viii

DISEÑO DE DOSIFICADORA INDUSTRIAL DE MEZCLA PARA LA

EMPRESA GLADY’S DELICATESSES C.A, PLANTA SAN DIEGO

Autores: Alvarado L. Stephanie B. C.I.: 21.030.129

Mendoza V.Andrés L. C.I.: 23.410.374

Urb. Yuma II, Calle Nº 3, Municipio San Diego

Teléfono: (0241) 8714240 (Master) - Fax: (0241) 871239

ix

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DEMECÁNICA

DISEÑO DE DOSIFICADORA INDUSTRIAL DE MEZCLA PARA LA EMPRESA GLADY’S DELICATESSES C.A, PLANTA SAN DIEGO

Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de

INGENIERO MECÁNICO

Autores:Alvarado L. Stephanie B. C.I.:21.030.129

Mendoza V. Andrés L. C.I.: 23.410.374

Tutor : Ing. Giovanni Pizzella

San Diego, Febrero de 2015

x

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE MECÁNICA

ACEPTACIÓN DEL TUTOR

Quien suscribe, Ingeniero Giovanni Pizzella portador de la cédula de

identidad

N° 4.455.859, en mi carácter de tutor del trabajo de grado presentado por los

ciudadanos Stephanie Alvarado y Andrés Mendoza, portadores de la cédulas de

identidad N° 21.030.129 y 23.410.374, (respectivamente), titulado “DISEÑO DE

DOSIFICADORA INDUSTRIAL DE MEZCLA PARA LA EMPRESA

GLADY’S DELICATESSES C.A, PLANTA SAN DIEGO” presentado como

requisito parcial para optar al título de Ingeniero, 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 San Diego, a los 3 días del mes de febrero del año dos mil quince.

___________________________

Ing.Giovanni Pizzella. C.I.: 4.455.859

xi

AGRADECIMIENTOS

Ante todo agradezco a Dios por darme todo lo que tengo y hacerme lo que soy.

Al mejor compañero Andrés Mendoza que sin el esto no sería igual, gracias por

aceptar este reto conmigo somos un gran equipo!!.

A mis padres y hermanos por todo el apoyo que me brindaron. A esos tíos que de

cierta forma fueron un ejemplo y gran apoyo.

Al mejor novio del mundo Adan Soler porque siempre estuvo a mi lado en todo

mi camino para lograr esta meta, a su mamá Olga Cipolletti que siempre creyó en mí

y me apoyo en todo al igual que la Tia Nina y los abuelos. Agradezco a la Tía

Noraima por el cariño y el apoyo siempre que la necesite.

Agradezco a mi prima Fabiola que a pesar de que siempre está ocupada me

ayudo cuando la necesite, lo que aprecio muchísimo.

Agradezco a los padres de mi compañero German y Gladys Mendoza que

estuvieron con nosotros en todo el trabajo ayudándonos y apoyándonos.

A nuestro tutor Giovanni Pizzella por confiar en nosotros y ayudarnos desde el

primer día.

A mis profesores que fueron parte de mi crecimiento a lo largo de esta carrera, en

especial al Prof. Gruber Caraballo por siempre ser un buen ejemplo y hacer de sus

materias un reto, lo que me hizo aprender mucho más.

A mis amigos porque ningún logro se consigue solo, gracias a aquellos que me

animaron en los momentos malos y celebrar junto a mí los buenos. Principalmente a

Sabino Contreras (Mi tercer hermano) que siempre me apoyo y Sonya Barrientos que

siempre ha sido una gran amiga.

Stephanie Alvarado

xii

DEDICATORIA

Este logro se lo dedico a mis padres principalmente Alcira Lugo y José Virgilio

Alvarado los mejores ejemplos que tengo en mi vida. Mi mamá porque siempre que

necesite de sus conocimientos estuvo ahí para guiarme y por ser el mejor ejemplo de

mujer trabajadora y fuerte, la que me hizo como soy hoy en día. A mi papá porque

siempre fue mi inspiración para lograr esta meta, fue el que me enamoro cada vez

más de la mecánica.LOS AMO!! Gracias

A mis hermanos que siempre me apoyaron y acompañaronJesús y José, son los

mejores. A mi hermana Maria Blanco que siempre me apoyo y fue una gran amiga.

A mis abuelos, mi abuelo Vicente que fue un gran ejemplo y quererme como lo

hizo, sé que a pesar de que no está a mi lado está orgulloso de mi, al igual que mi

abuelo José y mi abuela Chila. A mi abuela Cenobia en especial que siempre ha sido

un gran ejemplo y nos sigue apoyando.

Este logro lo comparto con mi novio Adan Soler que desde el principio me apoyo

y me ayudo en todo lo que necesite, que incluso sufrió conmigo esta carrera y estar

siempre a mi lado sin importar nada. Gracias por ser mi motivación, soporte y un

gran ejemplo esto no sería igual sin ti. TE AMO

Y no menos importante mi compañero nocturno que cuando no estaba más nadie

él siempre estuvo a mi lado cuando estudiaba Sparky.

Stephanie Alvarado

xiii

AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIA

No alcanzan escasas líneas para expresar el profundo sentimiento de gratitud

que hoy siento hacia todas aquellas personas que de manera directa o indirecta

intervinieron no solo en la formación académica si no en la travesía de experiencias

que llaman vida y que tiene por consecuencia a este ser que en este momento plasma

su pensamiento. Quiero agradecer principalmente a mis padres y mis hermanos que

con su amor, dedicación y apoyo incondicional celebrarán como propio este logro que

es más suyo que mío, a mis abuelos, tíos y familiares en general todos son parte

fundamental de lo que soy hoy, la empresa GLADY’S DELICATESSES C.A que es

mi casa, mi fuente de alimento y fiadora de este sueño, a nuestro tutor académico y

profesores que se dedicaron a ir más allá de cumplir con su deber profesional y

agregaron humanidad a nuestra formación, a mis amistades, a mi novia que se unió a

la campaña “un abrazo para un tesista estresado” y por último a mi brillante

compañera de tesis quien hizo un trabajo invaluable y un esfuerzo monumental en

esta difícil tarea que fue hacer equipo conmigo, sin ella no estarían leyendo este texto,

infinitas gracias a todos los mencionados y a los que por alguna razón olvide también,

espero algún día poder retribuir aunque sea un poco de tanto que he recibido de

ustedes.

Dedicado a mi padre German E. Mendoza L, ahora sí puedes llamarme

“Ingeniero” con toda propiedad.

Firma una noche de junio, Andrés Leonardo Mendoza Vallés.

xiv

ÍNDICE GENERAL

CONTENIDO Pp

LISTA DE TABLAS ..................................................................................... xi LISTA DE FIGURAS ................................................................................... xii TABLA DE SÍMBOLOS .............................................................................. xvi RESUMEN..................................................................................................... xvi INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 1 CAPÍTULO I EL PROBLEMA 1.1 Planteamiento del Problema.................................................... 2 1.2 Formulación del Problema....................................................... 4 1.3 Objetivos.................................................................................. 4 1.3.1 Objetivo General............................................................... 4 1.3.2 Objetivos Específicos........................................................ 4 1.4 Justificación............................................................................. 4 1.5 Limitaciones............................................................................. 5 1.6 Alcance.................................................................................... 5 II MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes............................................................................ 7 2.2 Bases Teóricas......................................................................... 8 2.2.1 Diseño en la ingeniería mecánica...................................... 8 2.2.2Ley de conservación de la masa......................................... 9 2.2.3 Proceso de dosificación de mezcla.................................... 9 2.2.4 Propiedades del fluido....................................................... 10 2.2.5 Fluidos no newtonianos..................................................... 10 2.2.6 Caudal................................................................................ 12 2.3 Consideraciones de Diseño...................................................... 13 2.3.1 Factores de diseño.............................................................. 13 2.3.2 Normas y Códigos.............................................................. 13 2.3.3 Factor de Seguridad........................................................... 14 2.3.4 Diseño de engranes............................................................ 16 2.3.5 Diseño de ejes.................................................................... 18 2.3.6 Cinta transportadora........................................................... 18 2.4 Esfuerzos.................................................................................. 18 2.4.1 Esfuerzos Uniformemente Distribuidos............................. 18 2.4.2 Esfuerzos por fricción........................................................ 18 2.4.3 Esfuerzo superficial........................................................... 19

xv

2.4.4 Esfuerzo por fatiga............................................................. 20 2.5 Pistones.................................................................................... 21 2.5.1 Consumo de aire................................................................ 21 2.5.2 Dimensionamiento de la red de aire comprimido.............. 21 2.5 Definición de Términos Básicos.............................................. 22 III MARCO METODOLÓGICO 3.1 Enfoque de la Investigación..................................................... 25 3.2 Tipo de Investigación............................................................... 26 3.3 Nivel de la investigación.......................................................... 26 3.4Diseño de la Investigación....................................................... 27 3.5Fases de la Investigación......................................................... 28 IV RESULTADOS 4.1 Hacer un estudio de las características del producto antes y

después de la dosificación con la intención de definir un patrón estándar del proceso.......................................................................

30 4.2 Generación y elección de la propuesta de diseño.................... 32 4.2.1 Función principal............................................................... 33 4.2.2 Restricciones...................................................................... 33 4.2.3 Criterios.............................................................................. 34 4.2.4 Propuestas de Diseño......................................................... 34 4.3 Especificaciones del sistema diseñado, realización del

diseño, simulación y cálculos...................................................

35 4.3.1 Cálculo de Caudal.............................................................. 36 4.3.2 Selección de los Engranes cilíndricos................................ 37 4.3.3 Cálculo de la cremallera..................................................... 41 4.3.4 Selección de la cinta trasportadora.................................... 45 4.3.5 Selección de los pistones................................................... 50 4.3.6 Consumo de aire comprimido............................................ 53 4.4 Inversión y factibilidad económica.......................................... 55 4.5 Presentación de un manual de operaciones y mantenimiento

para la máquina diseñada..............................................................

57 4.5.1 Manual de operaciones...................................................... 57 4.5.2 Manual de mantenimiento.................................................. 63 V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones............................................................................. 69 5.2 Recomendaciones..................................................................... 70

xvi

ANEXOS Anexo A: Propuestas de Diseño..................................................... 73 Anexo B: Cuadros comparativos para la elección de la mejor

solución.............................................................................................

80 Anexo C: Ponderación final............................................................. 87 Anexo D: Ensayo experimental....................................................... 90 Anexo E: Análisis REBA de proceso manual.................................. 95 Anexo F: Análisis REBA de propuesta diseñada............................ 97 Anexo G: Layout actual de la Empresa........................................... 99 Anexo H: Layout Recomendado...................................................... 101 Anexo I: Cuadro de inversión especifico del diseño...................... 103 Anexo J: Maquina Diseñada............................................................ 106 Anexo K: Planos del Diseño............................................................ 108 APÉNDICES Apéndice A: Especificaciones AGMA para el diseño de

Engranes.........................................................................................

120 Apéndice A-1: Esfuerzos en Engranes Rectos.......................... 123 Apéndice B: Parámetros de Diseño de Cinta transportadora.......... 129 Apéndice C: Selección de Rodamientos del Catalogo SKF........... 133 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Impresas……………………………………………………………....... 136

xvii

LISTA DE TABLAS

CONTENIDO TABLAS p.p.

1 Tabla 1. Organizaciones Internacionales................................. 14

2 Tabla 2. Factores de Seguridad................................................ 16

2 Tabla 2. Propiedades de la Mezcla Dosificada y Horneada..... 31

3 Tabla 3.Propiedades Físicas de la Galleta............................... 31

4 Tabla 4. Tiempos Promedios del Proceso Actual.................... 32

5 Tabla 5. Análisis de tiempos por operación............................. 32

6 Tabla 6. Tiempos de Maquina.................................................. 35

7 Tabla 7. Análisis económico del proceso................................. 56

xviii

LISTA DE FIGURAS

CONTENIDO

FIGURA p.p.

1 Figura 1:Deformación de un elemento fluido............................. 11

2 Figura 2: Propuesta Elegida......................................................... 36

3 Figura 3. Engrane Cilindrico........................................................ 37

4 Figura 4: Diagrama de los Engranes............................................ 39

5 Figura 5: Diagrama de corte y momento de los engranes

cilíndricos de la dosificadora.......................................................

40

6 Figura 6: Piñón - Cremallera........................................................ 41

7 Figura 7: Cinta Transportadora.................................................... 45

8 Figura 8: Eje de la Cinta transportadora...................................... 47

9 Figura 9: Diagrama de corte y momento de eje de la cinta

trasportadora. ...............................................................................

48

10 Figura 10: Pistón de la Cremallera de los engranes

Cilindricos…………........................................................

50

11 Figura 11: Pistón delEmbolo........................................................ 51

12 Figura 12: Pistón de la Plataforma............................................... 52

13 Figura 13: Pistón de la Cremallera de la cinta transportadora..... 53

14 Figura 14: Maquina Diseñada...................................................... 58

15 Figura 15: Circuito Neumático T0............................................... 58

16 Figura 16: Switch 1...................................................................... 59

17 Figura 17: Circuito Neumático T1............................................... 59

18 Figura 18: Switch 2...................................................................... 60

19 Figura 19: Circuito Neumático T2............................................... 60

xix

20 Figura 20: Circuito Neumático T3............................................... 61

21 Figura 21: Circuito Neumático T4............................................... 61

22 Figura 22: Circuito Neumático T5............................................... 62

SÍMBOLO DESCRIPCIÓN UNIDADES � Velocidad m2/s

A Área m2

a Altura de cabeza m

b base m

C Distancia entre centros m

CA F.C carga axial -

Cal Caudal J: Jules

CC F.C carga de corte -

CCF F.C confiabilidad funcional -

CD Factor de corrección por dimensiones de la pieza

-

CE F.C concentración de

esfuerzos -

CH Factor de dureza -

CS Factor de corrección por

acabado superficial -

D Diámetro m

Dop Diámetro exterior m

Dp Diámetro de paso m

Ener Energía J: Jules

hT Altura total m

I Factor de geometría

superficial -

J Factor geométrico de resistencia a la flexión

-

KA factor de aplicación -

KB Factor espesor del aro -

KL Factor de vida -

KR Factor de confiabilidad -

KT Factor de temperatura -

KV Factor dinámico -

m pendiente -

mp Relación de contacto Diente/m

M T Momento Torsor J

Nd Numero de dientes dientes

p presión Pa

Pb Paso base m

Pd Diámetro de paso Inch-1

Q Caudal m3/s

rp Radio de paso m

RPM Revoluciones por minuto Rev/min

RPS Revoluciones por segundo Rev/s

S’n Resistencia a la fatiga Pa

Sfb Resistencia a la fatiga por

flexión -

Sfc Resistencia a la fatiga por

desgaste -

Su Esfuerzo ultimo Pa

Sy Resistencia a la fluencia Pa

t Tiempo segundos

Trab Trabajo J: Jules

V Volumen m3

Vg Volumen galleta cruda m3

W carga N

Z Longitud acción m

Z Longitud de acción m

ρ densidad kg/ m3 � Viscosidad dinámica Pa/s � Esfuerzo Pa: pascal � Tensión tangencial

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE MECÁNICA

DISEÑO DE DOSIFICADORA INDUSTRIAL DE MEZCLA PARA LA

EMPRESA GLADY’S DELICATESSES C.A, PLANTA SAN DIEGO

Autores: Stephanie Alvarado, Andrés Mendoza Tutor : Ing. Giovanni Pizzella Fecha: Febrero, 2015

RESUMEN

El Trabajo de grado de grado presentado por los autores a beneficio de la empresa productora de galletas integrales a base de avena GLADY´S DELICATESSES C.A tiene como objetivo general realizar el diseño de una máquina dosificadora de mezcla para la empresa GLADY´S DELICATESSES C.A. planta San Diego, con la finalidad de innovar y automatizar parte de la cadena productiva, superando así las limitaciones actuales del proceso de dosificación manual y solventando los inconvenientes que trae el mismo. La metodología a la cual responde este texto es la de una investigación aplicativa con modalidad de proyecto factible y nivel descriptivo, en este orden de ideas, la investigación se basa en describir la situación y las variables que afectan o que deben estudiarse en la empresa ycomo la propuesta de diseño influirá en la misma. Para cumplir con los objetivos propuestos de una manera ordenada el proyecto se estructura en cinco (5) fases específicas las cuales son: definición de un patrón estándar, generación y elección de la propuesta de diseño, cálculos y especificaciones del sistema diseñado, inversión y factibilidad económica, presentación del manual de operatividad y mantenimiento.

Descriptores: Diseño, Dosificación, Alimentos.

INTRODUCCIÓN

Para las empresas la competitividad de sus productos es algo fundamental, no

existe margen para las improvisaciones, todos los procesos deben ser planificados y

estandarizados, la sincronía entre los operarios y las maquinas afecta directamente a

la producción, el funcionamiento pleno de las líneas productivas permite llevar los

productos a los consumidores de una manera satisfactoria y se debe destacar que un

cliente satisfecho es un frecuente comprador de los productos ofrecidos, por lo que se

afirma que la mejor publicidad es la calidad del producto. Por lo tanto las compañías

se interesan en evolucionar sus procesos constantemente para llevarlos a la

excelencia, en este proyecto de investigación se intenta explicar cómo la

implementación de máquinas automatizadas juegan un papel importante en estos

aspectos y gana espacio en los departamentos de las industrias; se comienza con la

descripción de la problemática y mostrando los beneficios que trae consigo la

sustitución de los procesos manuales, concluyendo con una propuesta de solución a la

problemática tratada, planteando objetivos, delimitando el alcance del proyecto,

sustentando lo anteriormente expuesto con conceptos teóricos basados en

investigaciones de otros autores y finalmente usando herramientas metodológicas

para abordar la situación y así cumplir con la demostración de los beneficios que trae

consigo la evolución de la producción manual a la automatizada por maquinaria

especial, todo esto en forma de investigación de campo aplicada en las instalaciones

de la empresa GLADY’S DELICATESSES C.A, compañía del rubro de los

alimentos y productora de galletas integrales a base de avena, los directivos de esta

institución tienen la convicción de abrirse paso entre los grandes productores y

afianzarse en el mercado por lo que la innovación, crecimiento continuo de sus líneas

productivas y aseguramiento de la excelente calidad de sus productos son la principal

preocupación y la prioridad en sus proyectos de inversión.

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del problema

El sector industrial del país actualmente está sumergido en un panorama lleno de

complicaciones, las compañías deben mantener el continuo funcionamiento de sus

líneas productivas y buscar la evolución de los métodos y procesos empleados para la

fabricación de sus productos con la intención de mantenerse a flote en el mercado y

poder brindar al consumidor artículos de calidad con un precio competitivo y hacer

frente a la demanda existente y la ceñida competencia con el resto de los fabricantes,

en este texto se pretende resaltar la importancia de la sustitución de procesos

manuales por los mecánicos y demostrar como el uso de esta herramienta puede

brindar soluciones favorables y aportar mejoras significativas en las líneas

productivas. Las empresas de alimentos que se mantienen activas en el país están en

una constante lucha por mantener y aumentar la productividad de sus instalaciones,

por lo que las pequeñas empresas que aún realizan procesos manuales se encuentran

en gran desventaja con el resto puesto que la producción se limita a las capacidades

humanas y dependen directamente del desempeño del personal cosa que puede alterar

las propiedades de los productos dificultando así que los mismos tengan

características estandarizadas, este capítulo se desarrolla con la finalidad de analizar

la problemática en cuestión, con la premisa de que entendiendo a la misma, se podrán

formular preguntas que nos lleven a objetivos tangibles y una futura solución.

GLADY´S DELICATESSES C.A es una empresa productora en el área de

alimentos, su principal producto es una gama de galletas integrales a base de avena,

este tiene más de diez años deleitando a los habitantes del Estado Carabobo y la

Región Central del País con su inigualable sabor y calidad, la compañía está

conformada por una planta de producción ubicada en San Diego y la oficina del

departamento de ventas que tiene su espacio dentro de las mismas instalaciones de la

planta, esta se dedica a la producción de galletas integrales a base de avena. La línea

de producción está compuesta de un almacén de materias primas, un equipo de

elaboración de la mezcla, el personal de dosificación, dos hornos de convección a

gas, grupo de empacado manual, inspección de calidad y almacén de producto

terminado. Al igual que cualquier otro proceso manual, la dosificación de mezcla

requiere de la implementación de personal que lleve a cabo la función necesitando de

dos o más operarios que hagan el uso de mangas de repostería con boquillas para dar

forma de estrella o flor a la masa y formar una galleta el proceso se lleva realiza

introduciendo la mezcla dentro de la manga de repostería y apretándola con ambas

manos haciendo fluir la masa a través de una boquilla estriada y colocándola sobre

una bandeja este proceso se repite hasta que la bandeja contenga 54 galletas

(formando una matriz de 6 por 9) y se procede a llenar el resto de las bandejas hasta

finalizar la producción, una rutina que si bien es efectiva trae consigo variaciones en

el tamaño y peso de las galletas pues esto está sujeto al desempeño del operario de la

manga y también limita la cantidad de galletas fabricadas y el tiempo de producción

perjudicando un retraso en el tiempo de horneado.

La Gerencia de GLADY’S DELICATESSES C.A, necesita mantener la

confiabilidad del proceso de dosificación de mezcla para cumplir con la demanda, ya

que este proceso es crítico en la producción de las galletas integrales, es una

preocupación generalizada de la empresa el aumentar la productividad de la planta y

sustituir el proceso de dosificación manual por uno automatizado que brinde mayores

beneficios en cuanto a tiempo de producción, unidades producidas y la

estandarización de las características del producto (peso y tamaño principalmente),

con el fin de minimizar las variaciones entre cada galleta y aumentar los niveles de

producción de la planta surge la siguiente interrogante .

1.2. Formulación del problema.

¿Cómo puede la empresa dosificar la mezcla para garantizar el aumento y

estandarización de la producción de galletas integrales?

1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivo General

Diseñar dosificadora de mezcla para la empresa GLADY´S DELICATESSES

C.A. planta San Diego.

1.3.2. Objetivos Específicos

1. Hacer un estudio de las características del producto antes y después de la

dosificación con la intención de definir un patrón estándar del proceso.

2. Generar distintas propuestas para el diseño de la máquina y seleccionar la más

adecuada según el orden de prioridades de la compañía.

3. Efectuar el diseño de la propuesta seleccionada y evidenciar mediante cálculo

los beneficios de su implementación.

4. Realizar un estudio de la factibilidad económica del proyecto

5. Presentar un manual de operaciones y mantenimiento para la máquina diseñada.

1.4 Justificación de la investigación.

El proyecto a presentar es de vital importancia pues con el diseño y aplicación de

una máquina dosificadora se pretende maximizar la capacidad de la línea de

producción minimizando los procesos manuales y por consiguiente mejorando el

rendimiento de toda la cadena productiva de la planta, también cabe resaltar que la

aplicación de la propuesta trae consigo mejoras en la administración de los recursos

económicos y el personal, la planificación de los horarios permite realizar una

adecuada capacitación del personal, aprovechando así de una manera más eficiente

las horas hombre destinadas a dosificación, el aumento de la producción le permite a

la compañía mantener inventario y tener disponibilidad para satisfacer la demanda y

aumentar la oferta expandiendo así sus fronteras con miras a ser líderes en el rubro de

los alimentos integrales. Para lograr los objetivos expuestos se debe contar con el

apoyo de la institución beneficiada con el aporte de la información detallada de los

procesos que involucren a la dosificación y los estudios de las propiedades del

producto para complementar los fundamentos teóricos de este proyecto y así

garantizar la calidad, seguridad y profesionalidad del diseño, con la fuerte intención

de cumplir con los estándares de calidad y la política de exigencias de GLADY´S

DELICATESSES C.A asegurando la seguridad de sus trabajadores, la excelencia en

las condiciones laborales, la calidad del producto todo esto mediante un proceso

económicamente rentable y con la fuerte intención de potenciar el crecimiento de esta

prometedora compañía.

1.5 Limitaciones.

El tiempo de investigación está estipulado en 8 meses, sin embargo, en el

transcurso del desarrollo de la investigación pueden surgir nuevas variables

provenientes de ideas consolidadas y derivadas de la propuesta de solución que se

adopte que pueden extender este período de investigación.

El costo de fabricación de las piezas es de un nivel elevado, pues en su mayoría

estarán elaboradas con aceros inoxidables ferríticos y austeníticos.

1.6 Alcance.

Dentro del marco táctico del desarrollo del proyecto es primordial establecer

demarcaciones que garanticen el cumplimiento de los objetivos del mismo, así como

también definir el enfoque de los esfuerzos realizados en miras de alcanzar las metas

propuestas a lo largo de la investigación, por ello cabe destacar que para el presente

proyecto los estudios se harán solo en la producción de las galletas integrales de la

empresa GLADY´S DELICATESSES C.A. El plan a diseñar consiste en estudiar las

fases que conforman la line en cuestión, evaluando los factores que puedan influir en

la dosificación, mediante la recolección de datos sobre el proceso, tomando en cuenta

cada paso de la fabricación antes y después del proceso de dosificación afectan

directamente al producto para así encontrar posibles soluciones y presentar la

propuesta más adecuada para las necesidades de la compañía.

Por otra parte, la realización de esta investigación contribuye al avance de la

ingeniería mecánica en cualquiera de sus especializaciones.

Además de esto, el proyecto está basado en la metodología de investigación

correspondiente y sirve como punto de apoyo para cualquier tesis de grado.

Finalmente, la meta principal es el desarrollo completo de la tesis de grado,

requisito indispensable para lograr el título de Ingeniero Mecánico.

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes.

Para el desarrollo del presente trabajo de investigación se requiere de la

recopilación en función del tema tratado de otras investigaciones, permitiendo de esta

manera obtener conocimientos al respecto y determinar la relación o pertinencia que

dichos trabajos guardan con la investigación desarrollada. El objetivo principal de los

antecedentes de una investigación es dar a conocer que el problema seleccionado

posee un carácter científico.

A continuación se presentan autores que efectuaron un análisis o proyectos

relacionados.

Walter, N (2014) en la Universidad Simón Bolívarrealizo su proyecto de grado

titulado “Desarrollo del sistema automatizado para planta dosificadora y

mezcladora de concreto premezclado” donde se desarrolló un sistema automatizado

para mejorar la eficiencia de producción, la precisión de la mezcla y la facilidad de

operación de la misma, como también reducir el esfuerzo y los errores humanos,

aumentando la eficiencia y precisión en la composición de la mezcla.

Vargas, L (2013) también de la Universidad Simón Bolívarrealizo su proyecto de

grado titulado “Evaluación y optimización del proceso de dosificación de sólidos

en la fabricación de néctar y jugos” donde se realizó una evaluación y optimización

de la dosificación de sólidos en la preparación de néctar y jugo, en la planta de Pepsi-

Cola Venezuela C.A. Luego de la evaluación del sistema, los manuales del equipo, se

observó a los operadores como realizan el proceso de dosificación para verificar

congruencia, se buscaron alternativas mecánicas de rediseño a través de investigación

y ayuda por parte de técnicos.

Consuegra, F y González, G (2004) estudiantes de la Universidad Central de

Venezuela, realizaron un trabajo de grado titulado “Diseño concurrente y

fabricación de un dosificador automático de alimentos para mascotas” donde se

diseñó y construyó un prototipo de dosificador automático de alimento para mascotas,

basado en técnicas de diseño sustentadas por una matriz morfológica, encontrando así

el mejor diseño estético, innovador y de fácil uso. Luego de haber realizado las

pruebas se comprobó que los cálculos teóricos se satisfacen en condiciones óptimas

durante la fase experimental. En este trabajo de grado se definen los pasos para la

generación de propuestas y los criterios de selección para dar con el diseño más

adecuado, también se resalta como mediante cálculo se logra modelar el diseño del

dispositivo, demostrando así la importancia de una correcta metodología.

2.2 Bases teóricas.

2.2.1 Diseño en la ingeniería mecánica.

La esencia de la ingeniería es la utilización de los recursos y las leyes de la

naturaleza para beneficiar a la humanidad. El diseño en la ingeniería mecánica es una

parte principal de la ingeniería; trata de la concepción, diseño, desarrollo,

refinamiento, y aplicación de las máquinas y los aparatos mecánicos de todas clases.

El interés se centra en los usos creativos y racionales de la mecánica de sólidos y las

ciencias relacionadas, en situaciones de la “vida real”. La ingeniería profesional trata

de solucionar problemas prácticos una solución es prueba de que se han entendido los

principios científicos pertinentes, pero, por lo común, esto no basta; también se

requiere conocimientos empíricos y el “criterio ingenieril”. A medida que aumentan

los conocimientos científicos, las consideraciones técnicas en el diseño se centran en

dos principales áreas de atención, primero, las relaciones de esfuerzo, deformación y

resistencia que involucran las propiedades globales de un elemento sólido y el

material que lo constituye; segundo los fenómenos superficiales que abarcan la

fricción, lubricación, desgaste y deterioro por interacción con el medio ambiente.

Entre otras consideraciones importantes se resalta:

La seguridad del diseño, puesto que la mayoría de los dispositivos diseñados

tendrán interacción directa o indirecta con personas que desempeñen labores en el

área cercana o cumplan la tarea de operar a dicho dispositivo se debe garantizar un

diseño seguro a prueba de riesgos y fallas que puedan ocasionar lesiones o pérdidas

humanas y materiales.

Impacto ecológico, siempre se debe considerar las condiciones ambientales a las

que el dispositivo se encontrara expuesto que bien sean hostiles o no, siempre tendrán

una interacción que traerá consigo un desgaste del equipo, como también el efecto

que su operatividad tendrá en el ecosistema, ya sea por los recursos naturales que

faciliten su funcionamiento o los desechos resultantes del mismo.

Consideraciones sociológicas, se debe cumplir con los requisitos legales que

contemplen las condiciones adecuadas de trabajo, desde la ergonomía hasta los

niveles de instrucción académico y la capacitación física e intelectual que se debe

proporcionar a operadores e involucrados para la correcta interacción con el

dispositivo, sin descuidar los aspectos estéticos del diseño.

2.2.2 Ley de conservación de la masa.

Esta ley enunciada por Clausius y Thomson en 1850 explica que la energía en los

sistemas interactúa de tres maneras interacción másica, interacción mecánica e

interacción térmica y que la variación de la energía en un sistema cerrado es igual a la

diferencia de las magnitudes en la entrada y la salida.

������� � ����� � � �� ��� � � � �� � ����� � � �������� �������,��� � ������,� �� � ∆���������

(1)

2.2.3 Proceso de dosificación de mezcla.

Es el proceso mediante el cual se transportan y separan cantidades cuantificadas

de mezcla a través de conductos para ser depositados sobre un recipiente.

2.2.4 Propiedades del fluido.

En este proyecto se trabajará con la mezcla cruda de galletas integrales a base de

avena fabricadas en la empresa GLADY´S DELICATESSES C.A, la cual posee

ciertas propiedades a considerar para el adecuado diseño de la máquina dosificadora

tales como:

• Peso, Fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo.

• Volumen, Magnitud física que expresa la extensión de un cuerpo en tres

dimensiones: largo, ancho y alto. Su unidad en el Sistema Internacional es

elmetro cúbico (m3).

• Densidad, Magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de

un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro

cúbico (kg/m3).

• Temperatura; Magnitud física que expresa el grado o nivel de calor de los

cuerpos o del ambiente. Su unidad en el Sistema Internacional es

elkelvin(K).

• Compresibilidad; Propiedad de la materia a la cual se debe que todos los

cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión

determinada manteniendo constantes otros parámetros.

• Viscosidad; Propiedad de los fluidos que caracteriza su resistencia a fluir,

debida al rozamiento entre sus moléculas.

2.2.5. Fluidos no newtonianos.

La Ley de la viscosidad de Newton establece que en movimientos fluidos

laminares existe una relación lineal entre las tensiones tangenciales y los gradientes

de velocidad, siendo la constante de proporcionalidad una propiedad física del fluido

llamada viscosidad dinámica o absoluta µ: � � � ��� (2)

Aquellos fluidos que verifican la relación (2), se denominan fluidos newtonianos,

y muchos fluidos comunes tanto líquidos como gaseosos se comportan siguiendo esa

relación. La misma también puede expresarse de otro modo analizando la

deformación en el entorno de un punto. Por simplicidad, pero sin pérdida de

generalidad, considérese un movimiento unidimensional donde la componente u

según el eje x de la velocidad V sea una función solamente de la coordenada y, que

dicha componente varíe linealmente con y de tal manera que . Un

rectángulo de fluido infinitesimal de lados antes de deformarse está definido

por los vértices 0123, y luego de un instante dt pasará a ocupar el cuadrilátero 012' 3':

Figura 1:Deformación de un elemento fluido

Fuente J.F. Steffe (1992) Rheological methods in food process engineering. Ed. Freeman Press

La distorsión o deformación angular de los segmentos 03 y 12 luego de un

instante dt en ese campo de movimiento será:

(3).

De la (3) se obtiene la siguiente conclusión: el gradiente de velocidad es igual a

la velocidad de deformación o velocidad de distorsión angular:

!"!# � � $�$ (4)

Consecuentemente, la ley de la viscosidad de Newton puede escribirse también

indistintamente como: � � � ��� � � !"!# � � (5)

Sin embargo, existen algunas sustancias industrialmente importantes que no se

comportan siguiendo la ley de Newton de la viscosidad, ya que su viscosidad a una

temperatura y presión dadas es función del gradiente de velocidad o velocidad de

deformación. A los fluidos cuya relación entre el esfuerzo de corte y la velocidad de

deformación no es proporcional, se los ha denominado fluidos no-newtonianos.

2.2.6. Caudal.

Se entiende como caudal a la cantidad de flujo volumétrico que se desplaza a

través de una sección por unidad de tiempo, hay distintas expresiones matemáticas

para su cálculo entre ellas las siguientes: % � �&'��(� � )# (6)

Dónde:

Q: Caudal �*+ ,⁄ � &' : Velocidad promedio�*. ,⁄ �

A: Área de la sección transversal �*.�

V: Volumen �*+)

t: Tiempo �,)

2.3. Consideraciones de Diseño.

2.3.1. Factores de diseño.

A veces la resistencia de un elemento en un sistema, es un asunto muy

importante para determinar la configuración geométrica y las dimensiones de dicho

elemento. En tal caso, se dice que la resistencia es un factor importante de diseño.

Cuando se utiliza la expresión: consideración de diseño; se está refiriendo a una

característica que influye en el diseño de un elemento, quizá, en todo el sistema.

Generalmente se tienen que tomar en cuenta varios de estos factores en un caso

de diseño determinado. (Budynas R. y Nisbett J. 2.008).

Algunos de los más importantes son los siguientes: Resistencia, Confiabilidad,

Desgaste, Fricción (o rozamiento), Costo, entre otros.

Algunos de estos factores se refieren directamente a las dimensiones, al material,

al procesamiento o proceso de fabricación, o bien a la unión o ensamble de los

elementos del sistema. Otros se relacionan con la configuración total del sistema.

2.3.2. Normas y Códigos.

Una norma o estándar, es un conjunto de especificaciones para piezas, materiales

o procesos establecidos, con el fin de lograr uniformidad, eficiencia y calidad

especificadas. Uno de los objetos importantes de una norma es fijar un límite número

de artículos en las especificaciones, así como permitir que se tenga un inventario

razonable de herramientas, tamaños, formas y variedades.

Un código, es un conjunto de especificaciones para efectuar el análisis, el diseño,

la fabricación y la construcción de un objeto o sistema. El propósito de un código es

alcanzar un grado específico de seguridad, eficiencia y buen funcionamiento o buena

calidad. Es importante observar que, los códigos de seguridad no implican la

seguridad absoluta. De hecho esta cualidad es imposible de obtener. A veces puede

llegar a presentarse realmente el suceso más inesperado. (Budynas R. y Nisbett J.

2.008).

Por otro lado, todas las sociedades y organizaciones que se enumeran a

continuación se han establecido para formular normas y códigos de seguridad o de

diseño. El nombre de cada organismo indica la naturaleza de la norma o código

establecido. Algunas normas y códigos, así como las direcciones de las citadas

organizaciones, pueden obtenerse en la mayor parte de los centros de información

técnica. Las organizaciones que interesan principalmente a los ingenieros mecánicos

son:

Tabla 1: Organizaciones Internacionales

Asociación de Aluminio AA

Asociación Americana de Fabricantes de Engranaje AGMA

Instituto Americano de Construcción de Acero AISC

Instituto Americano de Hierro y de Acero AISI

Instituto Americano Nacional de Normas ASM

Sociedad Americana para Metales ASM

Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos ASME

Sociedad Americana de Pruebas y Materiales ASTM

Sociedad Americana de Soldadura AWS

Asociación de Fabricación de Cojinetes Antifricción AFBMA

Institución de Ingenieros Mecánicos I. Mech. E.

Oficina Internacional de Pesos y Medidas BIPM

Organización de Normas Internacionales ISO

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015)

2.3.3. Factor de Seguridad.

El coeficiente de seguridad también conocido como factor de seguridad N, es un

número que se utiliza en ingeniería para los cálculos de diseño de elementos o

componentes de maquinaria, estructuras o dispositivos en general, proporcionando un

margen extra de prestaciones por encima de las mínimas estrictamente necesarias.

(Budynas R. y Nisbett J. 2.008).

Así, en los cálculos de resistencia mecánica, el factor de seguridad se aplica

principalmente de dos maneras:

1. Multiplicando la dimensión del elemento resultante de los cálculos teóricos.

2. Dividiendo las propiedades favorables del material que determinan el diseño.

Es por ello que, en ambos casos, resulta en un dimensionamiento adicional del

componente. Este sobredimensionamiento se justifica por variadas causas, como por

ejemplo: previsiones de desgaste o corrosión, posibles errores o desviaciones en las

propiedades previstas de los materiales que se manejan, diferencias entre las

propiedades tabuladas y las obtenibles en la realidad, tolerancias de fabricación o

montaje, tolerancias por incertidumbre en las solicitaciones a que se someterá el

elemento, la propia incertidumbre del método de cálculo, etc.

Estos factores de seguridad por lo general provienen de la experiencia empírica o

práctica, por lo cual están tabulados y contemplados en las normas o la literatura, o

bien se aplican según la experiencia personal del diseñador.

En general para el mismo tipo de elemento dependerá del tipo de uso o servicio

que se le piense dar. Por ejemplo, para una máquina de uso continuo se usará un

factor de seguridad mayor que para una de uso esporádico.

Finalmente se puede decir que en resistencia de materiales se aplica un

coeficiente de seguridad superior o inferior dependiendo del uso del componente. Así,

en el cálculo de dimensionamiento de sección de un cable para tender la ropa se

utilizara un coeficiente de seguridad inferior al utilizado para ese mismo cable cuando

se estudia su empleo para sustentar un ascensor.

En la tabla 2 se muestran los factores de seguridad dependiendo del tipo de

elemento que se va a diseñar.

Tabla 2: Factores de Seguridad

TIPO DE CARGA Materiales dúctiles.

Aceros.

Materiales frágiles.

Fundición. Madera

Su Sy Su Su

Cargas muertas (Constantes)

3 - 4 1,5 - 2 5 - 6 7

Cargas repetidas, en una dirección.

Choque moderado.

6 3 7 - 8 10

Cargas repetidas, invertidas.

Choque moderado

8 4 10 – 12 15

Choques fuertes 10 – 15 5 – 7 15 – 20 20

Fuente: Faires, V.M (1995)

2.3.4. Diseño de engranes.

Para la selección de engranaje se debe realizar los siguientes cálculos:

En el sistema Si, que se aplica en engranes métricos, se define un parámetro

conocido como modulo, que es reciproco del paso diametral, con el diámetro de paso

d medido en milímetros. * � !/ (7)

Una manera más práctica de definir el tamaño del diente es relacionándolo

directamente con el diámetro d del circulo de paso, no con su circunferencia. El paso

diametral pd es: 0! � /! (8)

Los diámetros de paso y los radios de paso del piñón y engrane se determinan a

partir de las ecuaciones: 1 � /2 , 3 � !. (9)

La distancia nominal entre centros es la suma de los radios de paso:

4 � 35 � 36 (10)

La altura de la cabeza y la altura de la raíz: 7 � 8.:2; , < � 8..=2; (11)

La profundidad total ht es la suma de la altura de la cabeza y altura de la raíz: ># � 7 � < (12)

La holgura es la diferencia entre la altura de la raíz y la altura de cabeza: ? � < � 7 (13)

El diámetro exterior de cada engrane es el diámetro de paso más dos alturas de la

cabeza: @A5 � 1B � 27 (14)

La razón de contacto se determina a partir de la ecuación *5 � D2E (15)

La distancia a lo largo de la linea de accion entre estoss dos ppuntos dentro del

acoplamiento se le conoce como longitud de accion Z, definida por las intersecciones

de los circulos de la cabeza respectivos con la linea de accion. La longitud de la

accion Z se calcula a partir de la geometria del engrane del piñon: F � 2G�3 � 7�. � �3 ?H,I�. � 4?H,I(16)

El paso base se mide a lo largo de la circunferencia del circulo base y se conoce

también como paso de diente. La razón de contacto mp define el numero promedio de

dientes en contacto en cualquier instante. 0< � J!/ K?H,I(17)

2.3.5. Diseños de ejes.

Aquellos que soportan engranajes rectos o cilíndricos, poleas acanaladas o ruedas

dentadas de cadena son ejemplos de flechas o ejes que solo se ven sujetos a flexion o

torsión. La potencia que es transmitida genera torsión y las fuerzas transversales

actúan en el mismo plano. En tales casos, primero se elabora las graficas de momento

de flexion para dos planos perpendiculares. Despues, se calcula el momento de

flexion resultante en cada punto que interesa.

@ � L+./J MNO# PQRS T. � +U NPVR T.W8 +X(18)

2.3.6. Cinta transportadora.

La cinta o banda transportadora es un método para el transporte de material que

consiste en dos o más poleas con un material circulando continuamente entre ella, al

menos un de las poleas es motorizada, moviendo a la banda y al material encima de

ella hacia delante.

2.4 Esfuerzos.

Uno de los primeros problemas que enfrenta el ingeniero diseñador es tener la

certeza de que la resistencia de la parte que se diseñe siempre sea mayor que el

esfuerzo atribuido a cualquier carga que se le pueda aplicar. Por lo tanto se debe

diseñar tomando en cuenta este elemento para lograr un dispositivo seguro y

confiable.

2.4.1. Esfuerzos Uniformemente Distribuidos.

Con frecuencia, en diseño se plantea la hipótesis de que hay una distribución

uniforme de esfuerzo. Según (Budynas R. y Nisbett J. 2.008), el resultado obtenido

con esa suposición se le llama tensión pura, compresión pura o cortante puro,

dependiendo de cómo se aplique la carga externa al cuerpo en estudio. A veces se

emplea el calificativo simple en vez de puro, para expresar que no hay otros efectos

que compliquen la situación. Una barra en tensión es un ejemplo típico.

En este caso, una carga de tensión F se aplica mediante los pasadores que

atraviesan los extremos de la barra. La hipótesis de esfuerzo uniforme significa que si

corta la barra en una sección transversal, alejada de ambos extremos, y se separa una

de las mitades, es posible sustituir su efecto aplicando una fuerza uniformemente

distribuida de magnitud σA en el extremo cortado. Entonces se dice que el esfuerzo σ

esta uniformemente distribuido y se calcula por la siguiente ecuación:

Y � Z[ (19)

Donde F es la fuerza aplicada y A es el área de la sección transversal. Para

justificar esta hipótesis de distribución uniforme del esfuerzo se requieren hacer las

siguientes suposiciones:

a) La barra sea recta y de material homogéneo.

b) La línea de acción de la fuerza pase por el centroide de la sección.

c) La sección esté suficientemente alejada de los extremos y de cualquier

discontinuidad o cambio en la sección transversal.

2.4.2. Esfuerzo por fricción.

Los esfuerzos a la friccion de los dientes de cada tamaño de engrane será distinta

aunque la carga transmitida sea la misma, debido a su ligeramente distinta geometría

con el diente. La formula general para el esfuerzo a la friccion en el diente es la

siguiente ecuación: Y � \] ^ 2Z ^ _ O`OaOb cdcEce (20)

Wt, Pd, F, Ka, Km, Kv y Ks son comunes para todos los engranes en el conjunto, y

J, Kb y Ki potencialmente son distintos para cada uno de ellos.

2.4.3. Esfuerzo superficial.

Los dientes de engrane acoplados sufren una combinación de rodamiento y de

deslizamiento en su interfaz. En el punto de paso, su movimiento relativo es

rodamiento puro. El porcentaje de deslizamiento se incrementa con la distancia

alejándose del punto de paso. A veces se toma un valor medio de deslizamiento del

9% para representar el movimiento combinado de rodamiento y deslizamiento entre

dientes.

Los esfuerzos superficiales en los dientes de los engranes fueron investigados por

primera vez de mantera sistematica por Buckingham. Su trabajo condujo al enunciado

de una ecucacion de esfuerzos sueprficiales en dientes de engranes, que ahora se

conoce como la ecuacion de Buckingham. Sirve de base a la formula de la resistencia

a la picadura de AGMA que es:

Yf � 45M\#Zg! h`hahb 4d 4i (21)

Donde Wt es la fuerza tangencial sobre el diente, d es el diametro de paso, F el

ancho de la cara e I es un factor geometrico superficial no dimensional para la

resistencia a la picadura. Cp es un coeficiente elastico que toma en consideracion las

diferencias en constantes de los materiales del engrane y del piñon. Los factores Ca,

Cm, Cv y Cs son iguales, respectivamente, Ka, Km, Kv, y Ks.

2.4.4. Esfuerzo por fatiga.

Los datos AGMA publicados tanto de resistencia a la fatiga por flexión y

superficiales son, en efecto, resistencias a la fatiga parcialmente corregidas, ya que

fueron generadas con piezas correctamente dimensionadas, con la misma geometría,

terminado superficial, etcétera, que los engranajes que se diseñan.

Los datos de resistencia a la fatiga a flexión AGMA, están todos ellos

determinados a 1E7 ciclos de esfuerzo repetido (en vez de los 1E6 o 1E8 ciclos que

se aplican a veces para otros materiales), y para un nivel de confiabilidad del 99% (en

vez del 50% de confiabilidad común para datos generales de resistencia a la fatiga y

estática).

La fórmula de corrección para la resistencia a la fatiga a flexión de los engranes

es: jiE � OkOVOl jiEm (22)

Donde Sfb es la resistencia a la fatiga a flexión AGMA publicada como fue

definida arriba, Sfb es la resistencia corregida y los factores K son modificadores, que

toman en consideración diversas condiciones.

2.5. Pistones.

Según “Neumática e Hidráulica” de Creus Solé (2007), la fuerza del cilindro es

una función del diámetro del cilindro, de la presión del aire y del roce del embolo,

que depende de la velocidad del embolo y que se toma en el momento de arranque.

La fuerza que el aire ejerce sobre el pistón es: nop3q7 � �07r3p��(3p7 1ps 0r,tóv�(23)

2.5.1. Consumo de aire.

De la misma publicación se extraen las ecuaciones para el consumo de aire para

cilindros de doble efecto despreciando el volumen del vástago.

% w1*+ *rvX x � 2 :,yz{|5`}~��E���:,yz{ J ������^ �����U.:::.::: v (24)

Siendo:

Q = Consumo total de aire en [dm3/min].

D = Diámetro cilindro [mm].

l = Carrera en [mm].

n = Ciclos por minuto.

2.5.2 Dimensionamiento de la red de aire comprimido.

El diámetro mínimo para la tubería de aire comprimido está dado por la siguiente

expresión:

@#�E � �1,6 K 103 K %8,z= �*+ ,X � K �AS6e#�! #�E ���2��!e!�d ^ 2!ed�E���� (25)

2.6. Definición de Términos Básicos.

• Aceros inoxidables: Son aleaciones ferrosas con por lo menos un 12 por

ciento de cromo (Cr) en su composición, esto les brinda excelente

resistencia a la corrosión en muchos ambientes. En general existen cuatro

tipos principales de aceros inoxidables: ferrítico, martensítico, austenítico y

dúplex.

• Bomba o Compresor: Dispositivo capaz de generar caudal y presión en el

fluido hidráulico (aire o aceite).

• Cilindro-émbolo: pieza de una bomba que se mueve para comprimir un

fluido o para recibir el movimiento.

• Cinta transportadora: es un sistema de transporte continuo formado

básicamente por una banda continua que se mueve entre dos tambores.

• Eje:Pieza mecánica que transmite el movimiento de rotación en una

máquina.

• Engrane: elemento dentados que trasmiten el movimiento rotatorio de un

eje a otro. Existen varios tipos de engrane, entre ellos el engrane recto es el

más simple y más común, se usa para transferir movimiento entre ejes

paralelos y tienen dientes que son paralelos a los ejes de las flechas.

• Mantenimiento: Mantenimiento es la actividad humana que garantiza la

existencia de un servicio dentro de una calidad esperada. Cualquier clase de

trabajo hecho en sistemas, subsistemas, equipos máquinas, etc., para que

estos continúen o regresen a proporcionar el servicio con calidad esperada,

son trabajos de mantenimiento, pues están ejecutados con este fin.

• Máquinas de fluido:conjunto de dispositivos mecánicos en el que el fluido,

o bien proporciona la energía que la máquina absorbe, o bien es receptor de

la energía que la máquina le restituye por la energía mecánica recibida.

• Mezcla:Agregación o incorporación de varias sustancias o cuerpos que no

tienen entre sí acción química.

• Motores:Máquina destinada a producir movimiento a expensas de otra

fuente de energía.Motor eléctrico, térmico, hidráulico.

• Neumática: es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de

transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar

mecanismos.

• R.E.B.A: método que permite el análisis conjunto de las posiciones

adoptadas por los miembros superiores del cuerpo (brazo, antebrazo,

muñeca), del tronco, del cuello y de las piernas. Además, define otros

factores que considera determinantes para la valoración final de la postura,

como la carga o fuerza manejada, el tipo de agarre o el tipo de actividad

muscular desarrollada por el trabajador. Permitiendo saber con certeza la

necesidad de un cambio en el proceso o no.

• Sensores: es un dispositivo que está capacitado para detectar acciones o

estímulos externos y responder en consecuencia. Estos aparatos pueden

transformar las magnitudes físicas o químicas en magnitudes eléctricas.

• Temporizadores: Sistema de control de tiempo que se utiliza para abrir o

cerrar un circuito en uno o más momentos determinados, y que conectado a

un dispositivo lo pone en acción

• Tolva:Caja en forma de tronco de pirámide o de cono invertido y abierta por

abajo, dentro de la cual se echan granos u otros cuerpos para que caigan poco

a poco entre las piezas del mecanismo destinado a triturarlos, molerlos,

limpiarlos, clasificarlos o para facilitar su descarga.

• Tornillo sin fin: Este mecanismo consta de una rueda dentada helicoidal,

denominada corona, y un tornillo, solidario a un eje, que engrana con la

rueda. Se emplea para transmitir movimiento entre dos ejes perpendiculares.

• Transmisión de potencia: Puede llevarse a cabo mediante una diversidad de

formas cuando es entre ejes o engranajes, son comunes los elementos

flexibles como las bandas y cadenas.

• Tubería: elemento capaz de transportar dicho fluido a presión hacia la

cámara correspondiente al actuador, pueden ser rígidas o flexibles.

• Válvula: dispositivo que interrumpe el paso o dirección del fluido

voluntariamente por una u otra tubería.

CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

3.1. Enfoque de la Investigación.

El enfoque de la investigación es de tipo cuantitativo, el cual es definido por

Hernández S. (2004) como aquel que “usa la recolección de datos para probar

hipótesis con base en la medición numérica y el análisis estadístico para establecer

patrones de comportamiento”. El mismo autor expone que este tipo de estudio está

asociado con los experimentos, las encuestas con preguntas cerradas o los que

emplean instrumentos de medición estandarizados. Todo esto pone a disposición de

otros investigadores todos los métodos y procedimientos.

El paradigma que rige este estudio es positivista, en cuanto a que, según

González (2003), “el estudio del conocimiento existente en un momento dado

conduce a la formulación de nuevas hipótesis, en la cuales se interrelacionan

variables, cuya medición cuantitativa, permitirá comprobarlas o refutarlas en el

proceso de investigación”. Desde este paradigma, los métodos fundamentales en la

investigación científica son la experimentación y la observación. Los resultados

obtenidos y cuantificados establecerán la validez o no de la predicción inicial. De esta

manera, a través de métodos estadísticos, los resultados alcanzados pueden ser

considerados universales y extensibles a cualquier contexto y situación. La línea de

investigación sobre la cual se enmarcará el estudio es la denominada Diseño

Mecánico, dirigida a explorar la situación actual que presenta las características del

producto antes y después de la dosificación debido a que la misma se encuentra

ausente en la empresa GLADY´S DELICATESSES C.A

3.2. Tipo de Investigación

Este trabajo se encuentra enmarcado en una investigación de tipo aplicativa,

aquellas que tienden, según Padrón (1998), a establecer una relación productiva,

ingeniosa y creativa, entre las posibilidades de un modelo teórico, por un lado, y las

dificultades o necesidades que se confrontan en la práctica por otro lado. Así mismo,

esta investigación plantea la problemática de un sistema que resulta deficitario e

inconveniente que puede tenderse a un camino mejorable, transformado mediante un

cierto diseño tecnológico de operación sencilla.

Se desarrollará a su vez como proyecto factible, dado que es un modelo viable

para solventar problemas y requerimientos de producción de la empresa GLADY´S

DELICATESSES C.A en una realidad determinada de demanda. De allí, que la

delimitación del planteamiento final sea única y exclusivamente dirigido a la

dosificación de mezcla para elaborar galletas, a consecuencia de la elaboración de un

diagnóstico de prioridades y funciones de la misma, a fin de generar un nuevo modelo

operativo en función de los aspectos demandados por la realidad abordada.

Así mismo, el estudio estará enmarcado dentro de un nivel descriptivo, según

Arias (2006). La investigación descriptiva consiste en la caracterización de un hecho,

fenómeno, individuo o grupo, con el fin de establecer su estructura o

comportamiento. Hernández (2004), señala que la investigación descriptiva busca

especificar propiedades, características y rasgos importantes de cualquier fenómeno

que se analice. Teniendo como objetivo indagar la incidencia y los valores en que se

manifiestan una o más variables al ubicar, categorizar y proporcionar la visión de una

comunidad, un evento, un contexto, un fenómeno o una situación.

3.3. Nivel de la Investigación

En este orden de ideas, la investigación se basa en describir la situación y las

variables que afectan o que debe estudiarse en la Empresa GLADY´S

DELICATESSES C.A, y de esta manera fijar los parámetros por los cuales se regirá

la investigación. Según Sierra (2004), la investigación descriptiva es: la base o punto

inicial del proceso investigativo que está dirigida a la improvisación de acuerdo al

caso.

3.4. Diseño de la Investigación

En concordancia con los objetivos propuestos, los datos necesarios para esta

evaluación, serán recolectados de forma directa en base a las impresiones de los

directivos y fundadores de esta empresa, por lo que enmarca un diseño de campo.

El diseño será de campo, para Arias F., (2006) este consiste en la recolección de

datos directamente de los sujetos investigados, o de la realidad ocurren los hechos

(datos primarios). Claro está, en una investigación de campo también se emplean

datos secundarios, sobre todo los provenientes de fuentes bibliográficas, a partir de

los cuales se elabora el marco teórico. A conceptualmente los datos primarios

obtenidos a través del diseño de campo, los esenciales para el logro de los objetivos y

la solución del problema planteado.

Es de campo porque los datos se recogerán en el sitio donde ocurre la

problemática en estudio y a su vez se ejecuta un proceso riguroso y sistemático de

recolección, tratamiento y análisis de datos obtenidos. Siendo los datos suministrados

correspondiente al personal que labora en la institución. Es por eso, que esta

investigación quiere indagar en la búsqueda de una solución efectiva que pueda ser

aplicado a la empresa GLADY´S DELICATESSES C.A, a través del diseño de los

elementos que constituyen la Máquina Dosificadora de Mezcla con capacidad de

soporte para satisfacer las necesidades de la empresa.

Se emplearon técnicas para el manejo de fuentes documentales como citas y

notas de referencia bibliográficas. De allí, la organización de la información necesaria

para el proceso de investigación.

Según Vilchez N. (2007), en su publicación Estrategias Creativas en el Diseño

Mecánico, ediciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Carabobo,

debe expandirse el proceso creativo a partir de ideas que consoliden una

aproximación a la satisfacción de la necesidad planteada sin descartar ninguna de las

alternativas propuestas para así generar una tormenta de ideas que permitan establecer

el orden de prioridades e importancia y con esto garantizar una solución óptima y

acertada de solución para dicha necesidad.

3.5. Fases de la Investigación.

El desarrollo de la presente investigación está comprendido por una serie de fases

que permitirán dar respuesta a los objetivos planteados en un determinado orden,

brindando a los investigadores una herramienta para la planificación y mejor

aprovechamiento del tiempo dedicado al proyecto.

• Fase I: Hacer un estudio de las características del producto antes y

después de la dosificación con la intención de definir un patrón estándar del

proceso.

En la primera fase se pretende recopilar toda la información pertinente a través

de las técnicas e instrumentos de recolección de datos mencionados anteriormente, es

fundamental en este punto realizar un estudio de las características del producto antes

y después de la dosificación con la intención de definir un patrón estándar del

proceso, que permita dar punto de partida a la generación de propuestas de diseño, se

estipulan para la culminación de esta fase veinte (20) horas en un plazo máximo de

una (1) semana.

• Fase II: Generación y elección de la propuesta de diseño.

La segunda fase trata de brindar una metodología para la resolución de la

problemática generando propuestas y ponderando de manera cuantitativa las

características de las distintas propuestas para finalmente seleccionar la que acumule

mayor puntaje según los criterios y restricciones, en esta fase es fundamental seguir

los siguientes pasos para la resolución de problemas de diseño mecánico: formulación

del problema, especificación del sistema a diseñar, búsqueda de soluciones, selección

de la mejor solución. Para el desarrollo de esta fase se estipulan ochenta (80) horas de

trabajo con un tope de cinco (5) semanas, más una (1) semana para la revisión de

propuesta seleccionada.

• Fase III: Especificaciones del sistema diseñado, realización del diseño,

simulación y cálculos.

Luego de definir la mejor solución se procede a la tercera fase, en ésta se generan

las especificaciones del diseño, con el uso de herramientas como software para el

diseño mecánico (AutoCAD®, Inventor®, SolidWorks®, entre otros) se genera un

modelo digital y se comprueban mediante cálculos de elementos de máquinas que el

diseño cumpla con los requerimientos, evidenciando así los beneficios que traería la

implementación de un dispositivo mecánico para la dosificación de mezcla en

comparación con su homólogo manual actualmente utilizado en la empresa, para esta

fase se disponen de cien (100) horas comprendidas en un plazo máximo de cinco (5)

semanas, con una (1) semana para la verificación progreso del proyecto.

• Fase IV: Inversión y factibilidad económica.

Es de relevante importancia para todo proyecto de ingeniería realizar un estudio

de la factibilidad económica, por lo que en la cuarta fase se efectuará un análisis de la

inversión y así como en la fase anterior se evidenciaron los beneficios de la

implementación del diseño mediante cálculo a nivel productivo, en esta fase se quiere

demostrar a la empresa en términos financieros la rentabilidad económica de la

propuesta, para esto se dispondrán de diez (10) horas distribuidas en una (1) semana.

• Fase V: Presentación de un manual de operaciones y mantenimiento para

la máquina diseñada.

Uno de los aspectos más relevantes a la hora de presentar el diseño de un

dispositivo mecánico es demostrar que éste no solo cumple la función para la cual fue

concebido, más bien como un agregado es deber del diseñador garantizar que sea de

fácil operatividad y mantenimiento por lo cual en esta última fase se ha de

complementar la propuesta presentando manuales de operatividad y mantenimiento

de la máquina dosificadora de mezcla, se disponen de veinte (20) horas distribuidas

en una (1), agregando una (1) semana más para la revisión completa del proyecto de

investigación y las correcciones necesarias.

CAPÍTULO IV

RESULTADOS

En los capítulos anteriores se establecieron los parámetros técnicos, teóricos y

metodológicos que dan sustento a la realización del proyecto, no obstante en las

siguientes páginas se presentan los resultados obtenidos durante la ejecución de las

fases enunciadas anteriormente.

4.1. Hacer un estudio de las características del producto antes y después de la

dosificación con la intención de definir un patrón estándar del proceso.

En esta fase se recopiló información del proceso y de los parámetros exigidos por

la compañía para la definición de las propiedades del producto y de cómo el proceso

debe modificarlas para mantener las características actuales con las que el

consumidor ya está familiarizado cumpliendo con los tiempos de producción actuales,

tomando en cuenta que la empresa solo cuenta con un horno con capacidad de diez

bandejas y el tiempo total del ciclo de horneado es de aproximadamente una hora,

siendo éste el proceso más lento de la cadena productiva ocasionando que las

bandejas ya dosificadas esperen para ser horneadas. La compañía opera en jornadas

diurnas de cuarenta horas semanales (ocho horas diarias) produciendo sesenta y seis

bandejas diarias, esto por las limitaciones que representa contar con un solo horno.

El producto terminado está presentado en la forma de un empaque de 60 gramos

que contiene 4 galletas con forma estriada, por lo que cada galleta debe pesar

alrededor de 15 gramos la unidad, condición exigida por el departamento de

mercadotecnia de la compañía, cabe resaltar que para cumplir con esto se debe tomar

en cuenta la pérdida de peso en el proceso de horneado puesto que la mezcla cruda

posee elementos líquidos y grasos que le aportan humedad pero al ser horneadas un

porcentaje de éstos son evaporados.

Mediante el estudio de los proceso de dosificación y horneado empleados

actualmente, el aporte de material informativo de la empresa y la observación durante

la jornada de trabajo de la empresa se recolectaron los siguientes datos:

Tabla 3: Propiedades de la Mezcla Dosificada y Horneada.

Propiedades Dosificación Horneado

Viscosidad Dinámica

(Pa/s) 491 N.A

Densidad (kg/m3) 1060,52 740,74

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Tabla 4: Propiedades Físicas de la Galleta.

Propiedades Físicas Dosificación Horneado

Diámetro promedio por

unidad (mm) 53,967 54,316

Altura promedio por

unidad (mm) 11,061 11,686

Peso Total por *tanda (kg)

24,516 17,472

Peso Promedio por

unidad (gramos) 20,636 14,707

*Tanda: Equivale al contenido de 22 bandejas con 54 galletas cada una

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Tabla 4: Tiempos Promedio de Proceso Actual.

Dosificación Horneado

Tiempo Promedio por

Bandeja (min) 2 55

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

El proceso manual de dosificación empleado en la actualidad fue dividido por

operaciones para evidenciar el ciclo actual, tabular los tiempos promedios por operación y el tiempo total del ciclo, para la futura comparación con el ciclo teórico de la propuesta a diseñar, a continuación la tabla de tiempos del proceso manual.

Tabla 5: Análisis de Tiempos por operación.

Ciclo Dosificación Manual

OPERACIÓN TIEMPO (SEGUNDOS) 1- Buscar/limpiar bandeja 18 2- Primera carga de la manga 12 3- Dosificación 35 4- Recarga de la manga 13 5- Dosificación 34 6- Retirar bandeja dosificada 7

TOTAL DEL CICLO 119 s Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

De lo que se puede afirmar que el promedio de tiempo para el proceso de

dosificación correspondiente a una bandeja es de 119 segundos. Estos valores permitieron definir cuáles son las condiciones con las que debe cumplir

la propuesta a diseñar en este trabajo de grado, el porcentaje de pérdida de peso al

hornear es de 28,732 por ciento del peso crudo, por lo tanto para cumplir con el

requerimiento de 15 gramos por galleta horneada se debe dosificar la mezcla cruda en

porciones de 21,047 gramos aproximadamente.

4.2. Generación y elección de la propuesta de diseño.

Para la generación y elección de la propuesta se siguió el método para el diseño

de soluciones mecánicas considerando que la formulación de la situación

problemática ya fue realizada en los capítulos anteriores es conveniente partir desde

las especificaciones del sistema a diseñar.

4.2.1. Función principal.

Procesar la mezcla cruda transportándola a través de boquillas 869 estriadas, para

darle forma, dimensión y peso necesario a las galletas, cumpliendo con el patrón

estándar definido en la Fase I.

4.2.2. Restricciones.

- No exceder el presupuesto de inversión: 2.000.000 BsF.

- Dosificar en porciones estándar de 53,967 mmde diámetro, 11,686 mm alto,

gramos de peso.

- Tiempo por bandeja dosificada menor a 2 minutos que es el promedio de la

dosificación manual.

- Capacidad del depósito sea por lo menos igual al de la mezcladora. La mezcla

ocupa aproximadamente el 75 por ciento de la mezcladora.

- Debe dosificar al menos 54 galletas en una bandeja de 45 por 65 centímetros.

- Cumplir con la norma COVENIN 2273-91 Principios ergonómicos de la

concepción de los sistemas de trabajo.

- Tiempo de puesta a punto no mayor a 30 minutos. Que es el tiempo que toma

al operario en hacer la mezcla.

- Tiempo de limpieza luego del uso no mayor a 1,5 horas. Se estima que el

tiempo de trabajo de la maquina sea de 6 horas por jornada de 8 horas, por lo

que su limpieza no debe de exceder del tiempo restante.

- Requiera solo 1 operador para la máquina. El cual se encargara de la puesta a

punto, funcionamiento y la limpieza.

- Dimensiones de la maquina ensamblada no mayor a 2 metros de altura y 1

metro de ancho por condiciones de espacio de ingreso a la planta.

4.2.3. Criterios.

- Menor inversión inicial. De acuerdo con la disponibilidad financiera de la

empresa.

- Mayor facilidad de limpieza.

- Menor costo de mantenimiento.

- Principio de funcionamiento más sencillo.

- Mayor aprovechamiento de la mezcla.

- Más eficiente.

- Menor cantidad de componentes.

- Mayor facilidad de operación.

- Mejores cualidades ergonómicas.

- Mayor seguridad de operación.

4.2.4. Propuestas de diseño.

La premisa para el diseño mecánico es no descartar ninguna posible solución y

generar tantas como sea posible brindado una mirada más amplia de cómo se puede

solucionar el problema para éste caso se generaron nueve posibles soluciones

incluidas en el Anexo A para el sistema a diseñar, para la selección de la mejor

solución se ejecutaron los siguientes pasos primero se aplicaron las restricciones a

cada propuesta y se descartó aquella que no cumplió con al menos una de ellas, luego

se ponderaron los criterios para aplicarse a cada propuesta que si cumplieron las

restricciones y se cuantifico cada una de ellas respecto a cada criterio. Finalmente se

sumó el acumulado para cada propuesta y aquella que acumulo mayor ponderación

fue la elegida. Este estudio está reflejado en los Anexo B y C para una vista más

detallada de la metodología empleada.

4.3. Especificaciones del sistema diseñado, realización del diseño, simulación y

cálculos.

Según lo expresado en el punto anterior se presenta la propuesta con mayor

ponderación la cual consta de un depósito para la mezcla, un embolo que impulsa el

fluido, unos rodillos que dosifican el fluido que sale por seis boquillas que se acercan

a la bandeja con un movimiento vertical para retomar su posición y hacer avanzar la

cinta transportadora. Para establecer un ciclo se determinaron los tiempos que debería

de cumplir el diseño de manera que no exceda con los tiempos manuales, expresados

en la siguiente tabla:

Tabla 6: Tiempos de maquina

Ciclo de Maquina

OPERACIÓN TIEMPO

Acercamiento de Bandeja 1 s

Dosificación 2 s

Reposicionamiento 1 s

Avance 1 s

TOTAL 5 s

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Figura 2: Propuesta elegida.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

4.3.1. Cálculo de Caudal

Para transportar la mezcla desde el depósito hasta la bandeja y cumplir con la

dosis establecida es necesario conocer cuánto caudal debe manejar el sistema. Este

debe ser seis veces la dosis por galleta y debe desplazarse en un tiempo definido de

dos segundos. Y se calculó mediante la siguiente expresión:

% � &t

Dónde:

Q: Caudal �*+ ,⁄ �

V: Volumen�*+)

t: Tiempo �,)

Sabiendo el volumen de la dosis es seis veces el volumen de la galleta, entonces: & � 6�&�� &� � 0��� � 20,63K10�+ c�1.060,52 c� *+X � 1,95K10�=*+ � 19.450 **+

& � 6�19.450� � 116.700 **+ � 1,167 K10�U*+

Q � 116.7002 � 58.350 **+ ,X � 5,835 x 10�= *+ ,X

Para determinar la respuesta del fluido cuando es sometido a una fuerza externa

se realizó un ensayo experimental incluido en el Anexo D, el cual consiste en someter

la mezcla depositada en un cilindro émbolo de volumen conocido obligándola a salir

por una boquilla (mismo modelo que se usará en el diseño) tomando el tiempo en el

que éste se vacía, repitiendo este procedimiento aumentando las cargas aplicadas en

el émbolo para así registrar la variación de los caudales respecto a la presión aplicada.

Comprobando así que la mezcla se comporta de manera similar al modelo no

newtoniano del plástico de Bingham en el cual se debe superar un valor mínimo de

carga para hacer que el fluido se transporte.

4.3.2. Selección de los Engranes cilíndricos.

Para la selección de los engranajes cilíndricos de la dosificadora se tomaron en

cuenta los siguientes factores: diámetro no excedente de 10 cm, un módulo bajo para

garantizar mayor penetración y una buena relación de contacto. Luego de analizar

varios engranajes se seleccionó la siguiente pareja cuyos factores fueron extraídos del

Apéndice A:

Figura 3: Engrane Cilíndrico.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Módulo: 1.

Número de dientes (N): 70.

Diámetro (D): 70 mm = 0,07 m.

Paso diametral equivalente (Pd): 25,40 inch-1.

Dp � 7025,40 � 2,76 in; rp � 1,38 in

Distancia entre centros (C): siendo la relación de transmisión igual a 1 C � 2rp � 2,76 in � 70,104 mm � 0,0701 *

Altura de cabeza(a) y base (b):

a � 1Pd � 0,04 in; b � 1,25Pd � 0,49 rv

Profundidad total: ># � 7 � < � 0,089 rv

Holgura: ? � < � 7 � 0,009 rv

Diámetro exterior: @A5 � 1B � 27 � 2,84 rv � 72,136 ** � 0,072 *

Razón de contacto:

Longitud de acción: F � 2G�3 � 7�. � �3 ?H,I�. � 4?H,I F � 2G�1,38 � 0,04�. � �1,38 ?H,20°�. � 0,009?H,20° F � 1,153rv

Paso base:

0< � §1 K?H,I � §2,7670 K?H,20° � 0,12rv

Razón de contacto:

*B � 1,1530,12 � 9,6

En relación al ancho de la bandeja se estableció:

Ancho de cara = 450mm = 0,45 m

Figura 4: Diagrama de los Engranes.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Volumen entre dientes = 1.533,6 mm3 = 1,533 x10-6m3

La cantidad de giros por dosis se determina despejando la siguiente ecuación: % � �2&�!��¨��©0j�

©0j � 58.350 **+ ,X�2��153,6 mm��3��70 1rpvtp,� � 0,272 3pª ,⁄ � 1,709 371 ,X

Lo que sería equivalente a 16,32 RPM, por lo tanto 0,544 vueltas de este par de

engranes son suficientes para cumplir con el caudal establecido. Dada las bajas RPM

y la poca cantidad de giro necesaria se descarta la opción de un motor reductor por

los elevados costos y el poco aprovechamiento de la inversión en este diseño.

Finalmente se decidió proceder con un arreglo de engrane- cremallera que transforme

el movimiento lineal de un pistón neumático en el giro necesario en los rodillos.

Eje de los rodillos de la dosificadora: Plano XZ

Figura 5: Diagrama de corte y momento de los

engranes cilíndricos de la dosificadora.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Acero AISI 1040 templado revenido a @800ºF j � 5.624,56 c�« ?*.⁄ j v � 3.093,51 c�« ?*.⁄ 4! � 0,85, 4d � 0,9 (Rectificado)

99%nf � 0,83

Factor de seguridad ¨ � 3

@ � ­32§ ®¯ct °Zjv ±. � 34 ¯°²j³ ±.´8 +X

@ � ­32�3�§ ®¯1,5�1.536�3.093,51 ±. � 34 ¯ 3515.624,56±.´8 +X

@ � 2,836 ?* � 28,36** � 0,0283*

Debido a que se tienen que elegir diámetros comerciales se selecciona un eje de

30mm que sería más que satisfactoria para el diseño y para el par de rodamientos se

selecciona el más sencillo del mercado que cumpla con las dimensiones el cual es un

rodamiento rígido de una hilera de bola SKF modelo 61806 con diámetro interior 30

mm y diámetro exterior 42 mm, carga dinámica básica 4,49KN y velocidad de

referencia 32.000RPM comprobados para un tiempo de vida de un millón de ciclos

bajo estos parámetros nominales, dadas las condiciones de bajas exigencias del

diseño se considera válido el criterio de elección. Parámetros seleccionados del

catálogo general SKF como se muestra en el Apéndice C.

4.3.3. Cálculo de la cremallera.

Figura 6: Piñon - Cremallera.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Módulo: 3.

Número de dientes (N): 13.

Diámetro (D): 39 mm=0,039 m .

Paso diametral equivalente (Pd): 8,47 inch-1.

Dp � 138,47 � 1,535 in; rp � 0,768 in

Distancia entre centros (C): siendo la relación de transmisión igual a 1 C � 2rp � 1,535 in � 38,989 mm � 0,0389 m

Altura de cabeza(a) y base (b):

a � 1Pd � 0,118 in; b � 1,25Pd � 0,148 rv

Profundidad total: ># � 7 � < � 0,266 rv

Holgura: ? � < � 7 � 0,03 rv

Diámetro exterior: @A5 � 1B � 27 � 1,77 rv � 44,958 ** � 0,449 *

Relación de contacto:

*B � F0< � 0,5030,349 � 1,44

Longitud de acción: F � 2G�3 � 7�. � �3 ?H,I�. � 4?H,I F � 2G�0,768 � 0,118�. � �0,768 ?H,20°�. � 1,535?H,20° F � 0,503 rv

Paso base:

0< � ¯§1± ?H,I � ¯§1,53513 ± ?H,20° � 0,349rv

Ancho de cara:

n � 1201 � 128,47 in�8 � 1.42 rv

La cremallera es asimilable a una rueda dentada de diámetro primitivo infinito.

Para que el engrane sea posible y el piñón pueda deslizarse sobre la cremallera es

preciso que tanto piñón como cremallera posean el mismo módulo. La longitud de la

cremallera debe ser equivalente por lo menos del perímetro del piñón.

Partiendo de la gráfica generada en el ensayo experimental que se encuentra en el

Anexo D, se determinó una aproximación de la carga necesaria para alcanzar el

caudal de diseño.

Asumiendo que se comporta como una recta:

* � B. � B8%. � %8 � 3,3327K10�+

Ecuación: B � 3,33K10�+�%� � 0,00642

Para el caudal deseado de 58,350**+ ,X � 58,35 ?*+ ,X

B# � 3,33K10�+�58,35� � 0,00642 � 0,201 c� ?*.X

Área del embolo: �45?*�� 20?*� � 900?*. � 0.09 *.

µ# � B#K(¶ � ·0,201 c� ?*.X ¸ �900?*.� � 180,9 c� � 400 s<

Potencia:

°# � 0Ht©0°

°# � µ#35 � �400 s< ��0,768 rv?>� � 307,2 s<. rv?> ©0° � 16,306

0Ht � �307,2 s< � rv?>��16,306 ©0°� 371 ,p�⁄ ©0°X6.600 rv � s< ,p�⁄ >B¹ � 0,0795 >B � 59,28 µ

Cálculos de esfuerzos en la cremallera:

Esfuerzo por fricción:

Y � µ# K 0n K º c�c�c» cdcEce c� � 1,25 ; c� � 1,6

c» � 50√1.31350 � 0,873 cd � 1; cE � 1; cg � 1

Y � 400s<1,42rv?> �1,25��1,6�0,873 �1��1��1� � 645,338 B,r � 4,449 °07

Esfuerzo superficial:

Yf � 45® µtn½1 4�4�4» 4d 4i

4� � 1,25; 4� � 1,6; 4» � 0,873; 4d � 1; 4i � 1; 45 � 18,515; µ# � 307,2 Yf � 1.445,12 B,r � 9,963 °07

Esfuerzo por fatiga:

jiE � c�c²c¾ jiE m Hierro fundido clase 30 - 175 HB jiE¿ � 8 K 10+B,r c� � 1,35558 �10{��:.::8{z � 0,9711 c¾ � 1; c² � 1

jiE � ¯0,97111K1 ± �8 K 10+B,r� � 7.768,8 B,r � 53,57 °07

jif � 4�4À4²4¾ jmif

4² � 1

4À � 1 Á wÂÃ5ÂÃ6 � 1x Á ( � 0

4� � 1 B737 10{ ?r?sH, jmif � 26.000 � 327 �ÂÄ� � 26.000 � 327 �175� jmif � 30.157,61 0,r jif � �1��1��1��1� 30.157,61 � 30.157,61 B,r � 207,9 °07

Factor de seguridad

iE � jiEYE � 7.768,8645,338 � 12,038

if � jifYf � 30.157,611445,12 � 20,868

No se calculó los de la cinta porque sus esfuerzos son menores.

4.3.4. Selección de la cinta transportadora.

Figura 7: Cinta Transportadora.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Se desea transportar una bandeja de aluminio de 45 de ancho y 65 de largo

mediante una cinta transportadora que tenga capacidad para dos bandejas con carga

de 3kg por bandeja.

El ángulo de reposo para las bandejas es de 0°, la cinta debe de avanzar 66,6 mm

dada la distribución de las galletas en la bandeja, en un tiempo de 1s para cumplir con

el ciclo establecido en la tabla 6 por lo que su velocidad es de 66,6 ** ,⁄ .

Dadas las condiciones de poca exigencia en carga y velocidad se elige la banda

plana más sencilla del mercado.

Ancho de banda = 200mm; Diámetro de los rodillos = 60mm (rodillos lisos);

Distancia entre centros = 1,4m con rodillo motriz.

Longitud de la banda Å � 24 � §@ � 2,988 *

Tensiones despreciables.

Resistencia de la banda Carga de rotura = 200 ¨ **X � 200 c¨ *X

Estos datos fueron extraídos del Apéndice B.

Cálculos de esfuerzos de los engranes de la cinta:

Esfuerzo por fricción:

Y � µ# 0n º c�c�c» cdcEce c� � 1,25; c� � 1,6

c» � 50√1,31350 � 0,873 cd � 1; cE � 1; cg � 1

Y � ¯ 6,614 s<1,42rv?>± ¯1,25 K 1,60,873 ± �1��1�� 1� � 9,95 B,r � 68,6 c07

Esfuerzo superficial:

Yf � 45®µtn½1 4�4�4» 4d4i

4� � 1,25; 4� � 1,6; 4» � 0,873; 4d � 1;4i � 1; 45 � 18,515 Yf � 99,7B,r � 687,4 c07

Diseño de los ejes:

Figura 8: Eje de la Cinta transportadora.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Figura 9: Diagrama de corte y momento de eje

de la cinta transportadora.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Acero AISI 1040 templado revenido a @800ºF

Elongación porcentual de 21%

3kgf

4d � 0,9 (Rectificado)

99%nf � 0,83 j v � �0,85��0,83�� 0,9��110.000B,r� j v � 69.844,5 B,r Factor de seguridad ¨ � 3 Æ � 1,17c�«. ?*

Æ�!� � 0,577 j ¨ � 0,577�80.000�3

Æ�!� � 15.386,67 B,r ct � 1,5 Chaflán con bordes redondeados °² � 58,5 c�«. ?*

@ � ­32§ ®¯ct °Zjv ±. � 34 ¯°²j³ ±.´8 +X

j³ � 5.624,56 c�« ?*.X ; j v � 3.093,51 c�« ?*.X

@ � ­32§ ®¯1,5�24c�«. ?*�3.093,51 ±. � 34 ¯ 58,25.624,56±.´8 +X

@ � 0,765 ?* � 7,6** � 0,0076 *

Debido a que se tienen que elegir diámetros comerciales se selecciona un eje de

12 mm que sería más que satisfactoria para el diseño. Bajo el mismo principio usado

para la selección de los rodamientos en el eje de los rodillos se seleccionaron los

rodamientos SKF 61801 de una hilera de bolas rígidas de 12mm de diámetro interior,

21mm de diámetro exterior, capacidad de carga 1,43 KN y velocidad de referencia

70,000 RPM extraído del Apéndice C.

4.3.5. Selección de los pistones.

Para la cremallera de los engranes cilíndricos:

Figura 10: Pistón de la cremallera de los engranes cilíndricos.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

µ � 181 c� & � 33,32 ** ,⁄

µ � B §4 �@.��1,02�

@ � ® 1816 JU �1,02� � 6,136?* � 0,06 *

Carrera: 4 � @¶5 § � �44,95 **� § � 141,21 ** Ç 140 ** � 0,14 *

(Ajustable mediante sensor)

Para el embolo:

Figura 11: Pistón del Émbolo.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015). µ � 181 c� & � 33,32 ** ,⁄

% � & ( Á & � %( � 0,648 ** ,⁄

µ � B §4 @.�1,02�

@ � ® 1816 JU �1,02� � 6,136?* � 0,0613 *

Carrera: debe superar la altura de la tolva por lo que 4 È 365** 4 � 450** � 0,45 *

Plataforma elevada:

Figura 12: Pistón de la Plataforma.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Debe funcionar con un pistón que eleve al menos 30kg de doble acción.

@ � ® 306 JU �1,02� � 2,5?* � 0,025 *

Se recomienda que tengas guías a cada 1 3X de la longitud con una carrera de 5cm

a una velocidad de 50 * ,⁄ , tanto en tiro como en empuje.

Carrera = 2pulg = 0.0508 m

Para el avance, los rodillos son de 60mm de diámetro lo que una vuelta equivale

a �0,06 *� § � 0,188 * lineales.

Se desea que avance 66,6mm, que equivalen a 0,35 revoluciones, se usa un

arreglo de engrane cremallera igual al de la dosificadora pero con longitud de

cremallera.

?733p37 � 407 § �@�S6��S�� � 29,71 ** � 0,029 *

Å � ?733p37 � 1,5� � 45 ** � 0,045 *

Figura 13: Pistón de la cremallera de la cinta transportadora.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

4.3.6. Consumo de aire comprimido.

Cilindros de doble efecto:

% ·1*+ *rvX ¸ � 2 0,987 � B�e���<73�0,987 § @.�**� s�**�4.000.000 v

Dónde:

Q: Consumo de aire comprimido (1*+ *rvX )

D: Diámetro de cilindro �**� s: Carrera �**� v: Numero de ciclos por minuto.

Para el pistón del embolo:

D= 61,36mm; s= 450mm

% ·1*+ *rvX ¸ � 2 0,987 � 60,987 §K�61,36**�.�450**�4.000.000 1

% � 18,84 ·1*+ *rvX ¸

Para engrane-cremallera:

D= 61,36mm; s= 140mm

% ·1*+ *rvX ¸ � 2 0,987 � 60,987 §�61,36**�.�140**�4.000.000 12

% � 70,34 ·1*+ *rvX ¸

Para la plataforma:

D= 25mm; s= 50mm

% ·1*+ *rvX ¸ � 2 0,987 � 60,987 §�25**�.�50**�4000000 12

% � 4,17 ·1*+ *rvX ¸

Para las cintas transportadoras:

D= 25mm; s= 45mm

% ·1*+ *rvX ¸ � 2 0,987 � 60,987 §�25**�.�45**�4000000 12

% � 3,75 ·1*+ *rvX ¸

%#A#�� � %��EA�A � %f��������� � %5��#�iA��� � %feS#�d %#A#�� � 18,84 � 70,34 � 4,17 � 3,75 %#A#�� � 97,1 1*+ *rvX

%fA���6e!A � É%# � ¯%# %©p,p3ª7100 ± � ¯%# %©p,p3ª7100 %no�7,100 ±Ë 2

%fA���6e!A � 258,28 1*+ *rvX

% � 258.28 1*+*rv 1*rv60, 1K10�+*+1*+ � 4.3K10�+ *+ ,X

@#�E � ��1,6��103�%8,z= �*+ ,X � ÅHv�rto1 to< �*�0p31r17, 0!ed�<73��

@#�E � ®�1,6�� 103��4,3K10�+�8,z= 20*0,1 �6�� � 0,7453 ?* � 0,0074 *

Lo que equivale a 7,45 mm de diámetro interior.

4.4. Inversión y factibilidad económica.

Para la realización de esta fase correspondiente a la factibilidad económica del

proyecto se estableció una comparación entre la capacidad productiva e ingresos

actuales por concepto de fabricación y los teóricos de la propuesta diseñada. La

presentación al público se trata de un empaque que contiene cuatro (4) galletas,

sumando un contenido de sesenta gramos (60g), para fines de este trabajo de grado se

hará referencia a esta presentación como una “unidad”, según datos otorgados por la

empresa la utilidad bruta para la empresa por conceptos de producción de una unidad

suma un total en bolívares de diez con sesentaiocho céntimos (10,68 BsF.), el costo

en bolívares de la inversión para la fabricación de esta propuesta es de ochocientos

noventainueve mil ciento nueve con doce céntimos (899.109,12 BsF.), a continuación

se presenta una tabla con la cantidad de unidades producidas en una jornada actual y

teórica de la propuesta con sus correspondientes utilidades.

Tabla 7: Análisis económico del proceso.

Utilidad por jornada

Proceso Manual Unidades producidas Utilidad (BsF)

Capacidad actual

(Jornada de 3 horas) 1215 12.976,2

Propuesta diseñada

Jornada Teórica

(3horas) 3240 34603.2

∆=Teórica-Actual 2025 21627

%Crecimiento = (∆ /Actual)*100 166,66%

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

En este aspecto cabe resaltar que la capacidad actual expresada en la tabla

anterior es resultado de dividir las horas de jornada de dosificación entre el tiempo

promedio que toma hacer una unidad y da como resultado un número mayor al de las

unidades producidas en la realidad, puesto que un operario no puede realizar este

proceso durante tres horas continuas debido a las exigencias físicas que esto implica y

la propuesta presentada está diseñada para cumplir con total normalidad la jornada en

cuestión.

También se aprovecha este espacio para aclarar que con las condiciones

económicas del país y el bajo costo de remuneración salarial en comparación con el

presupuesto para invertir en una máquina que sustituya al operario se prestan para que

una compañía decida duplicar, triplicar y hasta cuadruplicar la plantilla con la

finalidad de aumentar su producción a costa de una inversión mucho menor, no es la

intención entrar en un análisis más profundo de la estructura de costos de producción

dado que la empresa GLADY’S DELICATESSES C.A. está consciente de la

situación y su prioridad es optimizar las características del producto y cuidar la salud

de sus trabajadores antes de la remuneración económica que puedan traer las

soluciones a su problemática, habiendo dicho esto se realizó un análisis de la utilidad

bruta en el tiempo para demostrar a la parte interesada en cuanto tiempo se recupera

la inversión en esta propuesta en el caso de ser implementada.

Æ3p?oBp37?rHv �1í7,� � 4H,tH 1p rvªp3,rHv �Ä,n�ΔUtilidad � ÑÒÓÔÕÖ×ØÙØ� 1í7ÚH3v717,

Æ3p?oBp37?rHv �1í7,� � 899.109,12 �Ä,n�34603.2 � ÑÒÓÔÕÖ×ØÙØ� 1í7ÚH3v717,

Æ3p?oBp37?rHv �1í7,� � 25,98 1í7,

Esto arroja como resultado un total de al menos 26 días de la diferencia de

utilidad bruta para recuperar la inversión, dado que el aumento de la capacidad

productiva es de un 166,66 por ciento si se desea trabajar a este nivel de eficiencia

toda la línea productiva debe estar en capacidad de respuesta para tal incremento de la

producción.

4.5. Presentación de un manual de operaciones y mantenimiento para la

máquina diseñada.

4.5.1 Manual de operaciones

El circuito neumático presentado a continuación es el de una propuesta de diseño

para una maquina dosificadora de mezcla, cuya función principal es depositar la dosis

correcta de mezcla de galletas sobre una bandeja haciéndola pasar por un arreglo de 6

boquillas estriadas que le dan forma de estrella, lo que se desea es realizar el

diagrama de escalera correspondiente al PLC que controlará este proceso.

Figura 14: Maquina Diseñada

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Funcionamiento:

1. El operario acciona de manera manual la válvula V1 que alimenta la red de

aire comprimido.

Figura 15: Circuito Neumático T0

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Embolo

Dosificadora

Cinta transportadora

2. Cambia la posición del switch 1 que controla las posiciones de la válvula V2

correspondiente al pistón del embolo (P1), la válvula cambia de posición

accionando al pistón que se encarga de comprimir la mezcla en el depósito,

coloca una bandeja sobre la banda transportadora y la lleva a posición bajo las

boquillas.

Figura 16: Switch 1

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Figura 17: Circuito Neumático T1

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

3. Una vez en posición, el operario presiona el botón Verde(Start) que esta junto

al Rojo (parada de emergencia), al presionarlo se inicia la secuencia de

dosificación, el primer movimiento es el de la válvula V3 que hace que el

pistón P2 se accione elevando a la plataforma que acerca la bandeja a las

boquillas.

Figura 18: Switch 2

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Figura 19: Circuito Neumático T2

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

4. Con la plataforma en su punto más alto un sensor detecta el final de la carrera

de P2 haciendo que V4 cambie de posición dándole movimiento a P3 quien se

encarga de depositar la dosis de mezcla sobre la bandeja.

Figura 20: Circuito Neumático T3

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

5. Cuando P3 llega al final de su recorrido V3 y V4 Vuelven a su posición

inicial

Figura 21: Circuito Neumático T4

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

6. Una vez la plataforma en su punto más bajo y la bandeja con la primera dosis,

V5 cambia de posición dándole movimiento a P4 que es el encargado de hacer

avanzar a la banda transportadora.

Figura 22: Circuito Neumático T5

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

7. Cuando la banda completa su paso la bandeja está ubicada en una nueva

posición para repetir el ciclo desde T2 a T5 8 veces consecutivas terminando

las 9 dosis de capacidad en la bandeja.

8. Una vez completada la bandeja se detiene el sistema hasta que el operario

introduzca una nueva bandeja y presione el botón de Start.

9. El botón rojo de parada de emergencia envía todas las válvulas a su posición

inicial y corta el paso de aire comprimido a la red.

4.5.2 Manual de Mantenimiento.

MANUAL DE MANTENIMIENTO

Emisión:

Código: MMMDM

Sección nº: 1

Revisión:

Edición: 1 Copia nº:

1 PÁGINA: 1 de 4

El Manual deberá ser usado para consultar los diferentes procedimientos para

poder realizar una inspección en la maquina dosificadora de mezcla para galletas

de Glady’s Delicatesses.

A continuación se describen los pasos a seguir:

1. Revisar la tabla del contenido del manual 2. Ubicar por medio de la tabla del contenido, el punto que contiene la

información que se desea conocer 3. Ubicar la sección donde está ubicada la información que se requiere. 4. Ir a la sección escogida y ubicar la página en cuestión 5. Ubicar en la página seleccionada la información requerida. 6. Manipular cuidadosamente el manual para no dañar las hojas. 7. No rayar el manual original en caso de una modificación, realizar en la

misma copia controlada asignada al usuario en la página en el cual se va a reflejar el cambio. Conjuntamente se deberá llenar el formato “Solicitud de emisión del documento”, y entregarlo a la organización y métodos con las páginas que se van a modificar, posteriormente estos analizaran el cambio o modificación validando o generando recomendaciones para mejorar la misma.

8. La organización y métodos modificara en los manuales (original y copias controladas), la cual se estará realizando la revisión.

9. Colocar el manual en el lugar donde estaba guardado, entregarlo a las personas que facilito el mismo.

El manual se encuentra codificado de la siguiente manera:

CODIGO: MMMDM (manual de mantenimiento máquina dosificadora

de mezcla).

Sección nº: Son las secciones que está dividido el manual.

Página: Depende cuantas páginas tenga la sección, se coloca el número

de páginas seguido del número total de ellas, ejemplo: (1 de 2), significa

que de esa sección solo hay dos páginas.

Fecha de emisión: Se refiere a la fecha que fue elaborado el manual.

Fecha revisión: Ultima fecha en la cual fue revisado

Copia nº: Copia controlada

Edición: Este número variara cuando se realicen los cambios

significativos (por ejemplo, si de 12 secciones y/o procedimientos, son

modificados 9, entonces se emitirá una nueva edición.)

MANUAL DE MANTENIMIENTO:

Emisión:

Código: MMMDM

Sección nº: 1

Revisión:

Edición: 1 Copia nº:1

PÁGINA: 2 de 4

MANUAL DE MANTENIMIENTO:

Emisión:

Código: MMMDM

Sección nº: 1

Revisión:

Edición: Copia nº:

1 PÁGINA: 3 de 4

Actualización y revisión:

La revisión deberá hacerse semestralmente en excepción en aquellos casos donde

hayan modificaciones o cambios, los cuales deberán ejecutarse inmediatamente,

utilizando el formato “Actualización, revisión y modificación del manual”

Cuando de efectúen las modificaciones deberá indicarse la fecha de la

modificación y la fecha en que entrara en vigencia la misma.

Las modificaciones a realizarse en este manual deben efectuase de la siguiente

manera:

� Se debe indicar la fecha (día, mes y año) en que se realizó la modificación.

� Se debe indicar que documento se le realizo la modificación y a que parte

del manual pertenece (sección y pagina).

� Se debe asentar el nombre y el cargo de la persona que aprueba la

modificación realizada.

� Toda información deberá ser registrada en el formato “actualización,

revisión y modificación del manual.

MANUAL DE MANTENIMIENTO:

Emisión: 04/05/2014

Código: MMMDM

Sección nº: 1

Revisión:

Edición: 1 Copia nº:

1 PÁGINA: 4 de 4

MANTENIMIEN PREVENTIVO:

Una vez por día

• Limpiar los componentes que están en contacto con la mezcla. • Verificar las presiones de los manómetros antes de iniciar.

Una vez por semana

• Lubricar engranes y cremallera. • Purgar el pulmón del compresor. • Limpiar la cinta trasportadora. • Revisar conexiones neumáticas.

Una vez por mes

• Revisar las juntas. Una vez por año

• Comprobar las conexiones eléctricas.

PROCEDIMIENTO PARA MANTENIMIENTOS CORRECTIVOS:

AVERIA ANOMALIDA CAUSAS PROBLABLES

PROCEDIMIENTO

A. Sistema neumático no funciona.

1. No llega tensión a los terminales del compresor

2. Tensión

normal en los terminales del compresor pero el motor no gira.

3. Contactos de unos del automatismo de seguridad abiertos.

1. Interruptor general abierto o fusibles flojos o fundidos.

2. Motor quemado o

agarrotado. 3. El automatismo a

saltado.

1. cerrar, rearmar automáticos. Comprobar fusible.

2. Sustituir. 3. Rearmar.

B. El compresor se para o no funciona.

1. El preso tato de baja presión salta desconectándose.

2. Protección

interna del compresor abierto.

1. a. tensión demasiado baja.

b. absorción eléctrica excesiva debido a una temperatura de condensación demasiado alta. c. temperatura de descarga demasiado alta. 2. el dispositivo de paralización no funciona.

1. a. reclamar a la compañía suministradora de energía eléctrica.

b. ver apartado h c. falta gas refrigerante, añadir. 2. reparar o sustituir.

AVERIA ANOMALIA CAUSAS PROBLEMA

SOLUCIONES

C. El compresor se para arranca continuamente.

1. Funcionamiento normal pero hay paros y arranques demasiado frecuentemente por la intervención del presos tato de baja.

2. Presión

demasiado baja y escarcha sobre el filtro

1. A. falta de refrigerante.

b. el diferencial de baja tiene un intervalo muy limitado. 2. Filtro de líquido

obstruido.

1. a. buscar y eliminar la fuga de refrigerante.

b. sustituir el preso tato. 2. sustituir el filtro.

D. El compresor funciona interrumpidamente.

1. El compresor es ruidoso, la presión de alta es demasiado baja y la aspiración demasiado elevada.

1. Parte interna del compresor defectuoso.

1. Sustituir y reparar el compresor.

E. bajo nivel de aceite en el compresor.

1. el nivel de aceite disminuye gradualmente.

1. bajo recalentamiento. 1. ajustar recalentamiento.

F. el compresor hace ruido.

1. los tubos de aspiración están anormalmente fríos.

2. el compresor

vibra

1. a. retorno de líquido. Válvula de expansión bloqueada. 2. parte interna del compresor rota.

1.a. verificar el recalentamiento y la colocación del sensor de temperatura de la válvula de presión. b. reparar o sustituir la válvula de expansión. 2. revisar el compresor.

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones.

Con este capítulo se da cierre al texto del cual se puede concluir que:

• La recolección de información jugó un papel fundamental para la realización

de la propuesta, la dinámica de trabajo mejora mientras más a fondo se estudia

el producto y procesos involucrados, más información implica mejores

criterios a la hora del diseño.

• Establecer modelos experimentales es un método eficaz para comparar un

producto de comportamiento desconocido y asemejarlo a los fluidos ya

estudiados, permite dar soluciones prácticas a situaciones difíciles de

solucionar mediante un modelo matemático.

• Se deben generar un buen número de posibles soluciones distintas entre

ellas y ser sumamente objetivos a la hora de ponderarlas según los criterios,

también se debe dejar margen a cambios una vez seleccionada, puesto que a la

hora de efectuar los cálculos de diseño se aclaran las variables, éste momento

es el indicado para hacer las modificaciones necesarias.

• La automatización del proceso de dosificación permite brindarle al

producto características estándar que el proceso manual no puede.

• La capacidad productiva aumenta considerablemente con la aplicación de

la propuesta a un 166 por ciento por encima de la capacidad actual y al ser una

máquina y no una persona la que realiza el proceso se pueden aumentar las

horas de trabajo sin ninguna repercusión.

• Las condiciones ergonómicas del puesto de trabajo mejoran de manera

radical como queda en evidencia en los Anexos E y F que contienen el

análisis REBA actual y el aplicado a la propuesta.

• Los beneficios económicos obtenidos por el aumento de la productividad

permiten realizar la inversión sin afectar la utilidad ya generada por la

compañía y el tiempo de recuperación del monto invertido es

considerablemente corto.

• Con los manuales de operaciones y mantenimiento se garantiza que

cualquier persona sea capaz de comprender los distintos elementos de la

máquina y cómo funciona.

5.2 Recomendaciones.

Con el fin de dejar la puerta abierta a futuras mejoras y comprendiendo que

pueden existir soluciones que también cumplan como solución a la problemática

tratada se presentan las siguientes recomendaciones:

• Se puede maximizar la eficiencia del proceso si se hace un ligero cambio

en la disposición del layOut, como se presenta en el anexo H el tiempo

destinado para la operación correspondiente a colocar y retirar la bandeja

puede reducirse considerablemente lo que trae consigo un aumento en la

capacidad productiva de la máquina.

• Para aumentar el nivel de automatización en el futuro se puede incluir un

dispensador de bandejas que la alimente de manera automática y que retire

las ya dosificadas.

• Se puede adaptar un motor paso a paso que reemplace la cremallera y así

obtener ciclos con dosis mucho mayores a las actuales en el caso de que la

empresa esté interesada en desarrollar productos con distintas características

a las galletas con el mismo dispositivo de dosificación.

• Se recomienda igualmente adaptar un motor pasa a paso en la banda

transportadora con la misma finalidad.

• Se invita a la empresa a continuar con la iniciativa de crecimiento y

mejorar la eficiencia del resto de los procesos productivos, con hornos más

eficientes y reemplazando el resto de los procesos manuales por máquinas

automatizadas según el nivel de exigencia de la operación.

• Por último, se hace especial énfasis en que de ser realizada la fabricación

de la propuesta presentada en este texto se vele por la precisión en los

detalles, la elección de buenos materiales y se destine el proyecto a un taller

que como la empresa, preste servicios de excelencia puesto que los datos que

se presentan acá están sujetos a estas variables en la práctica y que los

diseños deben ser fielmente fabricados para obtener los resultados esperados

en la hipótesis.

ANEXOS

ANEXO A

(Propuestas de Diseño)

Propuesta #1

La mezcla lista para dosificarse es depositada en el contenedor (1) que a su vez será presionada por el émbolo (2) para obligarla a entrar en la cámara (8) donde es transportada por un tornillo sin fin (4) accionado por el motor eléctrico sale por la boquilla (5) dándole forma a la galleta sobre la bandeja (6) que se desplaza sobre la bancada (7) en las direcciones X, Y y Z variar la posición y llenar la bandeja.

Propuesta #2

La mezcla es depositada en la tabla en la tolva (1) es presionada por émbolo (2) que la obliga a entrar en la cámara (3) donde unos engranes cilíndricos (4) son

(2)

(1)

(3)

(8)

(4)

(6)

(5)

(7)

(2)

(6) (1) (5)

(4) (3)

(7) (8)

(9)

accionados por el motor (5) que con el giro impulsan la mezcla a través de las boquillas (7) mientras que el pistón (6) acerca las boquillas a la bandeja (8) donde son formadas seis galletas, la cinta transportadora (9) avanza para repetir el proceso.

Propuesta #3

La mezcla depositada en la tolva (1) es succionada por el pistón (2) en su carrera hacia atrás que es guiado por una leva (3) accionada por un motor eléctrico (4) llenando la cámara (5) donde el pistón (2) empuja la mezcla por la manguera (6) hasta las boquillas (8) que se acercan a la bandeja (9) mediante el accionamiento de otro pistón (7), el operador mueve la bandeja.

Propuesta #4

(1)

(3)

(4) (7)

(2) (5) (6)

(8) (9)

(8)

(7)

(4)

(1)

(2) (3)

(6)

(5)

La mezcla contenida en el depósito (1) es empujada por un cilindro émbolo (4) guiado por un tornillo sin fin (7) accionado por la perilla (8) que llega a la cámara de una bomba de paletas (2) que impulsa la mezcla a la boquilla (3) que da forma a la galleta en la bandeja (5) colocada en una bancada (6) que se mueve en X,Y y Z para llenar las bandejas.

Propuesta #5

La mezcla depositada en la tolva (1) es presionada constantemente por el émbolo (2) acoplado al pistón (3), esa presión hace que la mezcla fluya a las cámaras (5) donde están acopladas las mangueras (6) cuando las válvulas (4) son abiertas, llegan al distribuidor (7) que divide el caudal y lo envía a las boquillas (8) para formar seis galletas en la bandeja (9), la cinta (10) avanza a la próxima posición para repetir el ciclo.

(3)

(2)

(1)

(5) (7)

(4) (6)

(8)

(9) (10)

Propuesta #6

Se deposita la mezcla en el contenedor (1) al retroceder los seis émbolos (3) a causa del acoplamiento de la barra (4) siguiendo a la leva (5) que gira acoplada con el motor (6) succiona la mezcla a la cámara (2) para que en la carrera de empuje la mezcla salga por las boquillas (7), la bancada (9) se acerca a las boquillas para formar seis galletas en la bandeja (8) y luego baja para desplazarse a la nueva posición.

Propuesta # 7

La mezcla depositada en el tanque (1) es presionada por el émbolo (2) y obligada a entrar en las cámaras (3) donde los tornillos (4) acoplados a la transmisión (5) impulsada por el motor (6) giran y la transportan a través de las boquillas (7) mientras

(5)

(4)

(6) (1)

(3)

(2) (7)

(8)

(9)

(2)

(6) (5)

(1)

(4) (7)

(3)

(8)

(9)

que la bandeja (8) se acerca a las boquillas y se conforman sobre ella seis galletas para que la cinta (9) avance a la próxima posición.

Propuesta #8

El aro (1) soporta la manga (2) donde se introduce la mezcla, es presionada por los rodillos (3) que se acercan de manera horizontal, al hacer contacto cierran la manga y se mueven de manera paralela verticalmente hacia abajo obligando a la mezcla a salir por la boquilla (4) para conformar una galleta en la bandeja (5) el operador mueve la bandeja a su próxima posición.

Propuesta #9

(1)

(3)

(2)

(4)

(5)

La mezcla es depositad en el tanque (1) presionada por el émbolo (2) que la obliga a entrar en la cámara (3) donde las paletas (4) giran para impulsarla a través del arreglo de boquillas (6) colocando tres galletas sobre la bandeja (7) mientras el operario la mueve para llenar la bandeja completa.

(2)

(5)

(1)

(3) (4)

(6) (7)

ANEXO B

(Cuadros comparativos para la elección de la mejor solución)

Aplicación de restricciones a probables soluciones.

(PS)1 (PS)2 (PS)3 (PS)4 (PS)5 (PS)6 (PS)7 (PS)8 (PS)9

R1 SI SI SI SI SI SI SI SI SI

R2 SI SI SI SI SI SI SI SI SI

R3 SI SI SI SI SI SI SI SI SI

R4 SI SI SI SI SI SI SI NO SI

R5 SI SI SI SI SI SI SI SI

R6 SI SI SI SI SI SI SI SI

R7 SI SI SI SI SI SI SI SI

R8 SI SI SI SI SI SI SI SI

R9 SI SI SI SI SI SI SI SI

R10 SI SI SI SI SI SI SI SI

Ponderación de criterios.

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 No. de veces

P+1= N

C1

4 5

C2 C1

3 4

C3 C1 C2

2 3

C4 C1 C2 C3

1 2

C5 C5 C5 C5 C5

7 8

C6 C6 C6 C6 C6 C5

6 7

C7 C1 C2 C3 C4 C5 C6 0 1

C8 C8 C8 C8 C8 C5 C6 C8 5 6

C9 C9 C9 C9 C9 C9 C9 C9 C9 8 9

C10 C10 C10 C10 C10 C10 C10 C10 C10 C10 9 10

Orden importancia

6to 7mo 8vo 9no 3ro 4to 10mo 5to 2do 1ro

Ponderación de soluciones respecto a cada criterio.

C1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces

PX1= N

S1 3 4

S2 S2 4 5

S3 S3 S3 7 8

S4 S1 S2 S3 2 3

S5 S5 S5 S3 S5 6 7

S6 S1 S2 S3 S4 S5 1 2

S7 S1 S2 S3 S4 S5 S6 0 1

S9 S9 S9 S3 S9 S5 S9 S9 5 6

Orden de aceptación

5to 4to 1ro 6to 2do 7mo 8vo 3ro

C2 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces PX1= N

S1 7 8

S2 S1 5 6

S3 S1 S2 4 5

S4 S1 S4 S4 6 7

S5 S1 S2 S3 S4 2 3

S6 S1 S2 S3 S4 S6 3 4

S7 S1 S2 S3 S4 S5 S6 0 1

S9 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S9 1 2

Orden de aceptación

1ro 3ro 4to 2do 6to 5to 8vo 7mo

C3 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces

PX1= N

S1 4 5

S2 S2 5 6

S3 S3 S3 7 8

S4 S1 S2 S3 3 4

S5 S1 S2 S3 S4 2 3

S6 S1 S2 S3 S4 S5 0 1

S7 S1 S2 S3 S4 S5 S7 1 2

S9 S9 S9 S3 S9 S9 S9 S9 6 7

Orden de aceptación

4to 3ro 1ro 5to 6to 8vo 7mo 2do

C4 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces

PX1= N

S1 6 7

S2 S2 7 8

S3 S1 S2 5 6

S4 S1 S2 S3 4 5

S5 S1 S2 S3 S4

3 4

S6 S1 S2 S3 S4

S5 2 3

S7 S1 S2 S3 S4

S5 S6 1 2

S9 S1 S2 S3 S4

S5 S6 S7 0 1

Orden de aceptación

1ro 2do 3ro 4to 5to 6to 7mo 8vo

C5 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces

PX1= N

S1 6 7

S2 S2 7 8

S3 S1 S2 4 5

S4 S1 S2 S4 5 6

S5 S1 S2 S3 S4 1 2

S6 S1 S2 S3 S4 S6 3 4

S7 S1 S2 S3 S4 S7 S6 2 3

S9 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 0 1

Orden de aceptación

2do 1ro 4to 3ro 7mo 5to 6to 8vo

C6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces

PX1= N

S1

1 2

S2 S2 7 8

S3 S3 S2

2 3

S4 S1 S2

S3 0 1

S5 S5 S2

S5 S5 3 4

S6 S6 S2

S6 S6 S6 4 5

S7 S7 S2

S7 S7 S7 S7 6 7

S9 S9 S2

S9 S9 S9 S9 S7 5 6

Orden de aceptación

7mo 1ro 6to 8vo 5to 4to 2do 3ro

C7 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces

PX1= N

S1 7 8

S2 S1 5 6

S3 S1 S3 6 7

S4 S1 S2 S3

4 5

S5 S1 S2 S3 S4

0 1

S6 S1 S2 S3 S4

S6 2 3

S7 S1 S2 S3 S4

S7 S6 1 2

S9 S1 S2 S3 S4

S9 S9 S9 3 4

Orden de aceptación

1ro 3ro 2do 4to 8vo 6to 7mo 5to

C8 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces PX1= N

S1

5 6

S2 S2 7 8

S3 S1 S2

0 1

S4 S1 S2

S4 3 4

S5 S1 S2

S5 S4 2 3

S6 S1 S2

S6 S6 S6 4 5

S7 S7 S2

S7 S7 S7 S7 6 7

S9 S1 S2

S9 S4 S5 S6 S7 1 2

Orden de aceptación

3ro 1ro 8vo 5to 6to 4to 2do 7mo

C9 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces

PX1= N

S1 5 6

S2 S2 6 7

S3 S1 S2 0 1

S4 S1 S2 S4 1 2

S5 S1 S2 S5 S5 4 5

S6 S1 S2 S6 S6 S5 3 4

S7 S7 S7 S7 S7 S7 S7 7 8

S9 S1 S2 S9 S9 S5 S6 S7 2 3

Orden de aceptación

3ro 2do 8vo 7mo 4to 5to 1ro 6to

C10 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 No. de veces

PX1= N

S1 5 6

S2 S2 6 7

S3 S1 S2 0 1

S4 S1 S2 S4 2 3

S5 S1 S2 S5 S5 3 4

S6 S1 S2 S6 S6 S6 4 5

S7 S7 S7 S7 S7 S7 S7 7 8

S9 S1 S2 S9 S4 S5 S6 S7 1 2

Orden de aceptación

3ro 2do 8vo 6to 5to 4to 1ro 7mo

ANEXO C

(Ponderación final)

ANEXO D

(Ensayo experimental)

Ensayo Experimental

Este ensayo consta de un dispositivo cilindro émbolo de dimensiones conocidas y

calibradas que en el extremo inferior posee una boquilla con dimensiones de salida

iguales a las empleadas en el proceso manual, la finalidad del ensayo es hacer una

analogía entre el ensayo de esfuerzo-velocidad de corte para los fluidos no

newtonianos con la relación presión caudal de la mezcla de galletas. Consiste en

variar las cargas aplicadas en el émbolo y tomar el tiempo en el que el volumen

calibrado sale completamente por la boquilla, puesto que al conocer la carga y el área

de presión podemos obtener un valor de presión (esfuerzo de corte) y conociendo el

volumen y el tiempo podremos calcular el valor del caudal (velocidad de corte), los

datos y valores experimentales obtenidos en la realización de este ensayo se presentan

a continuación:

Área del émbolo ( � 62,21?*.

Peso del émbolo 0 � 400 �

Volumen calibrado & � 435,47?*+

Cuadro de datos de ensayo experimental

Carga (N) Presion (Pa) Tiempo (s) caudal (m3/s)

1 4,905 803,729304 868 5,01694E-07

2 5,886 964,4751648 435 1,00108E-06

3 6,867 1125,221026 287,2 1,51626E-06

4 7,848 1285,966886 217 2,00677E-06

5 8,829 1446,712747 176 2,47426E-06

6 9,81 1607,458608 144 3,0241E-06

7 10,791 1768,204469 124,4 3,50056E-06

8 11,772 1928,95033 108,85 4,00064E-06

9 12,753 2089,69619 95,3 4,56946E-06

10 13,734 2250,442051 88,9 4,89843E-06

11 14,715 2411,187912 80 5,44338E-06

12 15,696 2571,933773 71 6,13338E-06

13 16,677 2732,679633 67 6,49955E-06

14 17,658 2893,425494 63 6,91222E-06

15 18,639 3054,171355 58,1 7,49518E-06

16 19,62 3214,917216 54,6 7,97564E-06

17 20,601 3375,663077 50,8 8,57224E-06

18 21,582 3536,408937 48,3 9,01594E-06

19 22,563 3697,154798 45,9 9,48736E-06

20 23,544 3857,900659 44 9,89705E-06

21 24,525 4018,64652 42 1,03683E-05

22 25,506 4179,392381 39,6 1,09967E-05

23 26,487 4340,138241 38,2 1,13997E-05

24 27,468 4500,884102 37 1,17695E-05

25 28,449 4661,629963 33,9 1,28457E-05

26 29,43 4822,375824 33,2 1,31166E-05

27 30,411 4983,121685 32,3 1,3482E-05

28 31,392 5143,867545 31 1,40474E-05

29 32,373 5304,613406 30 1,45157E-05

30 33,354 5465,359267 29 1,50162E-05

31 34,335 5626,105128 28 1,55525E-05

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Si se graficaron los valores obtenidos en esta tabla a través de un sistema de

coordenadas cartesianas donde los valores del caudal están en el eje de las abscisas y

los de la presión en las ordenadas observando como la curva descrita se asemeja a una

línea recta de pendiente y constante C que corresponde al valor de presión mínimo

para hacer fluir la mezcla a través de la boquilla. La mezcla de galletas se comporta

de manera similar al modelo no newtoniano del Plástico de Bingham, el cual requiere

de un esfuerzo de corte mínimo para que sus partículas se desplacen, fluidos como la

salsa de tomate se comportan de esta manera por lo que el gráfico obtenido permitió

hacer las siguientes aproximaciones.

Gráfica Presión-Caudal de la mezcla de galletas integrales.

Fuente: Alvarado, Stephanie y Mendoza, Andrés (2015).

Gráfico de distintos fluidos no newtonianos.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 0,000005 0,00001 0,000015 0,00002

Pre

sió

n

Pa

sca

l

Caudal

m3/s

P-Q

Fuente: J.F. Steffe (1992)

Pendiente de la recta:

* � B. � B8%. � %8 � 3,3327K10�+

Ecuación: B � 3,33K10�+�%� � 0,00642

ANEXO E

(Análisis REBA de proceso manual)

1

2

3 3

1 3

5 1

4

1

0 4

10

ANEXO F

(Análisis REBA de la propuesta diseñada)

1

1

1 1 0

1 1

1 1

0 1

2

ANEXO G

(Layout actual de la Empresa)

Materia Prima

Estantes

Mezclado

Dosificado Horneado

Empaquetado

Producto Terminado

ANEXO H

(Layout Recomendado)

Dosificado Horneado

Mezclado Empaquetado

Materia Prima

Estantes B

Producto Terminado

Estantes A

ANEXO I (Cuadro de inversión del diseño)

Pieza Costo Mano de obra Cantidad Total

Tanque de

Acero

Inoxidable

90.000 30.000 1 120.000

Cámara de

rodillos 45.000 30.000 1 90.000

Rodillos de

teflón 7.500 ---- 2 14.000

Plataforma 6.500 ---- 1 6.500

Estructura 16.000 12.000 1 28.000

Cinta 75.000 63.000 1 120.000

Piñon-

Cremallera 42.000 ---- 1 42.000

Eje (Banda) 30.000 ---- 2 60.000

Chumacera

UCP201 13.000 ---- 4 52.000

Rodamientos

de los rodillos 750 ---- 2 1.500

Tensor de

banda 2.700 ---- 2 5.400

Pistón

(6.14cm) 20.000 ---- 2 40.000

Pistón (2.5cm) 27.000 ---- 2 54.000

Tubería

neumática

(3m)

10.000 ---- 1 10.000

Pernos 250 ---- 16 4.000

SUB-TOTAL Bs 647.400

GANANCIA DEL TALLER (24%) Bs 155.376

IVA (12%) Bs 96.333,12

TOTAL Bs 899.109,12

ANEXO J (Maquina Diseñada)

ANEXO K (Planos del Diseño)

APÉNDICES

APÉNDICE A

Especificaciones AGMA para el diseño de Engranes

Nomenclatura de los dientes de engrane.

APENDICE A-1

Esfuerzos en Engranes Rectos

APÉNDICE B

Parámetros de Diseño de Cinta Transportadora.

APÉNDICE C

Selección de Rodamientos del Catalogo SKF

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Arias, F (2006). El proyecto de investigación. Introducción a la Metodología

Científica. Caracas: Episteme.

Budynas Richard G. y Nisbert J. Keith (2008) Diseño en Ingeniería mecánica de

Shigley. Octava edición, México: McGraw Hill.

González Morales, Alfredo y Teresita Gallardo López (2003): Investigación

Educativa. UNAS: Perú.

Hernández, R.; Fernández C. Y Baptista P. (2004) Metodología de la Investigación.

México: McGraw Hill.

Padrón, M. (1998), Manual de investigación para Tesis de Grado y Postgrado.

Caracas. Publicación personal.

Sierra B. (2004). Estrategias para la elaboración de un proyecto de investigación.

Editorial Inserto Médicos de Venezuela C.A.

Tassoni M. Danilo y Pizzella P. Giovanni (2007), Elementos de Máquina, Venezuela

Vilchez, Nelson. (2008). Estrategias Creativas en el Diseño Mecánico. Publicación de

la Universidad de Carabobo.

J.F. Steffe (1992) Rheological methods in food process engineering. Ed. Freeman Press. Catálogo General SKF (2006) Publicación 6000 ES. Faire, V. M. Diseño de Elementos de Maquina. México: Editorial Limusa, 1995. 4ta Reimpresión. Creus Solé A. Neumatica e Hidraulica. España. Editorial Marcombo, S.A. 2007.