MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [1] EMBOLSADORA DE PRODUCTO A GRANEL Arellano Saldaa Ricardo, Camacho Bernal Jos Franco, Delgado Rosales Martn Alberto, Prez Rosales Jos Ramn Universidad de Guadalajara, CUCEI, Departamento de Ing. Mecnica Elctrica Av. Revolucin 1500 Puerta 10, CP 44430, Guadalajara, Jalisco, Mxico. Tel. (33) 3942 5920 extensiones 7706 y 7707 puma.2158@hotmail.com, josefranco_camacho@hotmail.com, shelby67_one@yahoo.com.mx, ridingbicycle@hotmail.com RESUMEN Se puede decir que nuestro proyecto trata de mejorar y a su vez tener un costo muy accesible para lospequeosempresariosdecomerciodeproductosagranel.LaEmbolsadoratieneundiseo bsico pero de eficiencia muy alta, el llenado es manejado por un dosificador mediante una celda decargaparapoderutilizardiferentespresentacionesdeproductoenelproceso,considerando estacaractersticacomounaventajasobrelasembolsadorasqueexistenenelmercado,cuenta con un sistema de control electroneumtico el cual ofrece un mejor manejo en su operacin y a su vezproporcionapresentacionesexactasdelospesosrequeridos,estesistemadecontrolofrece unavelocidaddeembolsadoaceptablelocualconllevaatenerunamayorproduccinenmenor tiempoyconmenosriesgospara elpersonaldeoperacin.Engeneralloquesebusca coneste proyectoespresentarunmaquinadebajocostodeadquisicin,debuenacalidad,conunaalta eficiencia en el embolsado y con un manejo de diferentes productos y presentaciones. ANTECEDENTES Lasgrandesempresasycomerciantesadquierenproductospormayoreoengrandesvolmenes, despusdeembolsarlosparasuventaalmenudeoeindividualenvariostamaosy presentaciones. Algunos comerciantes realizan esta actividad manualmente y otros con maquinas rsticasinvirtiendomstiempo,esfuerzoydinero,loquesetraduceenuncostomayorde produccin. Precisamente esta razn motiva a la realizacin del proyecto para dar una solucin a esta problemtica.El proyecto es titulado EmbolsadoraDe Producto A Granel en la categora de proyecto industrial de recursos propios. Enlaetapadediseocentramosnuestraatencinenelclculoyseleccindematerialesy componentesintegradoresdelequipo,tomandoencuentalosestndaresynormasvigentes nacionaleseinternacionalesafindeproyectarconcalidadlainformacinobtenida,delresultado delclculoydiseoprocedimosalaetapademontajeaplicandotcnicasyprocedimientosde construccin ordenada. DESARROLLO Para la construccin de nuestro proyecto nos dimos a la tarea de elaborar las piezas por separado comenzandoporlatolvaocontenedorcomprandolahojadelminadeaceroinoxidable304Lacabado 2B calibre 20 para poder realizar los trazos de las piezas necesarias para posteriormente realizar los cortes. MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [2] Luego procedimos a realizar los cortes de cada pieza El siguiente paso fue darle forma a las piezas anteriores BOSQUEJO GENERAL MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [3] DISEO DE SISTEMA ELECTRONEUMTICO Enelcircuitoelectroneumtico,sepuedeapreciarlosdiferentescomponentesdelamaquinaas como sensores magnticos y de presencia. Cabemencionarqueparaelptimofuncionamientoautomatizadodelamaquinaseinstalaraun PLCnecesarioparaelcontroldeldosificadopormediodeunaceldadecarga,ascomolos componentes electroneumtico. Alaccionardeltablerode control un botndearranquelamaquinaEmbolsadora abrirun pistn (1)delatolva,dejandocaerelproductoaunsegundocontenedorenelcualmanejaremosel dosificadopormediodeunaceldadecarga,unavezllegadoalpesoprogramadocerrarala compuertadelpistn(1),pormediodeunsensormagnticodefinaldecarreraseabriruna segundacompuertaconelpistn(2),dejandocaerelproductoenuncilindroparaelprocesode sellado de la bolsa; de tal manera que al deslizarse la bolsa por gravedad y por medio de un sensor depresenciaaccionaraunpistn(3)quellevaraunaresistenciaelctricaparaelselladovertical, pormediodeunsensormagnticodefinaldecarreraaccionaraunpistn(4)conunasegunda resistencia para el sellado final de la bolsa, llegando a la temperatura de fusin del plstico caer por gravedad; y comenzara el proceso nuevamente S1 S2 S34 21 3Y1 Y24 21 3Y3 Y44 21 3Y5S54 21 3Y62Y1+24V0VAAA CR1R1 Y2 BS1Y3S2Y4S3CR1BS4 Y5S5Y623 45MarcaDenominacin del componenteCilindro doble ef ectoCilindro doble ef ectoPulsador (normalmente cerrado, Ladder)Pulsador (normalmente abierto, Ladder)Fuente de aire comprimidoY1Solenoide de vlvulaVlvula de 4/n vasVlvula de 4/n vasFuente de tensin (24V)Fuente de tensin (0V)AContacto normalmente abierto (Ladder)ARel (Ladder)AContacto normalmente abierto (Ladder)CContacto normalmente abierto (Ladder)R1Rel con retardo a la conexin (Ladder)R1Contacto normalmente abierto (Ladder)Y2Solenoide de vlvulaBRel (Ladder)S1Interruptor de alimentacin magnticaY3Solenoide de vlvulaS2Interruptor de alimentacin magnticaY4Solenoide de vlvulaS3Interruptor de alimentacin magnticaCRel (Ladder)R1Contacto normalmente cerrado (Ladder)BContacto normalmente abierto (Ladder)Cilindro doble ef ectoCilindro doble ef ectoS4Interruptor de alimentacin pticaVlvula de 4/n vasY5Solenoide de vlvulaS5Interruptor de alimentacin magnticaY6Solenoide de vlvulaVlvula de 4/n vas MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [4] CALCULO ESTRUCTURAL MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [5] Datos: Longitud o altura de la maquina L= 2 mts. Factor de fijacin K=2.1 (dato de tablas de clculo de columnas) debido a que es una columna la cual un extremo es libre y el otro empotrado. Nota:paraelclculodelacolumnasehaceunasuposicindeaceroestructural,enelcual elegiremos un acero estructural A500 rectangular formada en fro de 3x2x1/4perfilada grado A con una resistencia a la sedenciaSy = 269 Mpa.Con un rea de 2.09 , un momento de inercia de I = 1.15, y un radio de giro r=0.742 in. (Obtenido de tablas) Con un mdulo de elasticidad E= 200 Pa para el acero estructural. Neselfactordediseoyyaqueesteesresponsabilidaddeldiseador.Yaqueunfactor comnmenteutilizadoesN=3,ylaraznporlaqueseseleccionestevaloreslaincertidumbre MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [6] por las propiedades mecnicas, la fijacin de los extremos, lo recto de la columna y la realidad de que la carga se aplica con algo de excentricidad. Se seleccion este tipo de acero porque presenta excelentes propiedades mecnicas y su figura es ideal para la fijacin de los distintos elementos o componentes de la maquina. Formulas: Cc= dondeCcesrazndeesbeltezdetransicin,oconstantedelacolumna,Eesel mdulo de elasticidad, Sy resistencia a la sedencia Le = KL donde la Le es la longitud efectiva y K es el factor de fijacin de la columna y L es la altura de la columna, r = radio de giro Si la razn de esbeltez efectiva real SR =es mayorCc la columna es larga. Por lo tanto, la columna es larga y se utiliza la formula de Euler para calcular la carga critica de pandeo Pcri Pcri= Si SR =es menor Cc la columna es corta y se utiliza la formula de Johnson para calcular la carga critica de pandeo Pcri= A SyDebido a que la columna falla por pandeo y por sedencia del material se calcula la carga permisible segura Pa donde Pa= Para saber qu distancia se puede pandear la columna de su centroide y debido a su carga excntrica a la que est sometida se utiliza la siguiente formula de la secante. Max = edonde e es la excentricidad del centro de gravedad de la columna a donde se encuentra ubicada la carga.Por lo tanto, e = 0.3 mts Solucin: Primero calculamos la longitud efectiva Le Le=KLpor lo tanto, Le= 2.12 = 4.2mts Despus calculamos la razn de esbeltez SR y Cc SR =por lo tanto, SR= , SR=223.4043 MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [7] Cc= sustituyendo;Cc== 121.1445 Comparamos resultados y como SRCc, por lo tanto, la columna es larga y se utiliza la formula de Euler.

Pcri=para calcular la carga critica. Pcri== 51415.0233 Ny como la fuerza es igual a F=mg; por lo tanto, la masa es igual a m== 5241.08 Kg que es igual a 5.2 Toneladas. Teniendo la carga critica se procede a calcular la carga admisible Pa= Pa= =1747.0276 Kg;que es la carga segura antes del pandeo. De tal modo que a carga critica tendr una inclinacin mxima de Max = esustituyendo Max = .3 Por lo tanto, Max= 2.4541xpor lo tanto, 0.0245mm, de inclinacin MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [8] Nota: comercialmente no se encontr en el mercado acero grado A y se utiliza el grado C que es de mayor calidad con un Sy= 345 Mpa DISEO DE CONTENEDOR El contenedor propuesto consta de dos partes esenciales el primero es un cubo en la parte superior de nuestro elemento lo cual nos proporciona un volumen estimado de 0.144 m Elsegundoelementodenuestrapiezaesunapirmidelacual nos proporciona un volumen de 0.036m Para poder saber nuestra capacidad es necesario sumar los volmenes obtenidos lo cual nos da lo siguiente: Los siguientes clculos son realizados para satisfacernuestra necesidad de volumen necesario para el proceso de embolsamiento Nuestra necesidad nmero uno fue poder realizar nuestro diseo para un volumen aproximado de 0.146 m3 lo cual se obtiene de la siguiente ecuacin Densidad ms alta de los productos = 750kg/m3 Peso estimado = 110kg = 0.146 m3 MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [9] CALCULO DE TORNILLOS FORMULAS Rp= fuerza cortante directa de cada tornillo P = carga o peso n= nmero de tornillos M= P x a M = momento de la junta P =carga o peso a= brazo de palanca =suma de las distancias verticales y horizontales elevadas al cuadrado de todos los tornillos que integran el arreglo Centroide Del arreglo 160kg.Centroide Del arreglo A MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [10] Fuerza cortante horizontal del tornillo debido al momento Fuerza cortante vertical del tornillo debido al momento = suma de las distancias radiales de todos los tornillos elevados al cuadrado = distancia vertical del tornillo a partir del centroide = distancia horizontal al tornillo a partir del centroide . +Rp = fuerza resultante en el tornillo = sumatoria de fuerzas resultante horizontal = sumatoria de fuerza resultante vertical =esfuerzocortantepermisibleporelAISC=121Mpa.(Enestediseoutilizaremosel ASTM A325 para acero estructural) A=rea de seccin transversal Datos Carga P = (160 Kg X 9.81 )= 1569.6 N = 1.5696 KN Brazo de momento a = 35.08 cm = .3508mMEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [11] Numero de tornillos n= 4 = = 1.91 cm = 19.1mm; son iguales debido al acomodo geomtrico de los pernos mostrados en la figura Clculos: Fuerza cortante directa de cada tornillo == .392375 KN Momento de la junta M= P x a = 1.5696 KN x .3508m = .550616 KN-m Suma de las distancias radiales de todos los tornillos del arreglo = 4 (19.1mm)2+4 (19.1mm)2= 2918.48 Fuerza cortante horizontal y vertical debido al momento = x= 3.60351 KN == x3.60351 KN Nota: debido a la distribucin homogneamente geomtrica de los tornillos las fuerzas cortantes son iguales en cada tornillo; por lo quey . +Rp . +Rp = 3.60351KN + .392375 KN = 3.99588 KN = fuerza resultante en el tornillo uno == 5.38074 KN Esfuerzo permisibleMEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [12] =por lo tanto, despejando A= ; sustituyendo A == .044469mm Como A = por lo tanto, despejando D === 0.2379mm Que es igual a 0.009 plg. Aprox. 0.01 = 1/64 plg Nota: ya que comercialmente los tornillos de ASTM A325 para los aceros estructurales el dimetro menor es de de pulgada, utilizaremos estos ya que son los recomendados por el American Institute of steel Construction (AISC) CLCULO DE SOLDADURA En este clculo tomaremos en cuenta la soldadura de filete por su alta resistencia segn el SAW (American WeldingSociety) y por cubrir ampliamente las necesidades que se presentan. Calculo de soldadura utilizando el mtodo de arco protegido Espesor de garganta efectiva = seno de 45 ya que en las soldaduras de filete el ngulo ms propenso de falla es a 45 y por lo tanto, siempre que se utilice este tipo de soldadura se utiliza este valor Filete= es la medida de soldadura que se utilizara Resistencia de diseo = ((resistencia nominal de la soldadura 0.6) (Garganta t) (longitud de la soldadura)) Seleccin de electrodo El electrodo implementado es un electrodo E70 E=electrodo 70= es la resistencia mnima a la tensin de la soldadura en ksi Ag = el rea total de contacto entre superficies TABLA 14.2 TAMAOS MNIMOS PARA LAS SOLDADURAS DE FILETE Espesor del material de la parte unida Con mayor espesor (pulg.) Tamao mnimo de la soldadura de filete (pulg.) MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [13] TABLA 14.1 RESISTENCIA DE DISEO DE SOLDADURAS Soldaduras de filete MATERIAL Factor de resistencia Resistencia nominal Fw Nivel de resistencia requerido Cortante en el rea efectiva Base: electrodo de soldadura 0.75 0.60 Puede usarse un metal de aportacin con un nivel de resistencia igual o menor que el compatible Tensin o compresin paralela al eje de soldadura Base 0.90Fy Desarrollo Determinar la resistencia de diseo de la conexin mostrada si Fy = 60 ksi y se usa un electrodo E70 y los filetes recomendados sonpulg. Utilizando el proceso de SAW Garganta efectiva (0.707) ( ) = .0883 pulg. COLUMNASOPORTE DE LA MAQUINA De la tabla 14.1= .75 Calculando la resistencia de diseo (0.75) (6070) (0.0883) (2)= 5.567 klb/pulg. Capacidad total de la soldadura (resistencia de diseo) (longitud total de soldadura) 5.5678 = 44.54 klb. = 20220 Kg. Hastainclusive Mayor de hasta Mayor dehasta Mayor a MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [14] La capacidad de carga de esta soldadura es superior a nuestras necesidades pero es necesario implementarla ya que es lo que nos pide la norma regida por SAW. CONCLUSIONES 1)Capacidad de realizacin del proyecto por parte de los integrantes del equipo Cadaunodeloscompaerosqueintegranesteequiposoncapacesderealizareltrabajode investigacin,clculosyconstruccindelamaquinaquetenemoscomoproyecto,sinembargo, independientemente de eso cada uno se enfoc a una tarea en especifico que al final se integraron y se obtuvo el resultado final que es la maquina Embolsadora 2)Calidad del equipo terminado y su funcionamiento Setratdedarlamejorpresentacin,seusaronmaterialesquevanconelmanejodeproductos para el consumo humano basados en normas nacionales e internacionales, su funcionamiento se basa en un sistema de PLC para el accionamiento de los actuadores electroneumtico 3)Beneficio que recibe la sociedad con el diseo y construccin de estos prototipos Unodelosprincipalesbeneficiosesparaloscomerciantesyaqueleayudaenahorrodetiempo con una mayor produccin, as como un menor costo de operacin, y para los clientes la certeza de que llevan un producto con calidad en el que interviene lo menos posible la mano humana. 4)Aplicacin del prototipo as como las ventajas que se tienen del uso del mismo Su aplicacin se basa principalmente en tiendas abarroteras y mercados como central de abastos tianguis, as como empresas de la industria del grano que utilizan productos como frijol arroz, etc., las ventajas que conlleva usar nuestra mquina es ahorro de tiempo, menor costo de produccin y un kilaje ms exacto REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS RobertL.Moth,P.E,ResistenciaDeMaterialesAplicada,PrenticeHallMxico,TerceraEdicin 1996 Jack C. McCormac, Diseo De Estructuras De Acero, Alfaomega Mxico, segunda edicin 2002 Luis Ortiz Berrocal, Resistencia De Materiales, Mcgraw-Hill Mxico, Segunda Edicin R.C. Hilbbeler, Mecnica De Materiales, Pearson Mxico, Sexta Edicin 2006 DonaldR.Askeland,CienciaEIngenieraDeLosMateriales,ThompsonMxico,CuartaEdicin 2003 RichardG.Budynas,DiseoEnIngenieraMecnicaDeShingley,Mcgraw-HillMxico,Octava Edicin 2008 Ferdinand P. Beer, Mecnica Vectorial Para Ingenieros, Mcgraw-Hill Mxico, Edicin Especial 1998 William F. Smith, Ciencia E Ingeniera De Materiales, Mcgraw-Hill, Tercera Edicin 2004 http://documentos.arq.com.mx/Detalles/54350.html MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [15] TITULO: Embolsadora De Producto A Granel FUNCIN: embolsar producto a granel CAMPO DE APLICACIN: pequeos comerciantes, abarroteras, tianguis, central de abastos, industrias del grano CATEGORA EN LA QUE PARTICIPA: PROYECTO INDUSTRIAL RECURSOS PROPIOS OBJETIVO GENERAL: Disear, calcular y construir una mquina Embolsadora de producto a granel con capacidad de carga de 100 Kg OBJETIVOS ESPECFICOS:

1.- Diseo y seleccin del sistema de control 2.- Diseo y calculo estructural 3.- Clculo y diseo de contenedor de productos 4.- Calculo de sujecin (tornillos) JUSTIFICACIN Esteproyectoserealizabajolainvestigacinpreviadelosmercadosenlosquesemaneja producto a granel, teniendo en cuenta los principales problemas de adquisicin de maquinaria para el proceso de embolsado debido a sus altos costos PortalmotivosedioalatareadeconstruirunamquinaEmbolsadoracapazdemanejarvarios productos, la cual tendr que ser totalmente automatizada y eficiente, a comparativa con otro tipo de maquinas de esta misma ndole, ser totalmente econmica y su adquisicin dar un bajo costo de proceso. Conformealasexigenciasynecesidadesdeunposibleclientenosbasamoseneldiseodela maquinateniendoencuentaprincipalmenteunbajocostodefabricacinsinponerenriesgosus caractersticasyseguridadprincipal,paraelmejoramientodeesteproyectoserealizuna comparativadelasdiferentescaractersticasdeestetipodemaquinasenbasedesudiseo mecnico, funcionamiento, tamao y eficiencias. DATOS DEL EQUIPO Y / O PROTOTIPO, NECESARIOS PARA SU INSTALACIN Y OPERACIN: 127 711/43 VOLTAJE AMPERAJE FASESKWHPCONTACTOS S NONONOESPECIFIQUE INTERNET AGUA DRENAJEGAS LPAIRE COMPRIMIDO DIMENSIONES (m) Y PESO (Kg) 2 m 1.50 m2.50 m200kg LARGOANCHOALTOPESO MEMORIAS DE LA XVIII EXPODIME 7 al 11 DE SEPTIEMBRE 2009, GUADALAJ ARA, MXICO Derechos reservados 2009, U de G [16] Otros requerimientos: EL AIRE COMPRIMIDO LO PROPORCIONARA EL EQUIPO DE TRABAJO