Máquina de lavado de tapas de cilindro

Ingeniería Mecánica. Estabilidad. Economía. Proceso de lavado. Memoria de cálculo. Momento flector máximo. Cálculo de tensión por flexión. Análisis de costos

  • Enviado por: Bruno Ezequiel García
  • Idioma: castellano
  • País: Argentina Argentina
  • 15 páginas
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1 - INTRODUCCIÓN

Este trabajo pone en manifiesto la ventaja de invertir en un proyecto que consiste en la fabricación de un gabinete, el cual, utilizado en conjunto con otros elementos, se utiliza para el lavado de tapas de cilindros.

En la actualidad, existen máquinas muy complejas para el lavado de piezas mecánicas, las cuales son de muy alto costo, lo cual provoca que los talleres de tamaño chico o mediano, no puedan acceder a su utilización, ya que no les sería amortizable. Debido a esto el objetivo es demostrar que construyendo el gabinete de la máquina lavadora, de acuerdo se describa a continuación, y en conjunto con las demás piezas que constituyen la máquina, como son: bomba de 3 HP, rociador de agua, quemador, válvula esférica y mano de obra; se logran obtener resultados que ofrecen el mismo beneficio que las máquinas del mercado, pero a mucho menor costo.

El presente proyecto, expone los cálculos del producto y la conveniencia económica de realizar la inversión en la fabricación del mismo.

Los resultados se detallarán en las conclusiones del trabajo.

2 - DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE LAVADO

El proceso de lavado se realiza aplicando sobre la pieza, por medio de rociadores, una mezcla de agua con jabón limpiador alcalino impulsado por una bomba de 3 HP y a una cierta temperatura. Ésta se logra por calentamiento del agua en el depósito mediante un calentador, el cual eleva la temperatura del fluido hasta valores aproximados a los 70 ºC. Un regulador se encarga de mantener esta temperatura constante.

Una vez aplicada la lluvia de agua con jabón, ésta cae por gravedad hacia un filtro, el cual desemboca en el depósito de la máquina. Aquí el fluido vuelve a ser tomado por la bomba y enviado nuevamente hacia los rociadores, cumpliendo una recirculación. El tiempo del proceso es controlado a voluntad por medio de un temporizador mecánico.

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Figura 1 - Máquina lavadora que se rediseñó

4 - MEMORIA DE CÁLCULO

A - Dimensionamiento del Perfil LPN a utilizar

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Dado que la tapa de cilindro más pesada que se puede colocar en la máquina es de 60 kg, y dado que este peso se reparte entre dos perfiles, y a la vez, la mitad del peso de la pieza se reparte en dos apoyos sobre el perfil, la carga máxima P que debe soportar es de 15 kg.

Se hará la prueba con un perfil angular LPN 20x3 y con un LPN 25x3. En caso que el LPN 20x3 no verifique, se harán los cálculos con el otro, y en caso de que tampoco verifiquen, se harán las pruebas correspondientes con perfiles de mayores dimensiones. El material utilizado para la construcción es un St 37 y admite como tensión máxima 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
.

Datos

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Haremos los cálculos en forma genérica, luego reemplazaremos los datos.Reacciones

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

de (1)

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

de (2)

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

de (1)

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Para el LPN 20x3 ⇒ 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Para el LPN 25x3 ⇒ 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Momentos flectores y esfuerzos de corte

Tramo AC 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Si 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
, 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Si 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
, 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Tramo CD 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Si 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
, 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Si 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
, 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Para calcular el momento flector máximo, partimos de suponer que el mismo se encuentra en el tramo CD. Teniendo en cuenta que éste se encuentra en aquél punto en que la derivada del mismo es cero (por existencia de máximo), y considerando además que 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
, buscamos aquel punto en que el esfuerzo de corte sea nulo:

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Entonces, procedemos a calcular el momento flector en dicho punto:

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Para el LPN 20x3 ⇒ 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Para el LPN 25x3 ⇒ 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Tramo BD

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Si 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
, 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Si 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
, 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

El esfuerzo de corte máximo se produce en los extremos, o sea en 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
. Del tramo AC, tenemos para 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
:

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Cálculo de la Tensión por Flexión (Ley de Navier)

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Para el LPN 20x3 ⇒ 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Para el LPN 25x3 ⇒ 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Cálculo de resistencia al corte para el LPN 25x3

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

B - Dimensionamiento del tubo rociador

Este sistema consta de un tubo de acero de 3” de diámetro y aproximadamente un metro de longitud, en el cual se han practicado 20 orificios roscados dentro de los cuales se colocan picos rociadores que se encargan de pulverizar el fluido, transformando la energía de presión en energía cinética, lo que le otorga capacidad de remover las partículas, aceite, grasas, etc.

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Por consiguiente se calculará el espesor de pared necesario para que el tubo resista la presión relativa otorgada por la bomba centrífuga, la cual es de 46 m c. a. equivalente a 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
.

Teniendo en cuenta que la presión relativa en el exterior del tubo es nula, tenemos que la tensión máxima soportada en las paredes del tubo está dada por la siguiente expresión:

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Despejando 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
de la expresión anterior, y tomando como 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
, nos queda:

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Dado que 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
y 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
, despejando 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
, tenemos:

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Esto implica que el espesor debe ser como mínimo de:

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

El espesor más pequeño para estos tubos de 3” es de 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
. Lo que implica un radio interior igual a:

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

Haciendo la verificación, tenemos que:

'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

5 - ANÁLISIS DE COSTOS

6 - CONCLUSIONES

Mediante este informe queda demostrada la notable rentabilidad del proyecto. Dado que el producto será promocionado en varias de las principales ciudades de la Provincia de Buenos Aires y Santa Fe, puede garantizarse que la venta del producto será un éxito, ya que en estas ciudades la cantidad de talleres de pequeño y mediano tamaño es abundante, y para éstos, la posibilidad de comprar este tipo de máquina (que en el mercado se ofrecen a un valor superior a los $12000) es escasa.

Este proyecto se ideó al observar a una de las maquinarias de este tipo en uno de los talleres de la ciudad de San Nicolás. Pudo notarse que la construcción del gabinete era deficiente en distintos sentidos. Nombraremos algunos de ellos:

  • Ausencia de aislante en la cisterna contenedora de agua, lo que implica que la temperatura del agua en el mismo se mantenga por un tiempo relativamente corto, provocando que el quemador actúe con mayor frecuencia, lo que a su vez implica un mayor consumo de gas natural.

  • Pérdida de agua al ser deficiente el sistema de cierre de la tapa. Ya que al estar en funcionamiento el equipo se observaron fugas de agua que no provocan pérdidas de calor significativas al ser éstas muy pequeñas, pero dan un mal aspecto al equipo.

  • Ausencia de filtro en la entrada de la bomba para las partículas sólidas, lo que provoca que la misma deba ser removida y desarmada con frecuencia para ser destapada.

  • Para solucionar estos problemas se tuvo en cuenta, para su diseño, lo siguiente:

  • Para solucionar el problema de las pérdidas de calor se colocó en el interior de la cisterna una pintura especial que aísla el calor en mayor proporción, disminuyendo en gran medida el inconveniente. Como consecuencia, se obtiene un mayor ahorro de combustible. Además, se protege a la unidad de la corrosión, brindándole una mayor vida útil.

  • Para solucionar las pérdidas de agua se colocó en el cierre de la tapa un sistema que actúa como laberinto para el agua, junto con un burlete de goma tipo “U”. Actuando en conjunto, evitan que el agua se puede escapar.

  • Se colocó un sistema de filtrado interceptor decantador, que impide que las partículas sólidas fluyan hacia la bomba, evitando los inconvenientes nombrados.

  • 'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

    Debido a que gran parte de los talleres donde se promocionará la máquina poseen todos estos inconvenientes con la suya, y quieren comprar una nueva en consecuencia, pero no pueden por razones económicas, se puede afirmar que la posibilidad de vender este producto es elevada. Lo que brinda al inversor seguridad en su decisión de invertir en este proyecto, ya que la tasa de riesgo es muy baja, y además le brinda un interés 6 veces superior al que ofrece un banco para un plazo fijo anual.

    7 - BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

    • Carpeta y apuntes de Ingeniería Mecánica II

    • Carpeta y tablas de Estabilidad I

    • Carpeta, tablas y apuntes de Estabilidad II

    • Carpeta y apuntes de Economía

    • Catálogos de productos

    • Páginas de Internet varias

    • Presupuestos de productos enviados vía e-mail.

    • http://www.dimpar.com

    8 - ANEXOS: Gráficos, planos de construcción, tablas y catálogos.

    'Mquina de lavado de tapas de cilindro'
    'Mquina de lavado de tapas de cilindro'

    Trabajo Práctico Final - Ingeniería Mecánica II

    Pág. 3 - Máquina de lavado de tapas de cilindro

    Figura - Diseño en 3D del gabinete