

Figura: 2.7 Fuente: Direct Industry

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

Agitador con hélice de 4 palas Según la página web www.directindustry.es (2014) “El agitador con hélice de

4 palas es práctico para el funcionamiento cerca del piso de un tanque para fomentar el talón en aplicaciones de la suspensión de los sólidos. Además, es un impulsor exitoso en aplicaciones de flujo laminar, particularmente cuando los números de Reynolds del impulsor caen por debajo de 50ºC.”

Figura: 2.8 Fuente: Direct Industry 

Agitador con hélice tipo ancla

Según la página web www.directindustry.es (2016) “Es el agitador de flujo laminar más rentable del mercado actual. Este equipo está diseñado específicamente para ser utilizado en lotes squatty donde el bombeo vertical se considera menos importante para los lotes altos. Permite una mayor duración de la mezcla en comparación con los impulsores del tipo de cinta helicoidal.”

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Figura: 2.9 Fuente: Direct Industry 

Agitador de 4 hélices perpendicular

Según la página web www.directindustry.es (2016) “Este tipo de agitador es ideal para la mezcla superior en el flujo de transición. Fluidos de alta viscosidad y nonewtonianos

Promueve la mezcla moviendo eficientemente el material en una

dirección en el centro del tanque y la dirección opuesta en el exterior del tanque. El aumento de la eficiencia de este impulsor proviene del patrón de flujo mejorado que reduce en gran medida las zonas de recirculación que prolongan los tiempos de mezcla de otros impulsores. Este patrón de flujo mejora la comunicación de arriba a abajo en el recipiente”

Figura: 2.10 Fuente: Direct Industry

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2.2.11 Motor eléctrico Según la página web monografías.com (2015), nos define que: Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos. Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

Figura 2.11 motor eléctrico. 2.3.- MARCO LEGAL. 2.3.1.- Constitución de la República Bolivariana de Venezuela La Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (C.R.B.V). Aprobada en referéndum consultivo de 1999 y publicada el 24 de marzo del 2000, establece: 35

Artículo 102: La educación es un derecho humano y un deber social fundamental, es democrática, gratuita y obligatoria. El Estado la asumirá como función indeclinable y de máximo interés en todos sus niveles y modalidades, y como instrumento del conocimiento científico, humanístico y tecnológico al servicio de la sociedad. La educación es un servicio público y está fundamentada en el respeto a todas las corrientes del pensamiento, con la finalidad de desarrollar el potencial creativo de cada ser humano y el pleno ejercicio de su personalidad en una sociedad democrática basada en la valoración ética del trabajo y en la participación activa, consciente y solidaria en los procesos de transformación social, consustanciados con los valores de la identidad nacional y con una visión latinoamericana y universal. El Estado, con la participación de las familias y la sociedad, promoverá el proceso de educación ciudadana, de acuerdo con los principios contenidos en esta Constitución y en la ley. Análisis: En principio establece que la educación es un servicio público y está fundamentado en el respeto a todas las corrientes del pensamiento, este concepto tiene la finalidad de desarrollar el potencial creativo de cada ser humano y el pleno ejercicio de su personalidad en una sociedad democrática basada en la valoración ética del trabajo y en la participación activa, consciente y solidaria en los procesos de transformación social consustanciados con los valores de la identidad nacional, y con una visión latinoamericana y universal. Esto quiere decir en términos generales que el ejercicio de dicho derecho humano le provee a cada individuo extender sus horizontes en cuanto a la creatividad y capacidad de aprendizaje mediante el empleo de las distintas técnicas que a lo largo de todo el proceso educativo obtendrá para de esa manera tener la capacidad de crear y mejorar todo proceso, objeto o mecanismo que este susceptible de ser optimizado gracias al conocimiento obtenido, conocimiento que el Estado está en pro de que este mismo se convierta en contribuciones efectivas a mejorar el proceso social del país.

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Artículo 117: Todas las personas tendrán derecho a disponer de bienes y servicios de calidad, así como a una información adecuada y no engañosa sobre el contenido y características de los productos y servicios que consumen, a la libertad de elección y a un trato equitativo y digno. La ley establecerá los mecanismos necesarios para garantizar esos derechos, las normas de control de calidad y cantidad de bienes y servicios, los procedimientos de defensa del público consumidor, el resarcimiento de los daños ocasionados y las sanciones correspondientes por la violación de estos derechos. Análisis: La calidad en término retrospectivo debe dirigirse expresamente una propiedad inherente de cualquier cosa que permite que esta sea comparada con cualquier otra de su misma especie y que le permita resaltar en ese aspecto en comparación a otros productos. El confiere capacidad para satisfacer necesidades implícitas o explícitas. Por otro lado, la calidad de un producto o servicio es la percepción que el cliente tiene del mismo, es una fijación mental del consumidor que asume conformidad con dicho producto o servicio y la capacidad del mismo para satisfacer sus necesidades. Por tanto, al referirnos a este términos las mejoras van de la mano porque al optimizar enteramente el proceso y la maquina estaremos también contribuyendo a subir no solo los estándares de calidad sino también de satisfacción del cliente y de la sociedad. Artículo 129: Todas las actividades susceptibles de generar daños a los ecosistemas deben ser previamente acompañadas de estudios de impacto ambiental y socio cultural. El Estado impedirá la entrada al país de desechos tóxicos y peligrosos, así como la fabricación y uso de armas nucleares, químicas y biológicas. Una ley especial regulará el uso, manejo, transporte y almacenamiento de las sustancias tóxicas y peligrosas.

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Análisis: la optimización de procesos/maquina tendrá un alto impacto ambiental ya que reducirá la exposición no solo del ser humano sino también del ambiente que a este rodea a sustancias que aun no siendo totalmente toxicas pueden causar daños severos gracias a la continuidad en la que se basa dicha exposición por ende y gracias a las mejoras realizadas el daño será reducido al mínimo y la eficiencia en cuanto a prevención y cuidado será elevada al máximo. 2.3.2.- Ley Orgánica de Educación La Ley Orgánica de Educación (L.O.E) Aprobada y publicada el 15 de agosto de 2009. Artículo 13: La responsabilidad social y la solidaridad constituyen principios básicos de la formación ciudadana de los y los estudiantes en todos los niveles y modalidades del sistema educativo. Todo y toda estudiante cursante en instituciones y centros educativos oficiales o privados de los niveles de educación media general y media técnica del subsistema de educación básica, así como del subsistema de educación universitaria y de las diferentes modalidades educativas del sistema educativo, una vez culminado el programa de estudio y de acuerdo con sus competencias. Debe contribuir con el desarrollo integral de la nación, mediante la práctica de las actividades comunitarias, en concordancia con los principios de responsabilidad social y solidaridad, establecidos en la ley. Las condiciones para dar cumplimiento al contenido de este estímulo ser establecidos en los reglamentos. Análisis: En cuanto a la relación existente entre el presente proyecto y el citado artículo debemos establecer los parámetros que alinean dichos tópicos en una 38

misma idea. Es de resaltar que, el presente proyecto se basa en mejorar procesos, es decir, que su fundamento es la realización de contribuciones notables al proceso social mediante la implementación de un diseño que proveerá no solo de mejoras en cuanto a producción sino también le añadirá un peldaño más a los estándares de calidad que antes de dicho proceso se encontraba establecido para el camino que se transcurría desde la materia prima hasta llegar al producto final; en este punto no solo favorecemos el desarrollo integral de la nación

mediante

la práctica de estas

actividades comunitarias, sino que también nos solidarizamos así con todos los trabajadores y demás personas que forman parte de la sociedad venezolana. 2.3.3 Ley de Propiedad Industrial - Publicada en la Gaceta Oficial Nº 24873 Del 14 de octubre de 1955 Artículo2· El Estado otorgará certificados de registro a los propietarios de las marcas, lemas y denominaciones comerciales, que se registren y patentes a los propietarios de los inventos, mejoras, modelos o dibujos industriales, y a los introductores de inventos o mejoras, que también se registren. Análisis: El artículo anteriormente expuesto describe que el Estado cumple su responsabilidad en cuanto a la protección del derecho relativo a la Propiedad industrial que produce lo inherente a la realización y materialización de inventos, mejoras, modelos o dibujos industriales, y a los introductores de inventos o mejoras, la cual, cabe resaltar, es el área que nos interesa. Ahora bien, dicha protección se refleja en los beneficios que se derivan de los derechos concedidos a través del registro, los cuales son eminentemente territoriales, alegables frente a terceros y totalmente salvaguardados por el Estado y sus órganos competentes, salvo algunas excepciones. Es importante determinar también que en la Propiedad Industrial el derecho sobre el diseño es más limitado ya que, solo se circunscribe al de excluir a terceros de la fabricación, importación y oferta.

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Artículo3· Se presume que es propietario de un invento, mejora o modelo o dibujo industriales, o de una marca, lema o denominación comerciales, o introductor de un invento o mejora, la persona a cuyo favor se haya hecho el correspondiente registro. Análisis: El artículo señalado anteriormente se refiere directamente a la presunción de la propiedad industrial, dicho título solo debe ser atribuido al creador del invento, mejora del modelo o dibujo industrial. Es decir que la realización de un registro de esta índole solo debe atribuírsele al propietario intelectual y realizador de la obra y no a ningún otro individuo así este haya tenido algún aporte en cuanto a mano de obra en el producto final o idea, si fuese el caso. Artículo 22. Por dibujo industrial se entiende toda disposición o unión de líneas, de colores y de líneas y colores destinadas a dar a un objeto industrial cualquiera una apariencia especial. Por modelo industrial se entiende toda forma plástica combinada o no con colores, y todo objeto o utensilio industrial, comercial o doméstico que pueda servir de tipo para la producción o fabricación de otros y que se diferencie de sus similares por su forma o configuración distinta. Los envases quedan comprendidos entre los artículos que puedan protegerse como modelos industriales. Tanto los dibujos como los modelos industriales deben presentar caracteres de novedad y originalidad que les confiera fisonomía propia. Los dibujos y modelos industriales no comprenden las obras artísticas que protege la Ley de Propiedad Intelectual ni los productos de indumentaria de cualquiera naturaleza que sean. Análisis: El artículo anterior, el cual pertenece al capítulo III de la prenombrada ley se refiere a De los modelos y dibujos industriales, su concepción para la ley y lo que vuelve a estos mismos poseedores del carácter de modelos y dibujos industriales. Se torna realmente importante citar el referido artículo ya que este es uno de nuestros fundamentos legales para que la relación entre lo realizado en

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el presente proyecto y la legislación venezolana quede establecida y se note la intrínseca conexión entre ambos tópicos. 2.3.4.- Comisión Venezolana de Normas Industriales (C.O.V.E.N.I.N) La Comisión Venezolana de Normas Industriales (C.O.V.E.N.I.N) Aprobada en 1994 Norma 187: Esta norma venezolana establece los colores, símbolos y dimensiones de las señales de seguridad, con el objeto de prevenir accidentes, riesgos a la salud y facilitar el control de emergencias. Análisis: Basados en

la

especial atención que se le tomo a atender e

implementar todo el conjunto de normas, principios y reglamentos enmarcados en la legislación actual en cuanto a prevenir riesgos y demás, formo parte de un todo componiendo así no solo acciones encuadradas en prevenir sino también en disminuir hasta el recorrido que el trabajador realizaba con la mezcla; todo esto se traduce no solo en acciones meramente optimizadoras del proceso sino también le suman como logro la prevención de futuras y posibles enfermedades profesionales y hasta accidentes laborales que pudiesen hacer presencia en el ambiente laboral en el cual los trabajadores hacen vida en la realización de sus tareas.

2.4 Definición de términos básicos. 2.4.1 Agitador: Un agitador es un instrumento, que sirve para mezclar o revolver por medio de la agitación, son herramientas utilizadas para homogeneizar varios componentes a través de un proceso de mezcla.

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2.4.2 Dosificador: Aparato o mecanismo que sirve para suministrar cantidades determinadas de un producto o sustancia. 2.4.3 Extrusión: La extrusión es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija. El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una sección transversal deseada. 2.4.4 Helicoidal: Es el nombre que recibe toda línea curva cuyas tangentes forman un ángulo constante, siguiendo una dirección fija en el espacio. 2.4. 5 Homogénea: Quiere decir que está formado por elementos con características comunes referidas a su clase o naturaleza, lo que permite establecer entre ellos una relación de semejanza y uniformidad. 2.4.6 Homogenización: El término homogeneización se emplea en campos tales como la química, las ciencias agrícolas, la tecnología de los alimentos, la sociología y la biología celular, y hace referencia a un proceso por el que se hace que una mezcla presente las mismas propiedades en toda la sustancia, porque así lo muestra la regla general en la tecnología de los alimentos, y se entiende que se realiza una mejora en la calidad final del producto.

2.4.7 Inyección: La inyección es un procedimiento mediante el cual se hace pasar un líquido o un material viscoso a través de un tubo o un conducto circular para un determinado fin 2.4.8 Impulsor: un impulsor es un tipo de rotor situado dentro de una tubería o un conducto y encargado de impulsar un fluido. Generalmente se utiliza este término

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para referirse al elemento móvil de una bomba centrífuga, pero en ocasiones también se utiliza para referirse al elemento móvil de turbinas y ventiladores. 2.4.9 Mezcla: Una mezcla es un material formado por dos o más componentes unidos, pero no combinados químicamente. En una mezcla no ocurre una reacción química y cada uno de sus componentes mantiene su identidad y propiedades químicas. 2.4.10 Polímero: son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión mediante enlaces covalentes de una o más unidades simples llamadas monómeros

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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Toda investigación se fundamenta en un marco metodológico, el cual define el uso de métodos, técnicas, instrumentos, estrategias y procedimientos a utilizar en el estudio que se desarrolla, para posteriormente proceder a definir los parámetros de diseño y las proyecciones resultantes de la investigación y demás puntos; por consiguiente una vez realizado el planteamiento y el marco teórico necesarios para la comprensión de la presente investigación, se describirá en el presente capitulo el tipo de investigación a seguir, la metodología aplicada y las herramientas que conforman su desarrollo. De acuerdo con lo dispuesto por la Universidad Pedagógica Experimental Libertador a través del Manual de Trabajos de Grado de Especialización, Maestría y Tesis Doctorales (2012), “refiere al plan básico que se sigue al realizar la investigación”. Es decir, abarca el tipo de investigación, la población, muestra y/o informantes clave, el sistema de variables, las técnicas e instrumentos de recolección de datos, así como el procedimiento que se empleará. Describir todos los elementos o descartar alguno de los mismos depende del esquema que se utilice para la elaboración del proyecto y/o trabajo final de investigación. Según Balestrini (2006) el Marco Metodológico es “El conjunto de procedimientos lógicos, tecno-operacionales implícitos en todo proceso de investigación, con el objeto de ponerlos de manifiesto y sistematizarlos; a propósito de permitir descubrir y analizar los supuestos del estudio y de reconstruir los datos, a partir de los conceptos teóricos convencionalmente operacionalizados”.

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Al respecto, Arias (2006) explica el marco metodológico como el “Conjunto de pasos, técnicas y procedimientos que se emplean para formular y resolver problemas” (p.16). Este método se basa en la formulación de hipótesis las cuales pueden ser confirmadas o descartadas por medios de investigaciones relacionadas al problema. Resultante de todo lo anteriormente expuesto podemos definir entonces al marco metodológico como el conjunto de acciones destinadas a describir y analizar el fondo del problema planteado, a través de procedimientos específicos que incluye las técnicas de observación y recolección de datos, determinando el “cómo” se realizará el estudio, y esta tarea consiste en hacer operativa los conceptos y elementos del problema que estudiamos. 3.1.- METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN A IMPLEMENTAR El estudio se enmarco dentro del tipo de investigación de campo a nivel descriptivo. Para Sabino (1999). Un estudio es “de campo cuando el investigador observa detalladamente el sitio donde se formula la investigación, describiendo con profundidad cada aspecto de ser tratado en el hecho investigado” (p.85). Al respecto,

Hernández, Fernández

y Baptista (1998) definen

la

investigaciones descriptivas como aquellas que “buscan especificar propiedades importantes de personas, grupos, comunidades o cualquier otro fenómeno que sea sometido a análisis” p.60. Tienen por objeto medir aspectos particulares que ayuden a describir o caracterizar el evento de estudio dentro de un contexto particular. Esto significa que coexiste una relación primordial de la investigación, el cual es analizar y describir a través de técnicas e instrumentos las actividades del proceso permitiendo conocer las ventajas y las deficiencias existentes en el mismo, para de

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esta manera hacer un análisis de la situación actual del proceso productivo y permitir mediante un estudio sistemático eliminar o minimizar las causas que están afectando de manera crítica al área de tapas. La observación directa, la encuesta y la entrevista estructurada constituyen los principales instrumentos que se utilizaran en la recolección de la información necesaria para esta investigación. Población La población está determinada por sus características definidas; por lo tanto el conjunto de elementos que poseen estas características se denominan población o universo. Según Tamayo (1993. La población se define como “la totalidad del fenómeno a estudiar, en donde las unidades de la población poseen una característica común la cual se estudia y da origen a los sujetos de la investigación” (p.92). Para mejorar el nivel de producción se tomó como población al personal que interviene directamente con el proceso productivo en la máquina. Muestra: Según Hurtado (1998). La muestra se define como una porción que se toma para realizar un estudio, el cual se considera representativo de la población, para la realización de esta investigación, se seleccionaran los elementos que están conformado por el personal que labora directamente en la fabricación de tapas. En este caso se tomó como muestra al personal que labora como operario y el jefe de producción.

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Sistema de variables Las variables representan según Bernal (2006), “…a los elementos factores o términos que puedan asumir diferentes valores cada vez que son examinados, o que reflejan distintas manifestaciones según sea el contexto en el que se presentan” (p.36). De allí la finalidad de la investigación científica en descubrir la existencia de las variables, sus magnitudes o interrelaciones porque como lo señala Bernal (ob. Cit), esa red dinámica se convierte en características observables, las cuales admiten mediciones, bien sea cualitativas o cuantitativas. En este orden de ideas, Hernández, Fernández y Baptista (2003). Definen a la variable “como una propiedad que puede variar (adquirir diversos valores) y cuya variación es susceptible de medirse” (p.77)), estos autores señalan que es indispensable definirlas, ya que al ser conceptualizadas va a permitir e valuar más adecuadamente los resultados de la investigación. Técnicas e instrumentos de Recolección de Datos Las técnicas e instrumentos que se emplearon en la presente investigación permitieron recolectar información necesaria que condujo al desarrollo de los objetivos planteados; con sustento en la información suministrada por el personal involucrado en el proceso productivo y la observación del funcionamiento de la máquina. Según Hernández, Fernández y Baptista (2003), la recolección de datos se puede definir como el proceso de vincular conceptos abstractos con indicadores empíricos, el proceso se realiza mediante un plan explícito y organizado con el fin de clasificar y frecuentemente cuantificar los datos disponibles en términos del concepto

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que el investigador tiene en mente. Los instrumentos y técnicas utilizadas para recoger la información necesaria se describen a continuación en el siguiente cuadro. Cuadro Tabla 3.1. Correlación de Técnicas e Instrumentos INSTRUMENTOS

TECNICAS

Diagrama de Operaciones de proceso

Observación Directa

Diagrama Causa-Efecto

Tormenta de Ideas

Guion de Entrevistas

Entrevistas estructuradas y encuestas Fuente: Burgos (ob.cit.)

Observación Directa La observación directa, se realizó con la finalidad de observar y detectar labores operacionales en la empresa, además de visualizar el funcionamiento de la máquina, así pues a través de esta herramienta se verifico la forma en la que los operarios ejecutan las actividades, así como se notaron las fallas presentes en la línea de producción, también se apreciaron las condiciones de trabajo a las que están expuestos los trabajadores, con esta técnica se obtuvo la información necesaria de los diversos problemas que afectan y que producen una baja productividad y calidad en la línea de fabricación de la máquina mezcladora. Tormenta de Ideas La tormenta de ideas es una técnica de grupo que permite la obtención de un gran número de ideas sobre un determinado estudio mediante reglas sencillas, aumentar las posibilidades de innovación y originalidad, esta herramienta es utilizada en las tareas de identificación y definición de proyectos, en diagnóstico y solución de causas.

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Pasos para la realización de la tormenta de ideas: 

Redactar el objeto de la tormenta de ideas



Preparación de la comunicación del objetivo y el material



Escribir en un lugar visible las ideas que van surgiendo



Procesar y organizar las ideas.

Encuesta La encuesta se utilizó para reunir información acerca de las deficiencias encontradas en el proceso de mezclado, en esta encuesta se determinó las diferentes fallas y causas que inciden y afectan el nivel de producción y calidad del producto, y también permitió detectar todos aquellos retrasos que se generan durante el proceso. Mediante la encuesta se realizaron una serie de preguntas cerradas para recolectar información de forma detallada referente al proceso productivo de la maquina mezcladora. Entrevistas Estructuradas A través de entrevistas estructuradas se obtiene una completa información sobre la situación o aspecto a estudiar y debe elaborarse de tal forma que genere confianza para poder obtener respuestas veraces mediante un formato con preguntas debidamente orientadas, se obtendrá información específica sobre el grado de adaptación, motivación y de satisfacción de los operarios que laboran en la empresa. 3.2.- METODOLOGIA DEL DISEÑO MECANICO Consiste en un conjunto de acciones que permite la generación sistemática, inteligente y la evaluación de las especificaciones de los objetos cuya forma y función

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alcanzan los objetivos indicados y satisfacen las restricciones y condiciones especificadas. Objetivos: •Vinculación entre los pasos de diseño para conseguir un mayor rendimiento. •Consideración de los campos de exigencias más importantes del producto a desarrollar. •Un método orientado al problema e independiente de la tarea propuesta. •Una base para un proceso de diseño no interrumpido asistido por ordenador. •Facilitar la enseñanza y el estudio del diseño. 3.3.- BASAMENTO TEÓRICO DE LA METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN. Para facilitar este proceso de diseño, se pueden enumerar tres principios fundamentales, que se deben tener en cuenta en la etapa inicial del diseño de cualquier producto, que ayudarán a determinar los requerimientos a cumplir: 1. Identificar los requerimientos: Puesto que las funciones de los productos vienen condicionadas por todos los requerimientos que éstos deben cumplir, al iniciar el proceso de diseño deberán identificarse todos los que sean posibles, intentando llegar a un proceso de compromiso que permita cumplirlos.

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2. Valorar los requerimientos: Algunas características del producto se determinan por la relación existente entre los valores de los diferentes requerimientos considerados anteriormente. Es decir, se pueden otorgar diferentes grados de importancia relativa a los mismos, siendo el diseñador el que decide el grado de diferencia, limitado por las limitaciones que le imponga el medio (tipo de material del que disponga), las posibilidades técnicas de fabricación (conocimientos y Herramientas) y las económicas, que actúan de límite a la actividad diseñadora. 3. Conocer el producto y el sistema operativo: Cualquier proceso de diseño debe emprenderse con pleno conocimiento de los materiales, las herramientas y las técnicas existentes que pueden emplearse, haciéndolo de la forma más económica posible. La complejidad de los productos industriales que aparecen. Nuestros días, hace que junto a los requerimientos de diseño se tengan en cuenta los requisitos de uso, como son el mantenimiento, las reparaciones, la alimentación, etc., e incluso los que comporta cuando acaba el ciclo de vida útil del mismo al tener que deshacerse de ellos (reciclaje, descomposición, etc.). 3.4.- ETAPAS DE LA INVESTIGACION A continuación sintetizaremos en una tabla las distintas etapas que ha seguido la investigación: En relación con las fases, se desarrollaron las siguientes:

51

I Fase Identificación del objeto de estudio partiendo del contexto, con el fin de estructurar un marco teórico que permita fundamentar la investigación planteada. Para ello, fue necesario recurrir a fuentes bibliográficas, digitales para indagar, consultar, recopilar, agrupar y organizar adecuadamente la información que se utilizará dentro de la misma. En esta fase también se seleccionó una metodología de investigación que se consideró válida para aplicarla a diferentes investigaciones que poseen características similares a las que se quiere investigar. II Fase Una vez revisada, analizada e interpretada la información que se seleccionó para la investigación, se comenzó a elaborar el posible instrumento que se utilizaría para la recolección de la información en el mismo lugar donde se sitúa la máquina, para recabar la información y constatar los objetivos planteados de la investigación que se desarrolló se emplearon distintas técnicas. Para la elaboración de los instrumentos se revisaron varias investigaciones, las cuales conjuntamente con la operacionalización de las variables del estudio permitió realizar un primer instrumento, el cual fue sometido a un estudio por parte de expertos, para realizarles las observaciones que ellos consideren pertinentes en pro de la investigación, para luego aplicar una prueba piloto, y esta a su vez me permitió llegar a una versión definitiva de la encuesta III Fase Una vez obtenida la encuesta definitiva se procedió a la aplicación de la misma a los sujetos del estudio, lo cual permitió obtener una máxima representatividad y una fiabilidad de los datos obtenidos de dicha investigación.

52

IV Fase Análisis e interpretación de la información obtenida del resultado de la aplicación de los instrumentos por parte del ente investigador a toda la muestra seleccionada. Se relacionó dicha información con los objetivos planteados en la investigación, y se pudo obtener respuestas a las incógnitas realizadas al principio del estudio. En general, esta fase corresponde al estudio de los resultados obtenidos por medio de la técnica de recolección de la información seleccionada por el investigador con relación al enfoque metodológico adoptado en la misma Posteriormente, se procedió a la elaboración de conclusiones, las cuales pueden ser punto de partida para futuras investigaciones que guarden relación con el tema. En esta fase se han propuesto posibles líneas futuras de investigación. V Fase Elaboración del diseño de la propuesta por parte del investigador para tratar de solventar la necesidad identificada en la investigación. VI Fase Se ha procedido a la redacción del informe final, siguiendo las indicaciones, de tener presente aspectos esenciales para la elaboración del mismo. 3.5.- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES 1. Precisar las dimensiones de la máquina conforme a las necesidades del cliente 2. Investigar posibles

alternativas

de

solución

así

como

aspectos

requerimientos técnicos. 3. Aplicar cálculos, seleccionar materiales y elaborar planos de construcción. 4. Aplicar criterios de automatización sobre la máquina.

53

y

3.6.- RELACION CON LOS OBJETIVOS 1. Establecer los parámetros del diseño según requisitos de la comunidad. 2. Evaluar diferentes alternativas de diseño. 3. Realizar el diseño en detalle de la máquina 4. Automatizar los procesos que ejecutará la máquina.

54

CAPÍTULO IV PROPUESTA TECNOLÓGICA. 4.1. DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO. 4.1.1.- Requisitos en la Comunidad. A la hora de realizar un diseño, la incorporación de la comunidad en la actividad nos proporciona las herramientas necesarias que ayudan al desarrollo íntegro y satisfactorio del mismo, ya que al contener el importante aporte de la comunidad los estándares de aceptación y satisfacción por parte de esta en cuanto al diseño serán más altos. Tabla N° 4.1. Requerimientos de la comunidad. Requisitos

Detalles

Término

Máquina.

Funcional y facilidad al operar.

Necesario.

Mercantil.

Accesible al presupuesto de la empresa.

Necesario.

Ensamblaje.

Adecuado y recomendable de realizar

Esperado

Mantenimiento.

Bajo costo.

Necesario

Fuente: Autores

55

4.2 ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS. Dicho análisis y evaluación de alternativas conllevara a la selección de una alternativa viable, correspondiente y eficaz asumiendo los requerimientos ante expuesto por la comunidad para satisfacer dicha necesidades. 4.2.1.- Alternativa #1 Mezcladora en V. Esta mezcladora se caracteriza por su rapidez, facilidad de limpieza, amplia utilidad y gran precisión para mezclas de sólidos en polvo o granulados con una dispersión inmediata de la mezcla. (Véase figura).

Figura 4.1 mezcladora en V Fuente: Empresa Direct Industry. Tabla N° 4.2. Ventajas. TIPO

VENTAJAS

Mezcladora en V

  

Capacidad de mezclado. Fácil mantenimiento Máxima descarga del producto.

Fuente: Los autores.

56

4.2.2.- Alternativa #2 Mezcladora vertical cónica de cinta. Comparado a otros sistemas que se mezclan verticales, El mezclador de cinta consiste en mezclar en una dirección de la rotación, la cinta externa empuja los materiales de ambos extremos al centro, mientras que la cinta interna empuja los materiales del centro a ambos extremos. El viento de la cinta con diversa dirección del ángulo lleva los materiales que fluyen en diversas direcciones. (Véase en la figura).

Figura 4.2. Mezcladora vertical cónica de cinta. Fuente: Empresa Direct Industry

57

Tabla N° 4.3. Ventajas. TIPO

VENTAJAS 

Mezcladora vertical cónica de cinta.

   

Alta capacidad de mezclado. Corto tiempo de mezclado. Fácil mantenimiento. Cinta helicoidal. Máxima y rapidez de descarga del producto.

Fuente: Los autores. 4.2.3.- Alternativa #3 Mezcladora horizontal de cinta. Con una alta eficiencia, alta uniformidad, alto coeficiente de carga. El diseño especial de doble cinta puede mezclar los materiales con alta uniformidad tales como el polvo con el gránulo. (Véase en la figura).

Figura 4.3. Mezcladora horizontal de cinta. Fuente: Empresa Direct INDUSTRY

58

Tabla N° 4.4. Ventajas. TIPO

VENTAJAS 

Mezcladora de cinta horizontal

  

Alta capacidad de mezclado. Corto tiempo de mezclado. Cinta helicoidal. Fácil mantenimiento.

Fuente: Los autores SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS. Conforme a la ejecución de este estudio se realizara la selección de una alternativa adecuada al proceso. De acuerdo a lo expuesto anteriormente que fue el estudio de 3 mezcladoras se tomó en cuenta su función y una la lista de atributos de acuerdo a sus ventajas. En la siguiente tabla se le adjuntara una ponderación de parámetros de uno (01) y cinco (05) para denominar la viabilidad de la máquina. Tabla 4.5. Selección de alternativas. Parámetros

ALTERNATIVAS

Condiciones

#1

#2

#3

Costo de fabricación

3

3

3

Funcionamiento

4

4

4

Capacidad de mezclado

4

5

5

Ensamblaje

5

5

5

Mantenimiento

5

5

5

Descarga de material

4

5

4

59

Seguridad

5

5

5

Total

30

32

31

Fuente: Autores Una vez hecho el análisis comparativo mediante la tabla, fueron tomado en cuenta los parámetros y ventajas de cada alternativa expresada en las tablas anteriores, en la cual determina que en la tabla de selección de alternativa nos muestra con mayor porcentaje la mezcladora vertical cónica que cumple completamente los requerimientos de la comunidad, lo cual nos permite continuar con el desarrollo del este diseño. 4.3.- DISEÑO EN DETALLE DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA. De acuerdo a esta fase se busca evaluar y validar a través de cálculos y análisis por software; el diseño obtenido, de manera que se pueda certificar el funcionamiento de la máquina acorde a los requerimientos de la comunidad, y a su vez asegurándose de que el diseño propuesto cumpla con la función necesaria. Se muestra una tabla de componentes para llevar un orden de diseño. Tabla N° 4.6. Componentes para el diseño Componentes Recipiente Agitador Motor Reductor Rodamiento

60

Estructura Tuberías de succión Bomba de vacío Fuente: Autores

4.3.1.- Determinación del volumen y masa del recipiente para mezclado. En base a los detalles requeridos por la comunidad y la selección de alternativas, el recipiente será de forma vertical cónica, el cual se llevara a cabo la mezcla del polietileno de alta densidad y el aditivo deslizante. También se tomó en cuenta la capacidad de contenido que pueda almacenar el recipiente para mezclar, se requiere un total de 200 kg de mezcla, para así mantener un trabajo continuo o con paradas correspondiente.

Figura 4.4. Recipiente para resina.

61

4.3.3.- Dimensiones del recipiente. De acuerdo a dichas dimensiones representadas en las siguientes figuras donde el software nos arroja los valores y nos determinar la cantidad de masa correspondiente que ocupara el recipiente en total y la necesaria para la mezcla.

Figura 4.5 dimensiones y capacidad del recipiente Tabla N°4.7 capacidad del recipiente. Recipiente total Cantidad

masa Recipiente necesaria

268,67 kg

masa Recipiente masa que ocupa el agitador

200 kg

5,5338 kg

Fuente: Los Autores. La tabla antes mostrada, expresa la cantidad específica de recipiente y sus factores adyacente. Densidad, masa, volumen, área de superficie del recipiente para mezclar justificado por Solid Works 2014.

62

Figura 4.6. Resultado de masa de mezcla.

Figura 4.7. Resultado de asa total del recipiente.

63

Densidad total de la mezcla “PEAD y ADITIVO DESLIZANTE” Este cálculo se hace para saber la densidad total de la mezcla valores de los compuestos de la mezcla presentados en la siguiente tabla. Tabla N°4.8. Compuestos de la mezcla. Masa Densidad (ρ)

N°

Compuestos

Cantidad, (m)

1

PEAD

199,8 kg

952 kg/m3

2

aditivo deslizante

0,2 kg

480 kg/m3

Fuente: Autores. Se calculara el volumen de los compuestos para luego sumarlos. Dónde:

64

Para saber la densidad total del sistema sumariamos los volúmenes y la masa total. Dónde:

Dónde:

⁄

AGITADOR HELICOIDAL DE CINTA Con respecto a los requerimientos exigidos por la comunidad se realizara la selección de este modelo de agitador, el cual se caracteriza por su eficiencia para este tipo de aplicación y así poder procesar una operación eficaz en la mezcla del polietileno y el aditivo deslizante.

65

En primera estancia, se definen las dimensiones del recipiente, especialmente, se eligen las relaciones del tipo (agitador de doble cinta helicoidal). A partir de ellas, se obtienen las dimensiones del agitador para obtener mezclado eficaz y completo en un tiempo determinado, donde: Para el diseño de la hélice debemos selección un eje correspondiente. Se seleccionara uno con diámetro de 50,8 x 800 mm, luego se le realiza un análisis de pandeo de acuerdo a que el eje se encuentra unido al reductor con un extremo del eje provocando en su otro extremo, un libre un esfuerzo de pandeo al producirse el giro. Como se puede apreciar en la siente figura, Amplitud resultante Plot para forma modal: 1(Factor de carga = -2112.3), una escala de deformación de 1,86754. El cual nos refleja que es un eje óptimo para dicho proceso.

Figura 4.8: Pandeo 1-Amplitud-Amplitud1

66

La cinta helicoidal del agitador presenta una geometría rectangular de 3mm x 80mm. Para ello procedemos a calcular el diámetro externo que tendrá la hélice, el cual hacemos referencia al recipiente, tenemos que:

Dónde:

de = diámetro externo. r = rápido del recipiente. e = espesor de la lámina.

Para el paso de la hélice tenemos que:

En cuanto a la longitud de la cinta se vinculara con la longitud del eje seleccionado, tenemos que:

Dónde: Le = longitud del eje. Lc = longitud de la cinta.

67

Para la cinta interna tenemos una hélice continua, de paso igual al diámetro para transporte de la mezcla a la hora de la descarga, recomendaciones realizadas por la comunidad. Tabla N°4.9. Agitador Característica

Variable

Tipo

Helicoidal de cinta

Peso

42 kg

Área

1,97 m2 Acero inoxidable

Material

1.4511 (X3CrNb17) 220000 N/mma2

Modulo elástico

Fuente: Los autores. SELECCIÓN DEL MOTOR Para la selección del motor debemos tomar en cuanta, ciertos parámetros: Tabla N°4.10 Parámetros para la selección de motor. Parámetros

Cantidad

Peso de la mezcla

200 kg

longitud del agitador

0,8 m 400 rpm

Rpm Fuente: Autores .

68

POTENCIA MECANICA. Tenemos que:

Para el cálculo del torque tenemos que:

Dónde: Y la fuerza viene dada por:

Teniendo todo esos datos pasaríamos a calcular la potencia mecánica.

69

Conversion de watt a kw.

Conversion de watt a HP.

Debido a estos cálculos realizados se seleccionó un motor eléctrico trifásico de 60 Hz, eficiencia estándar en el catálogo “WEG”, ver anexos para conocer las especificaciones. SELECCIÓN DEL REDUCTOR. Se determina la selección de un reductor perpendicular de ejes paralelos serie 2000, haciendo uso del catálogo “RAMFE” el cual posee uno con las características necesarias para el diseño. Los datos necesarios para la selección de este reductor serian kW o HP del motor, para mayor información véase en los anexos. POTENCIA EN EL EJE DE LA HÉLICE.

Dónde: 𝛚e = velocidad de entrada. I = relación de transmisión del reductor.

70

SELECCIÓN DE RODAMIENTOS. Para la selección del rodamiento debemos tener en cuenta el diámetro del eje del agitador y la carga a la cual estará sometido para que el rodamiento funcione bajo el máximo rendimiento. Haciendo uso del catálogo NSK se seleccionó un rodamiento de bolas de contacto angular para cargas axiales véase en los anexos para mayor detalle, lo cual con esos datos se calcular la vida nominal del rodamiento. Tenemos:

( )

Dónde: = Índice básico de vida nominal con fiabilidad del 90 % (MRPM). P = Carga dinámica equivalente (kN). Cr = Capacidad de carga dinámica (kN). p= exponente de la ecuación de la vida. (3 para rodamientos de bola).

(

)

71

CALCULO DE BOMBA PARA TRASLADO DEL PEAD

Se tomaron en cuenta varias alternativas de traslado del material con el cual se seleccionó por el método de bomba de vacío marca ELMO RIETSCHLE tipo lateral de canal, el cual también cuenta como requerimiento de la comunidad, ya que la empresa cuenta con una de ellas. Para mayor detalle y trabajo de la bomba véase en los anexos figura. Datos de la bomba de la empresa.

Tabla N°4.11 bomba de vacío G-BH1 2BH1400-7AH16-2 No BN 10100257 013 / 0411 EN 60034 3 Motor IP55 TH.CL.F 60 HZ 0,95 KW 3365 /min 220 – 275 V /4,0 A 380 – 480 V / 2,3 A -160 160 mbar Fuente: Los autores.

72

Datos técnicos de la bomba.

Caudal volumétrico 50 a 230 29,4 a 135,3 Estimaciones de caudal de la bomba Convertir de

a (1

, , Equivale a (0,000277778

Tabla N°4.12 estimaciones de caudal de la bomba. Caudal

Transformar

Resultado

50

A segundo.

0,013

230

A segundo.

0,06

Fuente: los autores. Mediante al caudal volumétrico que nos ofrece la bomba de vacío se procede a calcular el tiempo de llenado total de uno de los compuesto para la mezcla en el recipiente. Tomando en cuenta también el volumen de la tubería de traslado. Dónde:

73

Tiempo de llenado del recipiente.

Dónde: T= tiempo V= volumen Q = caudal.

Velocidad a la que sale el material de la tubería.

Dónde: v= velocidad. Q = caudal. A= área de tubería.

74

Dónde:

Convertir de (

a

)

Para así obtener la velocidad a la que sale de la tubería tenemos que:

TUBERÍAS DE TRASLADO DE UNO DE LOS COMPUESTOS (PEAD). Se seleccionó una tipo espiro P.U tubo flexible pvc se caracteriza por ser ligero, flexible y prácticamente indeformable, especial para este tipo de aplicación de traslado de granulado, cumpliendo así su función.

75

Figura 4.9. Tubería flexible Fuente: http://espiroflex.com/productos/tubos-de-aireacion/espiro-p-u/ Tabla N°4.13. Tubería de traslado. Característica

Detalles

Tamaño

2600 mm

Diámetro

50,8 mm 20 °C a 80 °C

Temperatura Fuente: los autores.

VALVULA PARA DESCARGA DE MEZCLA. En cuanto a la selección de una válvula correspondiente se hizo una seria de cálculo haciendo referencia a la presión ejercida en el área donde iría situada la válvula, donde:

76

Ø = 100mm

Conversión de

Conversión de

a

a

77

Haciendo uso del catálogo VAMEIN se selecciona una válvula mariposa de accionamientos automáticos por servomotor eléctrico tipo VJ de 4 pulgadas para mayor detalle de los parámetros véase en los anexos. Luego de haber visto los cálculos vemos que óptima para descarga de la mezcla, lo cual también posea un mando manual para casos de emergencia.

Figura 4.10: válvula mariposa.

ESTRUCTURA PARA LA MEZCLADORA. Para el diseño de la estructura de la mezcladora de resina como objeto principal de soporte se debe tomar en cuenta valores reflejados en la siguiente tabla en el cual se verán reflejados en el análisis estático de la estructura. Tabla N°4.14. Especificaciones para la estructura. Parte

Peso

Motor

44 kg

Reductor

50 kg

Agitador

37,27 kg

Mezcla

200 kg

78

Recipiente

73,6 kg

Total

404,27 kg Fuente: los autores.

De acuerdo a estos datos se seleccionó un tubo estructural en un catálogo con unas dimensiones de 100 x 100 para conocer más detalle ver el anexo. Para el presente análisis se eligió un perfil previamente mostrado en la tabla para la estructura, con un numero de 4 tubos, por ende se procede a realizar un análisis estático para corroborar que es el adecuado el cual se realiza aplicando una fuerza distribuida de 102 kg para conocer sus límites. En la siguiente figura se puede observar la fuerza aplicada en el tubo y la sujeción que se añadió para posteriormente conocer los valores.

Figura 4.11: Tubo para la estructura.

79

Figura 4.12: Tubo estructural-Análisis estático 1-Tensiones-Tensiones1 Observando la figura muestra que la tensión máxima es de 9.736e+006 en la zona establecida crítica. Siendo este inferior al del material.

80

Figura 4.13: Tubo estructural-Análisis estático 1-DesplazamientosDesplazamientos1 Por otro lado podemos ver en la figura el desplazamiento que tiene el tubo siendo así mostrado el máximo de 1,538e-002 siendo así despreciable, obteniendo así a garantizar la integridad física de la estructura.

81

Figura 4.14: Tubo estructural-Análisis estático 1-Deformaciones unitariasDeformaciones unitarias1 En cuanto a la siguiente figura muestra la deformación unitaria, siendo esta arrojada como valor critico de 2.722e-005 se hace despreciable por las características del material.

82

4.4 IMAGEN EN MODELADO 3D

Figura 4.15 Fuente: los autores.

83

4.5 ORDEN OPERACIONAL DEL PROCESO DE FABRICACIÓN Tabla Nº 4.15 Orden operacional del proceso de fabricación. N°

Componente

Material a usar

Herramienta

Proceso

1

Recipiente de mezclado.

Lamina de 5mm de acero inoxidable.

Máquina de soldar, taladro, esmeril.

Medición, Corte, doblado, perforaciones y soldado.

2

Tapa para recipiente.

Lamina de 12mm de acero inoxidable.

Taladro planetario, broca.

Medición y Perforaciones.

3

Estructura.

Tubo de 80x80mm de 6m.

Tronzadora, esmeril y máquina de soldar.

Medición, corte y soldar.

4

Eje

Torcho de 810mm x 50,8mm

Torno y fresadora.

Cilindrado, refrentado.

5

Cinta helicoidal.

Lamina de 3mm.

Máquina de soldar.

Soldar.

Fuente: Los autores. 4.7 MANUAL DE OPERACIONES Y MANTENIMIENTO DEL EQUIPO. Con la finalidad de evitar paradas no deseadas en la producción, se implementa un plan de mantenimiento preventivo. El mantenimiento preventivo es el destinado a la conservación de equipos o instalaciones mediante la realización de revisión y preparación previas que garanticen su buen funcionamiento y fiabilidad, para ello se debe cumplir con las tareas explicadas en el siguiente cuadro 84

Tabla 4.16. Tabla de mantenimiento. Elementos

Mantenimiento

a Herramientas

realizar

a Periodo

utilizar

tiempo en el que se debe realizar

Rodamiento

Asegurarse

de Engrasadora

mantener

los Manual

Semanal

rodamientos con la lubricación necesaria Tubería traslado

de Verificar que no se Llaves Mixtas

Semanal

encuentre obstruida por algún residuo.

Eje del agitador

Verificar

la Equipo verificador Mensual

alineación del eje

de alineación por laser

Válvula

Calibración

Define

el Mensual

instrumentista Reductor

Verificar

los

Herramientas

niveles de aceite

menores,

del

manual de aceite

reductor,

suplir

y

dichos

niveles

de

ser

necesario, verificar que

no

existan

fugas

85

de

bomba

Semanal

Inspección

Motor

de

Herramientas

Anual

bobina, ventilador

menores,

y

del

mixtas y señorita

los

mecánica

chequeo

ajuste

de

llaves

baleros del motor. Bomba

Inspección

interna Herramientas

de las aspas del menores, ventilador, revisión mixtas de cojinetes

Semestral llaves y

desarmador.

Fuente: Los autores El mantenimiento correctivo se enfoca en solucionar los defectos observados en los equipamientos o instalaciones, es la forma más básica de mantenimiento y consiste en localizar averías o elementos que haya dejado de funcionar total o parcialmente. Esto trae como consecuencia la detención de la producción. Por lo cual se toma la medida de reemplazo, tal podría ser el caso de cualquiera de los elementos que componen la mezcladora. 4.8 COSTOS DE MATERIALES Y COSTOS DE FABRICACIÓN (PRESUPUESTOS).

Tabla Nº4.17. Costo de materiales y fabricación de la maquina mezcladora. Material

Dimensión

Costo

Cantidad

Total

Lamina de acero inoxidable

304 3mm 2x1m

Bs. 90.000

1

Bs. 90.000

316 5mm Mate 2x1m

Bs. 561.000

1

Bs. 561.000

86

2” x 1m

Bs. 50.000

1

Bs. 50.000

3 HP 1760 rpm

Bs.350.000

1

Bs. 350.000

FG03 rpm

Bs. 600.000

1

Bs. 600.000

Rodamiento

7211 50mm x 72mm

Bs. 41.000

1

Bs. 41.000

Bomba

Vacío, canal de lateral

Eje Motor Reductor

Tubo flexible Valvula Tubo estructurar

1

Ø 50,8 2.600mm Mariposa 4”

Bs. 660.000

1

Bs. 660.000

4” x 6m

Bs. 70.000

1

Bs. 70.000

1/8 Lincoln Electric

Bs. 10.000

1 kg

Bs. 10.000

De 7 1/4 Dewalt x 7/8

Bs. 3.250

1

Bs. 3.250

Dewalt 14x 3/32 X1 Ultra fino

Bs. 8.000

1

Bs. 8.000

Tornillos Electrodos de acero inoxidable Disco de esmerilar Disco de corte tronzadora

Mano de obra Total Fuente: los autores.

87

Bs. 5 433 250

4.10.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MECÁNICO A AUTOMATIZAR. La automatización de esta mezcladora se refiere a transferir tareas de manufactura, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. El inicio de este proceso permite efectuar el llenado de resina formado por la mezcla de dos componentes polietileno PEAD y aditivo deslizante. Para ello se dispone de una instalación de un sistema de traslado hacia el recipiente mediante una bomba de vacío, luego de haber transcurrido ese proceso el personal obrero dispensara 0,2 kg de aditivo, para así dar inicio al proceso de mezclado el cual durara 10 min, inmediatamente de haber transcurrido ese tiempo se abrirá la válvula de descarga para efectuar el vaciado de la mezcla mediante succión de una bomba de vaciado, a continuación de este proceso el motor de la hélice se apagara y se dará por finalizado el proceso. 4.11 FASES O ETAPAS DE LA AUTOMATIZACIÓN. 

Etapa 0: Reposo, utilizado para verificar que la válvula de descarga este cerrada mediante un sensor de presencia LSB1.



Etapa 1: Inicio del proceso mediante el pulsador START que activa la bobina que controla la bomba de traslado del polietileno PEAD, activación del temporizador Tr por un periodo de 3,46 segundos para efectuar el llenado del recipiente adecuado y la luz indicadora.



Etapa 2: Activa la bobina que controla el motor de la hélice y activación de temporizador Tm por un tiempo de 8 minutos y encender una luz indicadora para el proceso de mezclado.

88



Etapa 3: activación de solenoide para la válvula de descarga y activación de la bobina que controla la bomba de succión de mezcla y encendido de una luz de finalizado.



Etapa 4: apagado de bobina que controla el motor y de la bomba de succión mediante un LSB2 de presencia de mezcla.

4.12 DISEÑO Y ANÁLISIS DEL GRAFICO FUNCIONAL DE ETAPAS Y TRANSICIÓN.

Figura 4.16: automatización método GRAFCET.

89

4.13 DISEÑO Y ANÁLISIS DEL DIAGRAMA SECUENCIAL DE LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA.

Figura 4.17: Diagrama secuencial.

90

4.14 DISEÑO Y ANÁLISIS DE PLANOS (ELÉCTRICOS, NEUMÁTICOS, HIDRÁULICOS, OTROS) DE CONTROL Y POTENCIA.

Figura 4.18: Plano de potencia.

91

CAPÍTULO V EVALUACIÓN DE RESULTADOS En esta fase final del presente proyecto se fundamentaran los resultados que se obtuvieron a lo largo de la realización del mismo, para dar a conocer los logros que alcanzaron los autores y la comunidad, durante el proceso de diseño y automatización de la mezcladora 5.1.- RESUMEN DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA PLANTEADO El motivo principal por el cual se dio inicio a realización de este trabajo es la falta de una mezcladora adecuada, para cumplir de manera eficaz el proceso de producción de tapas en la empresa PROYECTOS PET. Esto lleva a que sea el operador quien dosifique las cantidades de resina y aditivo, las cuales presentan irregularidades en la cantidad a mezclar, Basándose en esto, se procedió a realizar un estudio general, para el diseño de una mezcladora la cual cumple con las necesidades únicas de la comunidad mencionada, y a su vez brindar a los investigadores la oportunidad de ofrecer una optimización para su línea productiva. Obteniendo como resultado se tiene el diseño de una mezcladora de resina, la cual representa una solución a la problemática planteada, ya que cuenta con un agitador helicoidal de cintas, lo cual brinda mayor eficacia en cuanto a la homogenización de la mezcla y a su vez el sistema mecánico que se ofrece es automatizado, esto solventa las irregularidades en la mezcla, ya que el proceso de dosificación no será realizado manualmente por el operador, ahorrando así la ardua labor de cargar la tolva de mezclado antes del inicio del ciclo productivo.

92

5.2.- DESCRIPCIÓN Y PRESENTACIÓN DEL PRODUCTO El producto a presentar es el diseño y automatización de una mezcladora de resina y aditivo (granulado y polvo respectivamente), la cual cuenta con una tolva capaz de albergar 200kg de mezcla, su agitador de cintas helicoidal, nos asegura mayor homogenización de la mezcla, ya que crea un movimiento axial que permite que la mezcla vaya desde el fondo de la tolva hasta la parte superior creando vórtice y dándole continuidad al mezclado, está diseñada para una sencilla construcción y además para brindar mayores ventajas en el proceso de producción, tales como, menor tiempo para el cargado de la tolva con resina y aditivo, una duración de 8 minutos por ciclo de mezclado, sabiendo que todo el proceso esta automatizado se puede reflejar las ventajas que arroja al proceso de producción de la comunidad. Características con las que cuenta la maquina: 

Tolva para mezclado de acero inoxidable



Eje con agitador de cintas helicoidal



Motor de 3HP



Caja reductora



Acople del eje (agitador)



Sistema de carga para la tolva ( Bomba de vacío, Tubería flexible)

93

CONCLUSIONES Tras la realización de un análisis para una posible solución al problema planteado, con vistas al logro de una mayor optimización y en respuesta al desarrollo de cada uno de los objetivos es posible establecer las siguientes conclusiones: Del objetivo específico número 1: “levantamiento de información relacionado con la mezcladora de resina” se pudo concluir que es determinante conocer la mayor información posible con respecto a los diferentes tipos de resina y aditivos existentes, a su vez es fundamental reconocer el funcionamiento adecuado de la máquina y los tipos de mezcladora, el rendimiento de los diferentes tipos de agitadores y la eficiencia, para elegir correctamente los elementos del diseño. Del objetivo específico número 2: “Establecer diferentes alternativas para el diseño” Basados en la información obtenida se pudo ofrecer 3 alternativas de diseño viables para la comunidad, concluyendo así, que de acorde a sus necesidades, la comunidad aprobó una de las alternativas por preferencia de espacio, solicitando un tipo de agitador eficaz para su proceso, lo cual llevo a los investigadores a reconocer que entre la variedad de alternativas puede haber una fusión que permita complacer los requerimientos de la comunidad de manera satisfactoria. Del objetivo específico número 3: “seleccionar una alternativa para la realización del diseño” de las alternativas que fueron expuestas se observó que la mejor configuración en función de los requerimientos de la comunidad, es una mezcladora vertical la cual pueda almacenar mayor cantidad de resina y homogenizarla en menor cantidad de tiempo, sin el trabajo manual de cargado de la tolva realizado por el operador, Fue de suma importancia este objetivo ya que permite realizar una comparativa entre las alternativas y elegir la mejor de todas y es fundamental conocer la definición de cada uno de los puntos y expectativa exigidos

94

por la comunidad, con fin de orientar el diseño correctamente y evitar la mayor cantidad de errores o insatisfacciones posibles. Del objetivo específico número 4 “Realizar diseño en detalle de la maquina” Gracias a este objetivo se puede concluir que es de gran importancia evaluar y validar el diseño de manera minuciosa a través de los cálculos pertinentes y los análisis de software, de esta manera se aseguró el funcionamiento del diseño y se certificó que todas la necesidades expresadas por la comunidad hayan sido satisfechas, una de las cuales se detalla con la capacidad de la tolva para almacenar 200Kg de mezcla. Del objetivo específico número 5 “Automatizar la mezcladora” Se concluye de este objetivo con el fin de expresar que automatizar el proceso disminuye la mano de obra en la empresa lo cual era unos de los requerimientos la comunidad. Realizando cada una de la etapa de automatización, plano de potencia, GRAFCET, y lógica cableada se comprueba que puede trabajar de manera automatizada.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Trabajos de Grado Aníbal Viñan 2013 DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN EQUIPO AUTOMATICO MEZCLADOR DE RESINAS ADHESIVAS PARA LA EMPRESA PARQUET LOS PINOS Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (Ecuador) Páginas Web http://lab.transmitec.com/wp-content/uploads/2014/05/CATALOGO-DESELECCI%C3%93N-RAMFE.pdf http://www.weg.net/ve/Productos-y-Servicios/Motores-Electricos/Monofasicos/UsoGeneral-Cerrado-Capacitor-Arranque-Permanente https://spanish.alibaba.com/g/siemens-vacuum-pump.html http://www.gardnerdenver.com/brands/elmo_rietschle/ http://espiroflex.com/productos/tubos-de-aireacion/espiro-p-u/ http://www.tracepartsonline.net/(S(utup4nkduny3j11nba5o1vjh))/Part

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ANEXOS

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Anexo N° 1 Caracteristicas del motor

Fuente: Catalogo WEG

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Anexo N°2 Catalogo para la selección del reductor

Fuente: Catalogo Ramfe

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Anexo N°3 Catalogo para la Selección de rodamientos

Fuente: Catalogo de Rodamientos NFK

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Anexo N°4 Catalogo usado para selección del tubo estructural.

Fuente: Catalogo de Hierrobeco

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Anexo N°5 Catalogo para la selección de la válvula.

Fuente: Alibaba.com

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Anexo N°6 Maquina extrusora de tapas.

Fuente: los Autores

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Anexo N°7 Mezcladora de Bidón de la comunidad.

Fuente: los Autores.

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Anexo N°8 Dosificadora de material.

Fuente: los Autores.

105

Anexo N°9 Moldes para tapas.

Fuente: los autores

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Anexo N°10 Cierre de moldes para tapas

Fuente: los Autores

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