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UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ

Autor: Poveda, Jennifer

C.I.: 19.668.350

Urb. Yuma II, calle N° 3, San Diego, Edo Carabobo

Teléfono: (0241) 8714240 (master) – Fax: (0241) 8712394

DISEÑO DE UNA ESTACIÓN DE TRABAJO

PARA EL RECICLAJE DE FILTROS

OLEOHIDRÁULICOS

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA


FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE TELECOMUNICACIONES

CARRERA: INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑO DE UNA ESTACIÓN DE TRABAJO PARA EL RECICLAJE DE

FILTROS OLEOHIDRÁULICOS


Tutor: Ing. Gruber Caraballo

San Diego, Enero de 2013






DISEÑO DE UNA ESTACIÓN DE

TRABAJO PARA RECICLAJE

DE FILTROS OLEOHIDRÁULICOS.

CONSTANCIA DE ACEPTACIÓN

Tutor Académico: Gruber Caraballo______________________________________

Firma y Cedula de Identidad

Tutor Empresarial: Henry Castro _______________________________________

Firma y Cedula de Identidad

Autor: Jennifer Poveda

C.I: 19.668.350

San Diego, Enero de 2013

DEDICATORIA

Este informe está dedicado a toda mi familia, a mis padres por confiar en mis

capacidades y por educarme para ser una persona de bien, a mi hermano por su

apoyo y ánimos, a mis tíos Carlos y Elisa que aun en la distancia están pendiente de

mis pasos y mis logros, a mis padrinos Moisés y Marielena por no esperar nunca

menos de mí y a sus hijos por ser más que mis amigos unos hermanos más.

A la familia Álvarez, por recibirme siempre como una más en su hogar.

A mis queridos amigos de infancia Vanessa y José de quienes aprendí lo que es

una amistad sincera y un compañerismo inigualable, por estar conmigo en la

culminación de una etapa más en mi vida, este logro es de ustedes también.

A mis queridos amigos Luis, Alex, Álvaro, Edgardo, Jesús por su motivación a

superarme cada día más, amistades como la suya no las consigo en otro sitio.

A mis compañeros de la Facultad de Ingeniería Mecánica, por sus

conocimientos, su compañerismo, los buenos momentos, las risas y todos los ánimos

brindados, esperare por la pronta culminación de sus estudios con mucha emoción.

A mis colegas de la Promo X de Ing. Mecánica y a su madrina Alicia de

Pizzella por compartir esta maravillosa experiencia.

Este trabajo fue realizado con mucho esfuerzo por ustedes y para ustedes

Familia y Amigos, están siempre en mi corazón… los quiero mucho.

Jennifer Poveda

AGRADECIMIENTOS

Agradeciendo a Dios por darme salud, y bendecirme en cada paso que doy,

darme una familia que me ha dado amor y atención, y por darme fuerzas en las

situaciones más difíciles mi vida.

El agradecimiento a mi familia, a mis padres Carlos y Julia, por su amor

incondicional y paciencia, por brindarme las posibilidades de estudiar la carrera que

amo y darme las herramientas para convertirme en una profesional y por sobre todo

no perder la fe en mí; a mi hermano Carlos, por todo su apoyo a lo largo de la vida y

por ser mi mejor amigo.

A mis Tutores Gruber Caraballo y Henry Castro, quienes con mucha paciencia me

ayudaron a través de la realización de este trabajo, guiándome cuando más lo

necesitaba.

A la Profesora María Teresa Rubio por su apoyo desde mi primer día

universitario y por confiar en mis capacidades como estudiante, también a todos los

profesores que ayudaron al desarrollo de este proyecto, Carlos Ferrer, Luis

Sidorovas, Franklin Camejo y Giovanni Pizzella.

A mis compañeros de Venequip S. A, Freddy Mercado, Juan Carlos Fuentes,

Augusto Aparicio, Rafael Agüero y José Pandare por recibirme rápidamente como

su familia, por su apoyo, las sonrisas y darme la oportunidad de trabajar en este

proyecto, al Departamento de Servicio por compartir sus conocimientos conmigo,

¡MUCHÍSIMAS GRACIAS A TODOS!

Jennifer Poveda

vi

ÍNDICE GENERAL

CONTENIDO Pp

ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................. xii

ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................... xii

RESUMEN INFORMATIVO ................................................................................. xiii

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1

CAPITULO

I LA EMPRESA

1.1 Ubicación ....................................................................................................... 4

1.2 Reseña histórica ............................................................................................. 4

1.3 Misión ............................................................................................................ 9

1.4 Visión ............................................................................................................. 9

1.5 Valores ........................................................................................................... 9

1.6 Política de calidad: ......................................................................................... 9

1.7 Objetivos de la política de calidad: ................................................................ 9

1.8 Estructura organizativa ................................................................................ 10

II EL PROBLEMA

2.1 Planteamiento del problema ........................................................................ 13

2.2 Formulación del problema ........................................................................... 14

2.3 Objetivos de la investigación: ...................................................................... 15

2.3.1 Objetivo general: .................................................................................. 15

2.3.2 Objetivos específicos: .......................................................................... 15

2.4 Justificación del problema ........................................................................... 15

vii

2.5 Alcance ........................................................................................................ 16

2.6 Limitaciones ................................................................................................ 16

III MARCO TEÓRICO

3.1 Antecedentes ................................................................................................ 17

3.2 Bases teóricas............................................................................................... 18

3.2.1 El proceso de diseño en proyectos de ingeniería ................................. 18

3.2.1.1 Identificación del problema ....................................................... 19

3.2.1.2 Ideas preliminares ..................................................................... 19

3.2.1.3 Perfeccionamiento del problema .............................................. 20

3.2.1.4 Análisis ..................................................................................... 20

3.2.1.5 Decisión .................................................................................... 20

3.2.1.6 Realización ................................................................................ 21

3.2.2 Consideraciones de diseño para elementos de máquinas ..................... 21

3.2.2.1 Factor de seguridad .................................................................... 21

3.2.3 Esfuerzos .............................................................................................. 23

3.2.4 Esfuerzos combinados ......................................................................... 23

3.3 Soldadura ..................................................................................................... 24

3.4 Tornillos ....................................................................................................... 25

3.4.1 Uniones sometidas a tracción ............................................................... 26

3.5 Prensas hidráulicas....................................................................................... 29

3.5.1 Ventajas del uso de las prensas hidráulicas ......................................... 30

3.6 Definición de términos básicos .................................................................... 33

IV MARCO METODOLÓGICO

4.1 Fases metodológicas .................................................................................... 36

viii

V RESULTADOS

5.1 Evaluación del procedimiento usado para desechar los filtros

oleohidráulicos ................................................................................................... 40

5.2 Evaluar las soluciones.................................................................................. 52

5.3 Propuesta de soluciones ............................................................................... 53

5.3.1 Criterios para el diseño de posibles soluciones .................................... 53

5.3.1.1 Funciones principales ................................................................... 53

5.3.2 Tormenta de ideas de posibles alternativas .......................................... 56

5.3.2.1 Propuestas de diseño para apertura de filtro ................................. 56

5.3.2.2 Propuesta de extracción de fluidos ............................................... 61

5.4 Criterio de evaluación y escogencia de la propuesta ................................... 64

5.4.1 Listado de criterios y restricciones ...................................................... 64

5.4.1.1 Criterios y restricciones a propuestas de diseño para apertura de

filtro .......................................................................................................... 64

5.4.1.2 Criterios y restricciones a propuestas de diseño para la

compactadora de filtro .............................................................................. 66

5.5 Diseño estructural de la propuesta. .............................................................. 70

5.6 Calcular los elementos constitutivos de la estación de reciclaje ................. 74

5.6.1 Máximo esfuerzo soportado por el elemento filtrante a compactar ..... 74

5.6.2 Esfuerzo soportado por las barras de acero.......................................... 76

5.6.3 Esfuerzo soportado por la viga principal de la plancha compactadora 78

5.6.3.1 Análisis de esfuerzo ..................................................................... 78

5.6.4 Esfuerzo soportado por la placa soporte del cilindro hidráulico.......... 80


5.6.5 Esfuerzo soportado por la plancha perforada de la compactadora ...... 82


5.7 : Selección de los accesorios complementarios para el funcionamiento de la

estación de trabajo ............................................................................................. 83

ix

5.7.1 Diseño del circuito hidráulico .............................................................. 83

5.7.1.1 Diseño del cilindro hidráulico ...................................................... 84

5.7.1.2 Cálculo del caudal de la bomba.................................................... 88

5.7.1.3 Calculo de diámetro de la tubería ................................................. 90

5.7.1.4 Selección de la válvula de seguridad............................................ 92

5.7.1.5 Selección de válvula direccional .................................................. 92

5.7.1.6 Selección de la válvula de control de caudal ................................ 93

5.7.1.7 Selección de filtro de succión....................................................... 93

5.7.2 Máximo esfuerzo soportado por la carcasa del filtro a cortar .............. 94

5.7.3 Potencia del motor requerida para mover la carga ............................... 98

5.7.3.1 Potencia lineal .............................................................................. 98

5.7.3.2 Potencia rotacional ..................................................................... 100

5.7.3.3 Selección del motor para el sistema cortador de filtros ............. 101

CONCLUSIONES .................................................................................................... 103

RECOMENDACIONES ........................................................................................... 104

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 105

APÉNDICE

APENDICE A: Perfiles de vigas UPN ............................................................ 108

APENDICE B: Catalogo Cilindros Hidraulicos .............................................. 109

APENDICE C: Mini Bomba de Pistón ............................................................ 110

APENDICE D: Motor Eléctrico ...................................................................... 111

APENDICE E: Tuberías .................................................................................. 112

APENDICE F: Nomograma ............................................................................ 113

APÉNDICE G: Aceite hidráulico Hidralub-AW ............................................. 114

APENDICE H: Válvula de Seguridad ............................................................. 115

APENDICE I: Válvula Direccional ................................................................. 116

x

APENDICE J: Válvulas de control de caudal ................................................. 117

APENDICE K: Filtro de cartucho reemplazable ............................................. 118

APENDICE L: Variador de frecuencia ........................................................... 119

APENDICE M: Propiedades mecánicas de los aceros al carbono .................. 120

APENDICE N: Tabla comparativa de dureza Vickers y Brinell ..................... 121

APENDICE O: Electrodos AWS para Acero de Bajo carbono ....................... 122

APENDICE P: Propiedades mecánicas de los aceros ..................................... 123

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 01 : Ubicación de la oficina de Gerencia Nacional de Venequip S.A ............... 4

Figura 02: Logotipos de las marcas de equipos con las que trabaja Venequip S. A ..... 7

Figura 03: Distribución de la oficinas de Venequip en Venezuela ............................... 8

Figura 04: Estructura organizativa del departamento de servicio. .............................. 10

Figura 05: Estructura organizativa del área de gerencia nacional técnica .................. 11

Figura 06: Unión no permanente por un perno, sometido a la acción de una carga ... 27

Figura 07: Cargador de ruedas .................................................................................... 41

Figura 08: Retroexcavadora cargadora ....................................................................... 41

Figura 09: Excavadora ................................................................................................ 41

Figura 10: Tractores de cadena ................................................................................... 41

Figura 11: Cargadores de cadenas............................................................................... 41

Figura 12: Motoniveladoras ........................................................................................ 41

Figura 13: Montacargas............................................................................................... 41

Figura 14: Energía eléctrica ........................................................................................ 41

Figura 15: Cortador de Filtros ..................................................................................... 45

Figura 16: Ubicación del cortador de filtros con respecto al filtro (vista frontal) ...... 46

Figura 17: Ubicación del cortador de filtros con respecto al filtro (vista superior). ... 46

Figura 18: Composición básica de un filtro de fluido ................................................. 47

Figura 19: Presentación del filtro 1R-0716 ................................................................. 48



Figura 22: Presentación del filtro 130-3212................................................................ 50

Figura 23: Presentación del filtro 1G-8878 ................................................................. 51




xii

Figura 27: Condiciones en las que se almacenan temporalmente los filtros

descartados. ................................................................................................................. 53

Figura 28: Compactadora fabricada en MachineShop, Barquisimeto ........................ 55

Figura 29: Posible solución de compactadora de elementos internos filtrantes.......... 55

Figura 30: Propuesta de una cortadora eléctrica, vertical (Vista Isométrica). ............ 56

Figura 31:Propuesta de una cortadora eléctrica vertical (Vista Derecha) ................... 56

Figura 32: Abrelatas eléctrico ..................................................................................... 57

Figura 33: Propuesta de una cortadora eléctrica horizontal (Vista Isométrica) .......... 57

Figura 34: Propuesta de una cortadora eléctrica de corte horizontal (Vista Lateral). . 58

Figura 35: Propuesta de una cortadora eléctrica de corte horizontal de sujeción

horizontal (Vista Isométrica)....................................................................................... 59


horizontal (Vista Superior) .......................................................................................... 59

Figura 37: Posicionamiento del filtro en propuesta de una cortadora eléctrica de corte

horizontal y sujeción horizontal (Vista Isométrica) .................................................... 60

Figura 38: Posicionamiento del filtro en propuesta de una cortadora eléctrica de corte

horizontal y sujeción horizontal (Vista Superior) ....................................................... 61

Figura 39: Propuesta de una centrifugadora de filtros ................................................ 61

Figura 40: Lavadora cotidiana con sistema centrifugo ............................................... 62

Figura 41: Propuesta compactadora de múltiples cilindros ........................................ 62

Figura 42: Propuesta de una compactadora de estructura rectangular con único

cilindro hidráulico ....................................................................................................... 63

Figura 43: Propuesta de una compactadora de estructura cilíndrica con único cilindro

hidráulico..................................................................................................................... 64


horizontal..................................................................................................................... 66


cilindro hidráulico ....................................................................................................... 70

Figura 46: Diseño final de la estación de reciclaje ..................................................... 71

xiii

Figura 47: Diseño final de la estación de reciclaje ..................................................... 72

Figura 48: Cuerpo estructural de la estación de reciclaje ........................................... 72

Figura 49: Vista frontal del diseño final de la estación de compactado...................... 73

Figura 50: Plancha compactadora ............................................................................... 73

Figura 51: Sistema de corte de filtros final ................................................................. 74

Figura 52: Análisis de Esfuerzo de la probeta ............................................................ 76

Figura 53: Ubicación de la barras de acero ................................................................. 76

Figura 54: Análisis de esfuerzo de la barra de Acero A36 ......................................... 77

Figura 55: Factor de seguridad de la pieza.................................................................. 78

Figura 56: Ubicación de la plancha compactadora ..................................................... 78

Figura 57: Análisis de esfuerzo de la viga de Acero A36 ........................................... 79

Figura 58: Factor de seguridad de la viga ................................................................... 80

Figura 59: Ubicación de la placa soporte (corte transversal de la compactadora) ...... 80

Figura 60: Comportamiento de la pieza con respecto a la fuerza aplicada ................. 81

Figura 61: Factor de seguridad de la pieza.................................................................. 82

Figura 63: comportamiento de la pieza con respecto a la fuerza aplicada .................. 83

Figura 64: Factor de seguridad de la plancha.............................................................. 83

Figura 65: Esquema básico del circuito hidráulico ..................................................... 85

Figura 66: Depósito de aceite diseñado ...................................................................... 90

Figura 67: Uso del torno mecánico del CEINT (UJAP) para el destapado de filtro ... 95

Figura 68: Muestra extraída de la carcasa del filtro .................................................... 95

Figura 69: Durómetro para ensayos de dureza ............................................................ 96

xiv

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 01: Cambios de filtros por mantenimiento preventivo para maquinaria pesada

..................................................................................................................................... 42

Tabla 02: Cambios de filtros por mantenimiento preventivo para montacargas ........ 43

Tabla 03: Cambios de filtros por mantenimiento preventivo para generadores

eléctricos ..................................................................................................................... 43


eléctricos (Grandes) .................................................................................................... 44

Tabla 05: Modelos y dimensiones de filtros desechados pertenecientes a la marca

Caterpillar; desechados en una semana ....................................................................... 47

Tabla 06: Aplicación de Restricciones a posibles soluciones de cortadora de filtros . 65

Tabla 07: Aplicación de restricciones a posibles soluciones para compactadora de

filtros ........................................................................................................................... 66

Tabla 08: Ponderación de criterios .............................................................................. 67

Tabla 09: Ponderación de soluciones con respecto a criterio C1 ................................ 68





Tabla 14: Ponderación final de criterios ..................................................................... 69

Tabla 15: Resultados del ensayo de dureza vickers. ................................................... 96

xv






DISEÑO DE UNA ESTACIÓN DE TRABAJO PARA EL RECICLAJE DE

FILTROS OLEOHIDRÁULICOS


Tutor Académico: Ing. Gruber Caraballo

Fecha: Enero, 2013

RESUMEN INFORMATIVO

La siguiente investigación tiene como objetivo general, proponer una

estación de trabajo para el reciclaje de filtros oleohidráulicos para la

empresa Venequip S. A, bajo las prioridades establecidas por el

departamento de control de calidad para el aprovechamiento de los

recursos reciclables de los filtros descartados. Metodológicamente es un

tipo de proyecto factible donde se desarrolla una propuesta para

solucionar un problema en la empresa, apoyada en una investigación de

campo no experimental, fundamentado en bases documentales y

parámetros tabulados.

Descriptores: reciclaje, estación de trabajo, filtros oleohidráulicos, hidráulica.

INTRODUCCIÓN

El término "cultura" identifica el conjunto de formas de vida, materiales e

intelectuales de una sociedad. Por otro lado, "reciclaje" define el proceso industrial

por el que los residuos continúan su ciclo de vida, convirtiéndose bien en materias

primas para la obtención de nuevos productos o bien en energía. Por ello, la cultura

del reciclaje sintetiza el reto al que se enfrenta la sociedad del siglo XXI ante los

problemas actuales de tratamiento y eliminación de los residuos generados en

nuestras actividades diarias.

En el campo de la Ingeniería Mecánica es de gran importancia, desde sus

inicios, ofrecer los mejores servicios que satisfagan las necesidades de cada uno de

los usuarios. Debido a esto, este sector se convierte en un medio bastante competitivo

en los últimos años. Venequip S. A es una empresa que ofrece servicios de

Maquinaria pesada de alta calidad, entre las prestaciones que esta ofrece se

encuentran: Venta, Alquiler y Servicios de Mantenimiento Correctivo y Preventivo a

Maquinarias Pesadas y Plantas Eléctricas principalmente de la Caterpillar, así como a

maquinaria especializada en la minería y la agroindustria. Su finalidad principal es la

de ofrecer servicios a sus distinguidos usuarios en todo el territorio nacional.

La contribución de Venequip S. A al proceso de reciclaje es imprescindible, ya

que éste se inicia con la separación selectiva de los residuos en el origen, es decir, en

los talleres de mantenimiento.

Este sencillo gesto, convertido en costumbre tras el hábito, es esencial para que

el reciclaje funcione. Como hasta ahora la actuación de la empresa frente a los

residuos ha sido depositarlos en el mismo contenedor, la sensibilización y

concientización sobre los beneficios del reciclaje así como la información y

formación de cómo proceder a separar los residuos, son herramientas básicas para

invertir actitudes y formar una cultura hacia el reciclaje.

2

Los cambios de hábitos, tendentes al consumo más desaforado, así como el

crecimiento desmedido de los núcleos urbanos exigen modificar la conducta en lo que

a residuos se refiere, estimulando la responsabilidad que cada uno tiene por el mero

hecho de generar el residuo. Además, no separar nuestros residuos viene a ser lo

mismo que hacerlo incorrectamente, de ahí que el empeño de Venequip S. A se

centralice en educar a los trabajadores en el por qué se debe cambiar para ayudar al

ambiente y en cómo se debe cambiar, de manera conjunta.

La idea de una estación de trabajo que permita la separación de varios

elementos de los filtros oleohidráulico, viene dada por la necesidad de cubrir la

responsabilidad ambiental de la empresa, ya que al desechar estos elementos por

separado se puede aprovechar en mayor medida la capacidad de reutilizar esta

materia prima y asegura que los desechos representen un menor peligro para el medio

ambiente.

Se diseñara una Estación de Trabajo que consta de dos etapas: una etapa para

abrir el filtro oleohidráulico y separar los componentes externos del mismo, y otra

etapa para compactar los elementos internos y así reducir su volumen y extraer los

fluidos contenidos en él.

Para este diseño, se plantearon distintos objetivos, los cuales abarcan desde un

diagnóstico de la situación actual, es decir, cuales son cada uno de los problemas

relacionados con el manejo y gestión actual de los filtros desechados y así proponer

nuevos planes operativos que permitan la solución al problema existente en este

departamento.

El informe se desarrolló en los siguientes capítulos:

Capítulo I: Describe la ubicación y una breve descripción de la empresa.

3

Capítulo II: Explica todo lo relacionado al planteamiento y formulación del

problema, además de los objetivos a alcanzar en este proyecto, así como también las

limitaciones que se presentan al momento de solucionar el problema.

Capítulo III: Se refiere a toda terminología y conceptos necesarios que servirán de

base para el desarrollo del estudio, además de un breve resumen sobre los

antecedentes relacionados con la investigación.

Capítulo IV: Consta de las distintas fases metodológicas a emplear en el desarrollo

de las estrategias, que son establecidas para cumplir con los objetivos propuestos.

Capítulo V: Detalla los resultados mediante las fases metodológicas definidas en el

capítulo anterior.

El trabajo aquí presentado, está estructurado de manera de que el lector pueda ir

adquiriendo los conocimientos básicos que le permitirán entender a cabalidad la

tecnología referida y las herramientas a desarrollar. Sin embargo, cabe destacar que si

el lector es lo suficientemente conocedor del tema, perfectamente puede obviar los

capítulos que contengan información que considere ya conocida, y continuar con los

aspectos que crea interesantes sin que se pierda la linealidad o coherencia de la

información que se desea mostrar.

CAPÍTULO I

LA EMPRESA

1.1 Ubicación

La Gerencia Nacional de Venequip S.A. está ubicada en la Zona Industrial

Sur, Avenida Luis Ernesto Branger, Edificio Venequip Edo. Carabobo (Figura 1.1).

Figura 01: Ubicación de la oficina de gerencia nacional de Venequip S.A.

Fuente: Google Maps

1.2 Reseña histórica

Venequip, S.A. es una organización venezolana líder en el mercado de

equipos de trabajo, fundada el 12 de Julio del año 1927, en un local de Madrices a

Ibarra, en Caracas (Distrito Federal), como distribuidor exclusivo de equipos

Caterpillar (CAT) y bajo el nombre de International General Electric.

En sus inicios, sólo contaba con 7 empleados y los derechos como

Distribuidores Autorizados para Venezuela de maquinaria pesada Caterpillar. La

compañía se dedicaba a la distribución de materiales eléctricos, pero poco a poco, sus

5

productos fueron pasando a formar parte activa en todo lo relacionado con la

construcción, plantas eléctricas, agricultura, ganadería y regiones petroleras del país.

Conjuntamente con el crecimiento industrial y el desarrollo de todas las

actividades económicas del país, International General Electric fue incursionando y

participando cada vez más en el progreso de la Nación, se inaugura la primera

sucursal en Maracaibo, en 1935, siguiendo con Puerto La Cruz, en 1950;

Barquisimeto, en 1956; Puerto Ordaz Y Valencia en 1963 y posteriormente las

instalaciones de Santa Bárbara, San Cristóbal, Acarigua, Guri y El Tigre.

En 1979, la división de Maquinarias Gevensa, adquirió identidad propia bajo

la denominación de Maquinarias Venequip S.A., filial de General Electric, C. A, de

USA. Tiempo después, en 1998 fue cambiada de razón social por la actual, Venequip

S.A. con ocho Sucursales, un punto de venta; tres operaciones “On Site” y una

oficina en la ciudad de Miami.

Desde 1991, el empresario Venezolano Carlos Bellosta comienza a presidir

Venequip, S.A. y la Gerencia Nacional se traslada a Valencia, Estado Carabobo.

Desde allí se sigue llevando toda la logística de operaciones y se establecen, como

hoy en día; lo que son las directrices que logran que la empresa se desarrolle con una

participación de mercado en ascenso, gracias también al apoyo de Caterpillar

América Corp., División de Caterpillar Inc. Para el Continente Americano, con base

en Miami, Florida.

Venequip S.A. ha mantenido una política de expansión, a fin de atender

oportunamente las necesidades de sus clientes con capacidad de respuesta y alcance

local, captar exitosamente clientes potenciales y prestar un servicio acorde con las

exigencias propias de cada cliente.

En tal sentido, Venequip S.A. cuenta actualmente con un punto de venta en

Miami: Venequip Machinery Sales Corp. (VMSC) y sucursales en las principales

6

ciudades del país: Caracas, Maracaibo, Valencia, Barquisimeto, Puerto La Cruz y

Puerto Ordaz; Puntos de Venta en Punto Fijo y la citada en Miami; Operaciones On

Site en Carbones del Guasare y Carbones de la Guajira en el Edo. Zulia y

Ferrominera Orinoco en Ciudad Piar, Edo. Bolívar.

Esta empresa dirige sus estrategias a atender con eficiencia las diferentes

actividades económicas que generan riqueza al país, la comercialización (venta y

alquiler) de maquinaria pesada Caterpillar, suministro de repuestos, servicios de

mantenimiento y reparación, entrenamiento para la operación del equipo y asesoría

técnica especializada en todas las líneas de equipos que distribuye.

De esta manera, Venequip S. A participa cada día en el proceso de desarrollo

de Venezuela con sus productos Caterpillar, presentes en las principales áreas

productivas del país, como resultado de una amplia investigación que abarca las

necesidades de un mercado emergente en constante cambio y crecimiento.

Junto a la red de sucursales, impulsan cambios positivos y sostenibles en toda

Venezuela. Son líderes del mundo en equipos para construcción y minería, motores

Diésel y de gas natural, y turbinas de gas industriales. Ofrecen Venta, alquiler,

repuestos originales y servicio post-venta para maquinaria pesada y equipos

industriales de las marcas siguientes:

Caterpillar (CAT)

Bucyrus

Sullair

Grove

CAT Lift Trucks

JLG

Metso

Tylor

7

Cuyos logotipos pueden apreciarse en la Figura 2.

(a) (b)

© (d)

(e) (f)

(g) (h)

Figura 02: Logotipos de las marcas de equipos con las que trabaja Venequip S. A:

Caterpillar (a); Grove (b); Sullair (c); Bucyrus (d); JLG (e); Metso (f); Cat Lift Truck

(g); Taylor (h).

Fuente: Venequip S. A

8

Las sucursales están ubicadas en las principales ciudades a nivel nacional (su

ubicación general en el país puede observarse en la Figura 3):

Barquisimeto

Caracas

Guasare (Falcón)

Maracaibo

Maturín

Puerto La Cruz

Puerto Ordaz

Punto Fijo

San Cristóbal

Figura 03: Distribución de la oficinas de Venequip en Venezuela.

Fuente: Google Imágenes

9

1.3 Misión

Ser la mejor solución en equipos, respaldo al producto y opciones financieras,

trabajando en conjunto con los clientes.

1.4 Visión

Ser los mejores en proporcionar soluciones a los clientes y satisfacción a los

empleados, con solidez financiera.

1.5 Valores

El cliente es primero, Integridad y honradez, Respeto por otros y el ambiente,

Profesionalismo, Trabajo en equipo, Innovación/Creatividad.

1.6 Política de calidad:

Proveer a sus clientes, tanto internos como externos, actuales y potenciales, de

un servicio que satisfaga o supere sus expectativas en términos de calidad, cantidad,

costo y oportunidad.

1.7 Objetivos de la política de calidad:

Satisfacer continuamente a los clientes internos y externos, superando las

expectativas de calidad, a través del suministro oportuno y adecuado de

servicios competitivos.

Optimizar la captación, la capacitación, el desarrollo y la motivación del

personal para afrontar con éxito los retos actuales y futuros.

Mejorar continuamente los procesos productivos y administrativos, al asumir

una actitud proactiva, participativa y orientada hacia la excelencia.

Consolidar el liderazgo y proyectar una imagen autentica de ética, seriedad y

respeto hacia los clientes, proveedores y colaboradores.

10

Contribuir a la preservación del medio ambiente mediante el cumplimiento de

las normas y resoluciones establecidas por los organismos gubernamentales.

1.8 Estructura organizativa

En Venequip S.A., sucursal Valencia, el área de Post Venta se organiza bajo

líneas de autoridad y responsabilidad bien definidas, tal como se muestran en Figura

4 y Figura 5:

Figura 04: Estructura organizativa del departamento de servicio.


11

Figura 05: Estructura organizativa del área de gerencia nacional técnica


CAPÍTULO II

EL PROBLEMA

2.1 Planteamiento del problema

Venezuela es un país en vías de desarrollo que constantemente requiere y

realiza obras de ingeniería, obtención de minerales, construcción de carreteras, casas

y edificaciones, para todo ello es necesario contar con equipos pertenecientes a la

industria de la construcción, minería y agronomía que cuenten con la tecnología y

soporte necesario para realizar proyectos que impulsen el desarrollo del país.

Venequip S. A, ofrece equipos para los campos antes mencionados, esta maquinaria

es constantemente actualizada con accesorios innovadores, para ofrecer al cliente

mayor confort y seguridad. Adicionalmente, según las necesidades de las grandes,

medianas y pequeñas industrias, esta empresa cuenta con equipos de generación de

energía (plantas eléctricas), ofreciendo soluciones básicas en energía de respaldo.

Para todos los equipos ofrecidos es importante amparar su vida útil, proveer

soporte técnico y controlar el debido funcionamiento de los equipos de campo (cuya

ubicación sea en sitios remotos a nivel nacional), para evitar así, fallas mayores y

paradas de trabajo no deseadas, debido a la ausencia de mantenimiento preventivo.

El servicio de mantenimiento preventivo más común y más aplicado es el

cambio de filtros, cada filtro es ofrecido bajo una amplia gama de tamaños y brindan

una calidad de depuración específico según las necesidades de la máquina. El servicio

de cambio de filtros es incluido en muchas revisiones de equipos en las numerosas

sucursales, representando un mediano porcentaje de los desechos generados en los

talleres de mantenimiento.

El departamento de control de contaminación se encarga del desarrollo óptimo

de los estatutos de seguridad industrial y ambiental haciendo cumplir la normativa

13

presente en la Ley Penal del Ambiente que establece, en su Capítulo II, Artículo 4,

Manejo: Como un conjunto de prácticas destinadas a garantizar el aprovechamiento

sustentable y la conservación de los recursos naturales, así como aquéllas orientadas a

prevenir y minimizar efectos adversos por actividades capaces de degradarlos.

Conveniente, de acuerdo con sus especificaciones, a fin de prevenir daños a la salud y

al ambiente. Involucra la recolección, almacenamiento, transporte, caracterización,

tratamiento, disposición final y cualquier otra operación que los relacione.

La disposición de los Filtros descartados constituye una dificultad para las

sucursales en general de Venequip S. A, y se debe principalmente a que los fluidos

(aceites y combustibles) aún están contenidos en los filtros descartados una vez

retirados, incluso al dejar que los fluidos sean drenados del filtro por efecto de la

gravedad, no es una medida eficiente para hacer de estos componentes, menos

contaminantes; la celulosa filtrante aún mantiene fluidos en su interior, y eliminar los

filtros sin antes drenar la mayoría el fluido contenido en ellos, hace de este desecho

muy delicado y contaminante.

Bajo esta problemática, el departamento de control de contaminación, también

busca aprovechar parte del material como el hierro ferroso y el aluminio que poseen

los diferentes filtros, estos son materiales reutilizables y son buscados por muchas

compañías pertenecientes al ámbito del reciclaje y/o de la fundición.

2.2 Formulación del problema

La interrogante estará enmarcada en el siguiente ámbito:

¿Cómo puede extraerse los fluidos contenidos en los filtros, extraer el Hierro y

Aluminio, y optimizar la operatividad en control de contaminación de las sucursales

de Venequip S. A, sin afectar al ambiente?

14

La cual tendrá varias posibles soluciones a lo largo del desarrollo del proyecto,

una vez cumplidos los objetivos establecidos se esperar llegar una solución final, y

así, a una propuesta de diseño.

2.3 Objetivos de la investigación:

2.3.1 Objetivo general:

Diseñar una estación de trabajo para reciclar filtros Oleohidráulicos.

2.3.2 Objetivos específicos:

Evaluar el procedimiento usado para desechar los filtros oleohidráulicos en

una empresa asociada al campo de maquinaria pesada.

Determinar las características físicas y dimensionamiento de los filtros a

reciclar.

Elaborar posibles soluciones de diseño para la estación de reciclaje.

Usar el método de ponderación de criterios para seleccionar la solución

definitiva

Calcular los elementos constitutivos de la estación de reciclaje.

Seleccionar los accesorios complementarios para el funcionamiento de la

estación de reciclaje.

Dibujar los planos correspondientes.

2.4 Justificación del problema

En la actualidad Venequip S. A suministra al país maquinaria eficiente y de

buena calidad, también ofrece mantenimiento y soporte técnico de los productos

Caterpillar a nivel nacional; la logística de mantenimiento ha sido modificada

constantemente bajo los estándares internacionales de calidad de la industria

Caterpillar.

Para realizar el mantenimiento preventivo como el mantenimiento correctivo de

la maquinaria, es necesario garantizar los puntos básicos de cuidado de los equipos,

15

para ello es de vital importancia el reemplazo de los filtros oleohidráulicos para

asegurar y extender el tiempo de vida útil de los mecanismos y motores.

Además, es importante para toda empresa cumplir con las normas ambientales,

ofrecer un producto que no perjudica de manera directa o indirecta al medio

ambiente, y consolidar la conservación ambiental en todo departamento de la

empresa. Para ello en necesario mejorar las conductas respecto al manejo adecuado

de estos componentes, y también renovar y evaluar constantemente los

procedimientos de eliminación de estos productos.

2.5 Alcance

Con la propuesta de diseño se pretende optimizar el proceso de eliminación de

los filtros oleohidráulicos, así como también incluir este diseño en las sucursales

aliadas a Venequip S. A, además de ser base para proyectos afines.

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 estará basado en una metodología de investigación pertinente y servirá como

punto de apoyo para cualquier tesis de grado.

Finalmente la meta principal de la investigación es desarrollar totalmente el

Informe de Pasantías, requisito para optar al título de Ingeniero Mecánico.

2.6 Limitaciones

El tiempo de investigación y presentación preliminar del diseño está estipulado

en 3 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 elige, que pueden extender el período de investigación y

desarrollo.

CAPITULO III

MARCO REFERENCIAL CONCEPTUAL

Con la presentación de un basamento como el mostrado a continuación, se

desea fundamentar los conocimientos y principios que se pondrán en práctica en los

estudios posteriores. Se presentarán en el transcurso del presente marco, una serie de

definiciones, conceptos, deducciones e ilustraciones relacionadas con el reciclaje de

desechos sólidos, compactación, mecanismos de compactación, sistemas hidráulicos,

estructuras metálicas, entre otros elementos de interés para el lector. Toda la

información mostrada será utilizada para justificar procedimientos prácticos

posteriores, así como también para profundizar conocimientos ya adquiridos y que

son indispensables para el desarrollo del presente trabajo

3.1 Antecedentes

A continuación se mencionaran un conjunto de trabajos de investigación que

guardan relación con el estudio a desarrollar.

Cetrangolo y Vera (2004) en su trabajo de grado titulado “Diseño y

Simulación de una maquina compactadora de desechos sólidos. Caso: Latas de

Aluminio” (Inversiones C) en la Universidad Central de Venezuela, fue realizado

con el fin de facilitar el manejo de los desechos compuestos por latas y productos de

aluminio, así mismo, aprovechar en mayor medida los servicios de transporte y

disminuir los gastos en traslado de material. El desarrollo de este proyecto contribuye

a la generación e implementación de políticas ambientales eficientes y beneficiosas,

tanto en el ámbito económico en la empresa como para el medio ambiente.

17

Ruiz y Torres (2002) en su trabajo de grado titulado “Diseño y construcción

de un sistema de compactación de desechos provenientes de locales de comida

rápida”, desarrollaron el proyecto para ayudar a solventar de una manera más

económica la disposición de los residuos de comidas sin necesidad de importar una

maquina compactadora, y de la misma forma simplificar el manejo de los desechos

que día a día son producidos en estos establecimientos.

3.2 Bases teóricas

3.2.1 El proceso de diseño en proyectos de ingeniería

El proceso de diseño es una guía general de los pasos que pueden seguirse para

dar al Ingeniero cierto grado de dirección para la solución de problemas. Los

diseñadores emplean un gran número de combinaciones de pasos y procedimientos de

diseño, pero no se puede decir que haya una combinación óptima. El seguir las reglas

estrictas del diseño no asegura el éxito del proyecto y aún puede inhibir al diseñador

hasta el punto de restringir su libre imaginación. A pesar de esto, se cree que el

proceso de diseño es un medio efectivo para proporcionar resultados organizados y

útiles.

Las etapas del proceso de diseño, según el libro Técnicas de Documentación e

investigación son:

Identificación del problema.

Ideas preliminares.

Perfeccionamiento.

Análisis.

Decisión.

Realización.

18

3.2.1.1 Identificación del problema

Es importante en cualquier actividad constructiva dar una definición clara de

los objetivos para así tener una meta hacia la cual dirigir todos los esfuerzos. La

identificación de la necesidad de un diseño se puede basar en datos de varios tipos:

estadísticas, entrevistas, datos históricos, observaciones personales, datos

experimentales o proyecciones de conceptos actuales.

Definir es establecer los límites; es delimitar el problema y el alcance de la

solución que está buscándose. Es indicar lo que se quiere hacer y a dónde no se quiere

llegar. Definir un problema es la parte más complicada en el proceso de diseño; una

equivocación a esta altura representa un enorme error al final. Esto se puede lograr de

la siguiente manera:

Comprensión del problema: efectuar entrevistas, informes.

Recopilación de datos: realizar encuestas, efectuar mediciones.

Analizar los datos: comprobar hipótesis, establecer relaciones causa-efecto.

Formulación del problema: sintetizar de la mejor forma todo lo hallado.

3.2.1.2 Ideas preliminares

Una vez que se ha definido y establecido el problema, es necesario recopilar

ideas preliminares a partir de las cuales se pueden asimilar los conceptos del diseño.

Esta es probablemente la parte más creativa en el proceso de diseño. Puesto que en la

etapa de identificación del problema solamente se han establecido limitaciones

generales, el diseñador puede dejar que su imaginación considere libremente

cualquier idea que se le ocurra. Estas ideas no deben evaluarse en cuanto a

factibilidad, puesto que se las trata con la esperanza de que una actitud positiva

estimule otras ideas asociadas como una reacción en cadena.

Uno de los medios más útiles para el desarrollo de ideas preliminares es el

dibujo a mano alzada.

19

3.2.1.3 Perfeccionamiento del problema

La etapa de perfeccionamiento es el primer paso en la evaluación de las ideas

preliminares y se concentra bastante en el análisis de las limitaciones. Todos los

esquemas, bosquejos y notas se revisan, combinan y perfeccionan con el fin de

obtener varias soluciones razonables al problema. Deben tenerse en cuenta las

limitaciones y restricciones impuestas sobre el diseño final. Los bosquejos son más

útiles cuando se dibujan a escala, pues a partir de ellos se pueden determinar tamaños

relativos y tolerancias y, mediante la aplicación de geometría descriptiva y dibujos

analíticos, se pueden encontrar longitudes, pesos, ángulos y formas. Estas

características físicas deben determinarse en las etapas preliminares del diseño,

puesto que pueden afectar al diseño final.

3.2.1.4 Análisis

El análisis es la parte del proceso de diseño que mejor se comprende en el

sentido general. El análisis implica el repaso y evaluación de un diseño, en cuanto se

refiere a factores humanos, apariencia comercial, resistencia, operación, cantidades

físicas y economía dirigidos a satisfacer requisitos del diseño. Gran parte del

entrenamiento formal del ingeniero se concentra es estas áreas de estudio.

A cada una de las soluciones generadas se le aplica diversos tamices para

confirmar si cumplen las restricciones impuestas a la solución, así como otros

criterios de solución. Aquellas que no pasan estos controles son rechazadas y

solamente se dejan las que de alguna manera podrían llegar a ser soluciones viables al

problema planteado.

3.2.1.5 Decisión

La decisión es la etapa del proceso de diseño en la cual el proyecto debe

aceptarse o rechazarse, en todo o en parte. Es posible desarrollar, perfeccionar y

analizar varias ideas y cada una puede ofrecer ventajas sobre las otras, pero ningún

20

proyecto es ampliamente superior a los demás. La decisión acerca de cuál diseño será

el óptimo para una necesidad específica debe determinarse mediante experiencia

técnica e información real. Siempre existe el riesgo de error en cualquier decisión,

pero un diseño bien elaborado estudia el problema a tal profundidad que minimiza la

posibilidad de pasar por alto una consideración importante, como ocurriría en una

solución improvisada.

3.2.1.6 Realización

El último paso del diseñador consiste en preparar y supervisar los planos y

especificaciones finales con los cuales se va a construir el diseño. En algunos casos,

el diseñador también supervisa e inspecciona la realización de su diseño. Al presentar

su diseño para realización, debe tener en cuenta los detalles de fabricación, métodos

de ensamblaje, materiales utilizados y otras especificaciones. Durante esta etapa, el

diseñador puede hacer modificaciones de poca importancia que mejoren el diseño; sin

embargo, estos cambios deben ser insignificantes, a menos que aparezca un concepto

enteramente nuevo. En este caso, el proceso de diseño debe retornar a sus etapas

iniciales para que el nuevo concepto sea desarrollado, aprobado y presentado.

Una vez estudiado el procedimiento general que se debe seguir en la mayoría de

los casos para emprender un proyecto de ingeniería, se tiene suficiente conocimiento

como para emprender una selección de alternativas, con la finalidad de determinar

por medio de los criterios propios de diseño, una de varias opciones referentes al

sistema de suministro de energía. La cual se va a emplear para lograr compactar un

conjunto de latas de aluminio por medio de la máquina que se está diseñando.

3.2.2 Consideraciones de diseño para elementos de máquinas

3.2.2.1 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

21

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

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

(Joseph E. Shigley 1998).

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

principalmente de dos maneras:

Multiplicando la dimensión del elemento resultante de los cálculos teóricos.

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 utilizad: para ese mismo cable cuando

se estudia su empleo para sustentar un ascensor.

22

3.2.3 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.

3.2.4 Esfuerzos combinados

Es muy común en piezas de maquinarias, tener combinaciones de carga que

creen esfuerzos normales y cortantes en una misma pieza. Pudiera haber lugares

dentro de la pieza donde estos esfuerzos aplicados han de combinarse para poder

determinar cuáles son los esfuerzos principales y el esfuerzo cortante máximo.

También se conoce como teoría de Von Mises.

De acuerdo al profesor Tassoni Danilo (2006), en su publicación de Elementos

de Máquina, (pag. 68), sostiene que cualquier pieza esforzada en forma elástica sufre

un ligero cambio en forma, volumen o ambos pero no en tamaño. La energía

necesaria para producir este cambio se almacena en forma de energía elástica, por lo

tanto, un determinado material tiene una capacidad limitada y definida de energía de

distorsión o de corte, y por lo tanto cualquier intento de someter a cantidades mayores

de distorsión, provocaría la falla del elemento.

Dicho esto, se puede tener una combinación de esfuerzos entre el esfuerzo

cortante transversal y el esfuerzo cortante de torsión, donde el esfuerzo resultante es

la suma algebraica si ambos son diferencial, tal como se muestra en la siguiente

ecuación:

Ec. 1

23

De lo contrario el esfuerzo resultante vendría dado por:

Ec. 2

3.3 Soldadura

La soldadura es un medio de unión permanente, que se utiliza ampliamente en

la construcción de elementos de máquina, y en la reparación de alguno de ellos.

Es, así mismo, una unión íntima entre dos porciones de metal (iguales o

distintos) en la cual se utiliza generalmente, un material adicional, denominado

material de aporte, cuyo punto de fusión puede ser diferente (usualmente menor) a la

temperatura de fusión del (o de los) material(es) a unir. En caso de iguales materiales

a soldar, se suele utilizar el mismo material; por ejemplo, para soldar dos piezas de

hierro dulce se utilizan varillas del mismo material las cuales funden a la misma

temperatura, conjuntamente con los bordes de las piezas a soldar.

En cuanto a los procedimientos por medio de los cuales se puede soldar, estas

uniones se pueden clasificar en soldaduras por presión y soldaduras por fusión. En el

primer caso se calientan las dos superficies de las piezas a soldar hasta que alcancen

un estado pastoso; luego se ejerce presión sobre ellas hasta que mientras se enfrían, se

unen. En este caso no se trabaja con aporte de material. Entre este tipo de soldaduras

se puede mencionar la soldadura de "puntos" o "por costura". En el caso de

soldaduras por fusión, generalmente se funden los metales en las superficies a soldar,

y se agrega material fundido adicional (material de aporte). Entre este tipo de

soldadura se puede señalar la soldadura de arco eléctrico, que es la más común en

aceros y metales en general; también la soldadura autógena, con oxígeno y acetileno,

gases cuya combustión produce el calor necesario para la fusión del material de

aporte. Esta soldadura es muy útil para cortar piezas de metal.

24

Independientemente de los procedimientos utilizados para soldar, y de las

características del material de aporte, se debe señalar que para los metales cuya

resistencia mecánica aumenta con los tratamientos térmicos, como el temple, o para

aquellos en los cuales ocurre esto a causa de algunas operaciones mecánicas, como el

estirado o el trefilado en frío, se hace más difícil la soldadura, que en el caso que

estos mismos materiales hubiesen sufrido un tratamiento de recocido. Esto indica que

las piezas soldadas deben ser recocidas, y sometidas a un eventual tratamiento

térmico posterior, si se desea que presenten una resistencia mecánica homogénea en

toda su extensión. (Tassoni M. Danilo 2006).

Después de estas generalidades, se considera los casos permanentes de

soldadura, producto de la inclusión de material de aporte.

Soldadura a tope: Este tipo de soldadura se utiliza en casos de tensiones de

tracción o de compresión.

Soldadura en ángulos: este tipo de soldadura, se utiliza para múltiples sistemas

de carga, y distintas geometrías de las piezas a unir.

3.4 Tornillos

Son medios de unión no permanente, más comunes en el diseño de máquinas y

conocidos bajo la denominación global de tornillos. En estos se puede incluir

elementos de máquina conocidos como tornillos, pernos, tuercas, espárragos o

prisioneros y pasadores. El tornillo es, en general, un cuerpo cilíndrico (o cónico),

algunos con una ranura cortada por maquinado o por forjado, en su superficie. El

tornillo que se considera es en realidad una cuña, una forma particular de plano

inclinado, que se desarrolla a manera de hélice, en la superficie del cuerpo de

revolución que se describe (en general, la forma cilíndrica es mucho más común, pero

la cónica también existe y es muy usual en los tornillos tipo tirafondo para madera o

25

plástico, y, para interconectar tuberías). Dada esta forma geométrica, a través de un

movimiento de giro del tornillo, se obtiene una traslación longitudinal sobre su eje.

De acuerdo a la aplicación que de ellos se hace, los tornillos pueden ser

catalogados en los siguientes tipos: a) potencia, b) de medición y c) de unión. Los de

medición, se fabrican de tal manera que posean un avance (la proporción entre el tipo

de giro sobre su eje, y la magnitud de su correspondiente traslación longitudinal) muy

pequeño de forma que, graduando adecuadamente una escala sobre ese giro, se

puedan obtener los valores longitudinales de desplazamiento lineal (distancias, tal y

como son medidas por medio de los tornillos micrométricos). (Tassoni M. Danilo

2007)

3.4.1 Uniones sometidas a tracción

En estas uniones, la importancia de la existencia de compartimientos estancos

no es relevante, esto significa que solo es importante que el conjunto de elementos de

máquinas considerados, soporten el sistema de carga al cual están sometidos, sin que

se presente el colapso entre ellos.

Únicamente se considera la carga a la cual está sometido el tornillo; en el

mismo, está presente una carga axial, que produce una tensión de atracción: se

aprovecha este punto para indicar que se debe evitar la utilización de pernos roscados

en toda su extensión o longitud; en efecto la rosca, por su geometría, es un factor

generador de concentración de tensiones; por ello se utiliza y se diseñan pernos que

presenten roscas, únicas y exclusivamente, en la posición realmente necesaria de su

longitud total: en aquella requerida para enroscar la tuerca (en el caso de pernos);

para el caso de tornillos o espárragos, la rosca debe limitarse a la porción necesaria

para que estos se enrosquen en las bases adecuadas, tal y como está señalado,

genéricamente en la Figura 6. Esa tensión de tracción, se presenta en la sección

constante no roscada del perno, dada por la siguiente ecuación:

26

Ec. 3

Pero este sistema de carga, produce tensiones de corte en la base de los filetes

de la rosca del tornillo, dadas por:

Ec. 4

En la misma porción de la tuerca, tal y como se señaló anteriormente, se

encuentra que:

En las expresiones anteriores, si hay más de un perno resistente a la carga P de

la Figura 6, se tiene que tomar en cuenta el aporte de cada uno de ellos, considerando

que para la expresión genérica (Ec. 3) el valor del área vendría dado por:

Ec. 5

Figura 06: Unión no permanente por un perno, sometido a la acción de una carga

Fuente Tassoni, 1997

En este mismo caso (más de un perno resistente), los valores anteriores de las

tensiones de corte en la base de los filetes, tanto de cada tornillo ( ), como en

27

cada una de las tuercas ( ), deberá verse modificado por ese número de

elementos de unión presentes como se muestra en la Figura 6, estas tensiones vienen

dadas por las siguientes expresiones:

Ec. 6

Ec. 7

El criterio de diseño será el que arroje el menor valor entre los

siguientes:

Ec. 8

Ec. 9

La expresión (Ec. 8) es para las tensiones de tracción en núcleo del tornillo, la

expresión (Ec. 9) corresponde a las tensiones de corte en la base de los filetes de las

roscas en el (o los) tornillo(s), con el subíndice , o en la(s) tuerca(s),

con . Deberá utilizarse el criterio según el cual el valor correspondiente de

tensiones resulta crítico. En las expresiones anteriores, se tiene que el factor de

seguridad N debe ser tal que cumpla:

Ec. 10

28

Con el valor indicado en la expresión (Ec. 10), se puede despreciar cualquier

factor de concentración de tensiones, producto de la presencia de los filetes de la

rosca.

3.5 Prensas hidráulicas

La característica estructural de los fluidos hace que en ellos se transmita

presiones, a diferencia de lo que ocurre en los sólidos, que transmiten fuerzas.

Este comportamiento fue descubierto por el físico Blaise Pascal (1623-1662),

quien estableció el siguiente principio: “Un cambio de presión aplicado a un fluido

incompresible en reposo dentro de un recipiente, se transmite sin alteración a través

de todo el fluido, así mismo, es igual en todas las direcciones y actúa mediante

fuerzas perpendiculares a las paredes que lo contienen”.

Conforme al principio de Pascal, las llamadas maquinas hidráulicas son una

representación genérica del funcionamiento y comprobación de esta teoría.

Las prensas hidráulicas es la selección preferida durante los últimos 30 años, ha

habido un crecimiento en el uso de prensas hidráulicas. Por muchos años se favorecía

el uso de prensas mecánicas; la cual usa el sistema de un cigüeñal que rueda y rota.

Desde el año 1991 los envíos de las prensas hidráulicas han superado a las prensas

mecánicas que hoy en día son las preferidas en la manufactura mundial. Se ven aún

más rápidas y más confiables que nunca debido al mejoramiento de la tecnología,

inclusive: los nuevos sellos, mejores bombas, las mangueras reforzadas y los

acoplamientos mejorados.

También el uso de controles PLC y otros controles electrónicos ha mejorado la

velocidad y la flexibilidad de estas prensas en el proceso de manufactura, con la

integración de las prensas con Interfaces con la computación y monitoreo.

29

Las prensas mecánicas son a menudo rápidas en alimentaciones automáticas,

carreras cortas, y alimentaciones cortas para operaciones de troquelado.

Entonces, la alimentación manual, y las prensas hidráulicas ofrecen obvias

ventajas competitivas en alimentaciones manuales. Además de esto, son muy fáciles

de cambiar los herramentales y luego seguir con un nuevo trabajo. Se cuenta

especialmente cuando tiene que ver con el ajuste de la carrera de una prensa

mecánica, porque la prensa hidráulica puede mantener la fuerza máxima por lo largo

de toda la carrera, así es que no se tiene que preocupar del punto de máxima fuerza,

allí siempre esta.

También, como le da el mismo tiempo de hacer los cambios a otros trabajos,

sea de banco o de pedestal (piso), cuando el trabajo es de avance a mano, el ahorro de

tiempo del montaje o de cambios les hace a las prensas hidráulicas aún más útiles que

las mecánicas.

Aunque ha sabido una tendencia al uso del proceso de automatización con

máquinas mecánicas con alimentación automática, existen en mayoría los procesos de

manufactura, que al contrario requieren la alimentación a mano por las características

del material o el alto costo de los procesos de automatización. También la necesidad

de entregas rápidas o de pedidos más pequeños de los productos urge la manufactura

de periodos cortos en vez de la inversión de mucho capital en equipo de alimentación

por automatización. En estas situaciones son mejores las prensas hidráulicas por costo

mínimo, su flexibilidad y no tener que pasar mucho tiempo en los ajustes del equipo

de automatización.

3.5.1 Ventajas del uso de las prensas hidráulicas

Unas de las ventajas es la fuerza total por toda la carrera: es posible mantener el

total de la fuerza por lo largo de la carrera, no solamente al fondo o el final de la

carrera como en las prensas mecánicas. La ventaja de esta es quitar la necesidad de

30

hacer cálculos de presión del tonelaje al principio de la carrera, así es que no se

requiere la compra de una prensa de 100 toneladas para alcanzar la presión de

solamente 60 toneladas.

Conforme a esto, más capacidad a menos costo: Se sabe que es más fácil y

menos caro comprar ciertas clases de capacidad en las prensas hidráulicas. Lo de la

carrera es mera ganga. Las carreras de 12, 18 y de 24 pulgadas son comunes. Aparte,

es fácil aumentar esta medida. También se puede aumentar el claro máximo a bajos

costos. Inclusive, es muy posible la instalación de las mesas (platinas) más grandes en

las prensas pequeñas o la aumentación de cualquiera platina y menos el costo de

compra: por su potencia de fuerza no hay ninguna máquina que de la misma fuerza

por el mismo precio.

Por otra parte, el costo de mantenimiento: Las prensas hidráulicas son bastante

sencillas en su diseño, con pocas partes en movimiento y están siempre lubricadas

con un fluido de aceite bajo presión. En las pocas ocasiones de avería casi siempre

son defectos menores, sea el empaque, la bobina solenoide y a veces una válvula, que

son fáciles de remplazar. En cambio, en las prensas mecánicas, un cigüeñal roto es

significativo tanto en el costo de parte como la perdida de producción. No solo es el

menor costo estas partes, sino también se puede reparar sin tener que hacer maniobras

de desmontar piezas de gran tamaño; reduciendo tiempos de mantenimiento, y menos

afectación en la producción.

También ofrecen seguridad de sobrecarga incluido: Con una prensa de 60

toneladas si se calibra una fuerza de 60 toneladas, no se corre el riesgo de romper

troqueles o la misma prensa por un excedente de fuerza; porque al tener el máximo de

fuerza permitida, se abre una válvula de seguridad.

Así mismo, otorga mayor flexibilidad en control y versatilidad. Como siempre

se puede mantener un control en una prensa hidráulica, como los es fuerza, carrera,

tiempo de trabajo, movimientos con secuencia, etc. Se puede disponer de una

31

velocidad rápida de aproximación, y otea de trabajo con ventajas de productividad, y

de cuidado de herramientas. En una prensa hidráulica se puede controlar distancias de

profundidad, aproximación, tiempos de trabajo, o toda una secuencia de operación,

por medio de temporizadores, alimentadores, calentadores, etc. Por este motivo una

presa hidráulica n solo sube y baja, como lo haría una prensa mecánica.

Una prensa hidráulica puede hacer trabajos en ancho rango según su fuerza.

Entre ellos son: el embutido profundo, reducción, formado de polímeros, el formado

de polímeros, el formado, el estampado, troquelado, el punzonado, el prensado, el

ensamble ajustado, el enderezo. También es muy útil en los procesos de: el forado de

sinterizado de ruedas abrasivas, la adhesión, el brochado, la calibración de diámetros,

la compresión a plástico y a hule (goma, caucho), y los troqueles de transferencia.

Más aun con la influencia de la tecnología, son más compactas: aunque una

prensa muy común de 20 toneladas mide 1.7 mts por 0,7 mts por 1,5 mts, una prensa

de 200 toneladas solo mide 2.1 mts por 1.2 mts por 2mts, efectivamente con 10 veces

la capacidad pero solo un poco más grande; la prensa más grande desplaza solo 50%

más. No conforme con esto, el gasto en herramientas es mucho menor: Junto a la

protección empotrada, lo mismo tocante a las herramientas. Se puede fabricar las

herramientas según las tolerancias de un trabajo especificado, luego ajustar la fuerza

de la prensa hidráulica según ésta misma. El hecho de lo mínimo de choque y de

vibración les beneficia en más vidas en las herramientas.

También son cada vez menos ruidosas: Con menos partes movibles, y sin rueda

volante, el nivel de ruido iniciado por la prensa hidráulica es mucho menos que la

mecánica. También es posible minimizar el nivel de ruido por controlar la velocidad

del vástago en pasarlo por el trabajo más lento y quieto.

Hoy en día se ven las prensas hidráulicas en trabajos de alto volumen en los

procesos de manufactura así como los siguientes:

32

El ensamble de los rodetes a los ejes de los motores, la compresión de láminas

o el oprimir de insertos.

La formación de cualquier metal en varias como campana, etc. La manufactura de

cubiertos u ollas de metal en plano.

También la necesidad de entregas rápidas o de pedidos más pequeños de los

productos urge la manufactura en periodos cortos en vez de la inversión de mucho

capital en equipo de alimentación por automatización.

Finalmente, en estas situaciones, son mejores las prensas hidráulicas por costo

mínimo, su flexibilidad y no tener que pasar mucho tiempo en los ajustes del equipo

de automatización, ni tampoco generaría un costo elevado de mantenimiento.

3.6 Definición de términos básicos

Criterio: es el conjunto de normas que debe cumplir un buque para que su

estabilidad alcance valores mínimos que garanticen su seguridad.

Cilindro: Es el ensamble total del cilindro, pistón, el vástago, los empaques y los

sellos. El diámetro del pistón y la presión del aceite (fluido) son los elementos que

determinan la fuerza (tonelaje) que se da en una prensa.

Control de la carrera: La longitud de la carrera puede ser calibrada y controlada de

cualquier tamaño entre los límites del cilindro. Los ajustes son: La parte superior de

la carrera, el punto de pre-calibrado, o el final (Fondo) de la carrera.

Ductilidad: Cualidad de algunos metales que permite estirarlos sin deformar.

Elasticidad: Cualidad de un producto que le permite recuperar su forma primitiva

una vez que haya cesado las fuerzas actuales sobre ellas.

Ensayo de materiales: Se denomina ensayo de materiales a toda prueba cuyo fin es

determinar las propiedades mecánicas de un material.

33

Estructura: Es el cuerpo principal de la prensa que consta de los cilindros y la

superficie en donde se hace el trabajo.

Fuerza: Todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los

materiales.

Hidráulica: Estudio del flujo de acción de los líquidos, especialmente del agua y el

aceite.

Limite Elástico: tensión máxima que un material elástico puede soportar sin sufrir

deformaciones permanentes. Si se aplican tensiones superiores a este límite, el

material experimenta deformaciones permanentes y no recupera su forma original al

retirar las cargas. En general, un material sometido a tensiones inferiores a su límite

de elasticidad es deformado temporalmente de acuerdo con la ley de Hooke.

Prensa Hidráulica: es un mecanismo conformado por vasos comunicantes

impulsados por pistones de diferente área que, mediante pequeñas fuerzas, permiten

obtener otras mayores.

Presión: Se define presión como el cociente entre la componente normal de la fuerza

sobre una superficie y el área de dicha superficie.

Restricción: Es el límite, impedimento o limitación en la realización de un proyecto.

Recurso heurístico: Se puede definir como un arte, técnica o procedimiento práctico

o informal, para resolver problemas. Alternativamente, se puede definir como un

conjunto de reglas metodológicas no necesariamente formalizadas, positivas y

negativas, que sugieren o establecen cómo proceder y problemas a evitar a la hora de

generar soluciones y elaborar hipótesis

Sujeción: Cosa con la que se sujeta otra o que se utiliza para mantener sujeto algo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimiento

http://es.wikipedia.org/wiki/Arte

http://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%A9cnica

http://es.wikipedia.org/wiki/Procedimiento

http://es.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A1ctico

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_formal

http://es.wikipedia.org/wiki/Metodolog%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Hip%C3%B3tesis

34

Transmisión mecánica: mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o

más elementos dentro de una máquina. Son parte fundamental de los elementos u

órganos de una máquina, muchas veces clasificados como uno de los dos subgrupos

fundamentales de estos elementos de transmisión y elementos de sujeción.

UPN (Perfil U): Vigas de alma llena construidas por perfiles laminados en caliente.

Viga: Elemento de construcción grande y largo que sirve para unir y soportar cargas

de gran magnitud. Proporciona rigidez y estabilidad en estructuras.

http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina

CAPÍTULO IV

MARCO METODOLÓGICO

4.1 Fases metodológicas

Fase I: Diagnóstico la situación actual

Haciendo uso de los instrumentos definidos anteriormente, se recolectó y

definió la forma de presentación de la información. Los datos obtenidos por

observación directa, fueron presentados en un informe, el cual se limitó, únicamente,

a establecer la cantidad de filtros que genera cada categoría de mantenimiento

ofrecido, los modelos de filtros usados y sus dimensiones, y la composición interna

de estos elementos.

Fase II: Evaluación de las soluciones

A través de observación directa se realizó un recorrido por el taller para

verificar sus condiciones e inspeccionar el lugar al que son retirados los filtros. Bajo

una entrevista no estructurada a profundidad, se logró recolectar información sobre el

sistema de desecho de filtros aplicado, sus desventajas; y las condiciones de

almacenamiento previo a su transporte fuera de las instalaciones.

Fase III: Propuesta de soluciones

Se realizaron reuniones con los integrantes del Departamento de Control de

Contaminación y del Departamento de Servicio, donde se destacó las limitaciones del

diseño y se tomaron en cuenta las posibles soluciones reflejadas, destacando las más

viables, alimentando puntos que debe cumplir el sistema que tratará los filtros

retirados, gracias ello, fue posible crear una buena base fundamental para generar la

lluvia de ideas y fomentar el proceso creativo previo a la selección de la propuesta.

36

Fase IV: Criterio de evaluación y escogencia de la propuesta:

A) Espacio físico: la empresa cuenta con espacio físico amplio destinado a

máquinas y a trabajos de mantenimiento, sin embargo, por seguridad y transporte el

sistema a diseñar no debe exceder el límite de altura establecido.

B) Materiales: la empresa posee materiales nuevos y reciclados, es importante

para Venequip S. A que la alternativa seleccionada deba ser diseñada con la mayor

cantidad de estos materiales para así de esta forma poder abaratar los costos de

fabricación, fomentando a la empresa a la fabricación del diseño.

Fase V: Diseño estructural de la propuesta:

Se diseñaron sus componentes, sus partes y piezas que la conforman, su

organización y funcionamiento. En esta fase no se diseñó el dimensionamiento

espacial de algunas piezas que conforman la máquina, ya que estas forman parte de

componentes de gran importancia para la misma, y cuyo diseño dependerá de los

cálculos de esfuerzos realizados por el diseñador.

Fase VI: Calculo de los elementos constitutivos de la estación de reciclaje:

Para realizar el diseño de componentes sometidos a esfuerzos se utilizaron

herramientas matemáticas de diseño de elementos de máquinas y resistencia de

materiales, así como también herramientas tecnológicas como software de diseño

asistido por computadoras (CAD/CAE).

Fase VII: Selección de los accesorios complementarios para el funcionamiento de

la estación de trabajo.

Para la selección de los componentes del sistema hidráulico y del sistema de

corte, se comprobó la disponibilidad de los accesorios en catálogos virtuales

comparando sus características con los resultados de los cálculos previamente hechos,

el contraste de los catálogos y los cálculos, permite la selección más adecuada de los

elementos que conformaran el sistema.

37

Fase VIII: Elaboración de los planos correspondientes:

La máquina estará conformada de las siguientes partes: Cuerpo, Sistema

Hidráulico, Sistema de compactado, Sistema de corte y Tanque de recolección de

fluidos.

Descripción de partes y su funcionamiento:

Cuerpo:

Por ser el cuerpo el sitio donde estarán alojados todos los elementos que forman

la estación de reciclaje, se construyó con una alta resistencia y robustez. Consistirá en

una mesa, sobre ella se adaptara la estructura de la compactadora en la parte superior

y se ubicara de la misma forma el sistema de corte y drenaje previo de filtros. Se

concluye que la función que cumplió el cuerpo fue la de servir como soporte de todos

los demás elementos que forman la estación de trabajo, como son: central hidráulica,

sistema de compactado, sistema de corte y tanque de fluidos.

El material con el cual se construyó dicha estructura es de acero A36.

Central hidráulica:

La central hidráulica consiste en un circuito formado por varios componentes

mecánicos, entre ellos: Tanque, Filtro, Válvulas, Motobomba, red de tuberías y

Cilindro Hidráulico o Actuador.

Tanque: La mayoría de los sistemas hidráulicos de tamaño pequeño a mediano

utilizan los tanques o depósitos como base de montaje para la bomba, motor eléctrico,

válvula de alivio, y a menudo otras válvulas de control. Este conjunto se llama.

"Unidad de bombeo", "Unidad Generada de Presión" etc. Fue usada láminas de

Acero A36.

Filtro: Una configuración popular y económica es el filtro en línea que también

lleva incluida una válvula de retención, su desventaja consiste en que hay que

desmontar la tubería para su mantenimiento.

38

Válvulas: Las válvulas distribuidoras o de control direccional se utilizan para

cambiar el sentido del flujo de aceite dentro del cilindro y mover el pistón de un

extremo al otro de su carrera.

Bomba hidráulica: La bomba hidráulica convierte la energía mecánica

desarrollada por el motor eléctrico en energía hidráulica.

Cilindro hidráulico: En cualquier aplicación hidráulica disponible deberá

transformarse en energía mecánica para realizar un trabajo. Los cilindros hidráulicos

son los encargados de transformar la energía hidráulica en energía mecánica lineal.

Sistema de compactado:

Es la cámara donde se compactaran los filtros, el cuerpo está establecido por

vigas en perfil U de Acero A36 y por láminas del mismo material, en este sistema va

sostenido el cilindro hidráulico y una compuerta de protección.

Sistema de corte:

Este sistema permitirá la apertura de los filtros, sobre el cuerpo de la estación;

está conformado por un Motor, caja de transmisión de potencia y un tren de

desplazamiento para cortar el filtro.

Tanque de recolección de fluidos:

Estará en el interior del cuerpo del sistema y se encarga de contener el fluido

drenado por lo filtros durante su apertura y su compactación, evitando que los fluidos

contaminen el sitio de trabajo y al usuario. Se usaron láminas de Acero A36.

CAPÍTULO V

RESULTADOS

Durante la elaboración de este informe de pasantías se plantearon una serie de

fases, las cuales determinaron el plan a seguir para la finalización del mismo. Por

ello, se expresan los datos encontrados en cada una de dichas fases.

5.1 Evaluación del procedimiento usado para desechar los filtros oleohidráulicos

Haciendo uso de los instrumentos definidos anteriormente, se recolectó y

definió la forma de presentación de la información.

Los datos obtenidos por observación directa, y por materiales facilitados por la

empresa fueron presentados en un informe, el cual se limitó únicamente a establecer

la cantidad de filtros que genera cada categoría de mantenimiento ofrecido, los

modelos de filtros usados y sus dimensiones, y la composición interna de estos

elementos; también se estableció si la manera actual de desechar los filtros es la más

eficaz y ecológica en base a la cantidad de desechos generados y en base a ello se

determinó las prioridades que debe cubrir el sistema a diseñar. A continuación, se

muestra la información recaudada durante esta fase inicial.

La maquinas más comunes que se pueden encontrar en Venequip S. A son:

Cargador de Ruedas (Figura 07), Retroexcavadora Cargadora (Figura 08),

Excavadoras (Figura 09), Tractores de Cadenas (Figura 10), Cargadores de Cadenas

(Figura 11), Motoniveladoras (Figura 12), Montacargas, (Figura 13) Energía Eléctrica

de Combustible Diesel (Figura 14), entre otros:

40

Figura 07: Cargador de ruedas Figura 08: Retroexcavadora cargadora

Figura 09: Excavadora Figura 10: Tractores de cadena

Figura 11: Cargadores de cadenas Figura 12: Motoniveladoras

Figura 13: Montacargas Figura 14: Energía eléctrica Fuente: Catalogos de Caterpillar

41

El servicio de mantenimiento es realizado en las llamadas PM (Preventive

Maintenance) o Mantenimiento Preventivo, cada PM especifica un servicio diferente

de reemplazo de filtros, por lo que cada asistencia al equipo genera un número de

filtros descartados, la producción de desechos de estos componentes bajo las PM

alimenta la necesidad de controlar debidamente el estado de los desperdicios que son

retirados fuera del taller, y garantizar que la carga de desechos contenga la menor

medida de fluidos contaminantes en su interior.

El mantenimiento ofrecido depende directamente de la maquina a trabajar y

de su arreglo interno, es decir, aun cuando 2 máquinas corresponden a un mismo

modelo, en ocasiones se pueden observar diferencias internas notables, el motor

puede ser de una compañía distinta y otros componentes son reemplazados por partes

más actuales ya sea por el corto tiempo de vida de la pieza; por presentar continuidad

de fallas u otras razones.

Tomando en cuenta esto, es valioso saber que para cada máquina, según su

serie y modelo, le corresponde una rutina de mantenimiento. Podemos ver en las

tablas siguientes (Tablas 01, 02, 03, 04) los tipos de PM aplicados de manera general

según el modelo a trabajar:

42

Tabla 01: Cambios de filtros por mantenimiento preventivo para maquinaria pesada.

Maquinaria pesada

Mantenimiento Tipo(s) de Filtro(s) Cantidad

PM1 Aceite de Motor 1

Aceite de Motor 1

PM2 Primario de Combustible 1

Secundario de Combustible 1

Secundario de Aire 1

Aceite de Motor 1

Primario de Combustible 1


PM3 Primario de Aire 1


Aceite de Transmisión 1

Aceite Hidráulico 1


Tabla 02: Cambios de filtros por mantenimiento preventivo para montacargas.

Montacargas



Aceite de Motor 1

PM2 Combustible 1

Aire 1

Aceite de Motor 1

Combustible 1

PM3 Aire 1

Transmisión 1

Hidráulico 1


43


eléctricos (Medianos y Pequeños).

Generadores Eléctricos (Medianos y Pequeños)



Aceite de Motor 1




Aceite de Motor 1


PM3 Secundario de Combustible 1

Primario de Aire 1




eléctricos (Grandes).

Generadores Eléctricos (Grandes)



Aceite de Motor 3




Aceite de Motor 3


PM3 Secundario de Combustible 5

Primario de Aire 2



44

Los filtros descartados en cada servicio, son almacenados y trasladados para su

desecho, la constante preocupación del departamento de control de contaminación, es

de qué manera se puede aprovechar los materiales como el Aluminio y el Metal

Ferroso para su reciclaje, ya que al año son descartados aproximadamente 10.382

unidades filtrantes de fluidos, estos datos fueron facilitados por el sistema

Departamento de servicio; elementos como la Celulosa y el Plástico quedan muy

comprometidos con contaminantes y escorias, y aunque pueden descartarse, la

celulosa contiene muchos fluidos en su interior durante un tiempo prolongado debido

su alta absorción; es por ello que se debe drenar el fluido para hacer el transporte de

este material, más seguro.

El objetivo indispensable es saber de qué modo es posible abrir un filtro y las

dificultades de realizar el proceso, para ello, los operarios facilitaron una herramienta

para descubrir los filtros de forma manual llamada, “Cortador de Filtros” (Figura 15)

(Oil Filter Cutter Group).

Figura 15: Cortador de Filtros; Mango (1), Tornillo de ajuste (2), Muelle móvil (3),

Hojillas (4), Muelle fijo (5), Rodillos (6).

Fuente: Propia

Esta herramienta se ubica en la parte superior del filtro (sobre la tapa de

aluminio), gracias al mango (1) al final del tornillo (2) que mueve la pequeña prensa

(3) que sostiene las hojillas (4), sujeta el filtro por la tapa de aluminio y la presiona

contra un muelle fijo (5) con 2 rodillos (6) para lograr el movimiento circular

alrededor del filtro y corta la cubierta externa del mismo, desgastando el material con

cada revolución de la herramienta.

45

Figura 16: Ubicación del cortador de filtros con respecto al filtro (vista frontal).

Fuente: Propia

Figura 17: Ubicación del cortador de filtros con respecto al filtro (vista superior).

Fuente: Propia

Se realizó la inspección interna de los filtros, exponiendo los elementos

internos alojados en el filtro, aclarando la naturaleza del componente.

La composición de los filtros en general (Figura 18) básicamente consiste en

una malla de Celulosa (3), cubierta en sus extremos por Silicón (4), cubiertas en una

coraza de Metal Ferroso (1) y fijados en una tapa con rosca de Aluminio (2).

46

Figura 18: Composición básica de un filtro de fluido (1) Coraza, (2) Tapa con

rosca, (3) Celulosa filtrante y (4) Silicón.

Fuente: Propia

Existen varios tipos de filtros según el fluido a depurar; estos varían en dimensiones y

características físicas.

Se realizó una búsqueda de filtros en las zonas de desechos destinado a los

mismos y se efectuó una selección de filtros por modelo, por fluido a filtrar y por sus

dimensiones, con esta selección se pretende obtener una galería de filtros para la

medición de sus dimensiones (Altura, Diámetro, Diámetro de rosca y Masa); y la

apertura de ellos busca explorar diferencias internas entre los modelos. Los resultados

de este estudio son mostrados en la Tabla 05.

47

Tabla 05: Modelos y dimensiones de filtros desechados pertenecientes a la marca

Caterpillar; desechados en una semana.

Serial Filtro CAT Descripción Masa (Kg) Dimensiones

L (mm) / D (mm)

1R-0716 Oil Filter 1,6916 307 / 135,8

1R-1808 Oil Filter 1,687 307 / 135,8

1R-0762 Fuel Filter 0,9297 267 / 93,6

130-3212 Hydraulic Oil Filter 0,7891 241,8 / 79,5

1G-8878 Hydraulic Oil Filter 1,3152 239,8 / 97

269-8325 Engine Oil Filter 0,6893 206,7 / 98

1R-0734 Oil Filter 0,6258 136,5 / 93,5

133-5673 Fuel / Water Separator 0,7891 216 / 108


Imágenes de estos filtros expuestos en la tabla se presentan a

continuación en las Figuras 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 y 26:

Filtro de aceite 1R-0716:

(a) (b) (c)

Figura 19: Presentación del filtro 1R-0716 (a), Composición básica del filtro (b), vista

interna del filtro (c).

Fuente: Propia

48


(a) (b) (c)



Fuente: Propia

Filtro de combustible 1R-0762:

(a) (b) (c)



Fuente: Propia

49

Filtro de aceite hidráulico 130-3212:

(a) (b) (c)

Figura 22: Presentación del filtro 130-3212 (a), Composición básica del filtro (b),

vista interna del filtro (c).

Fuente: Propia

Filtro de aceite hidráulico 1G-8878:

(a) (b) (c)

Figura 23: Presentación del filtro 1G-8878 (a), Composición básica del filtro (b),


Fuente: Propia

50

Filtro de aceite de motor 269-8325:

(a) (b) (c)

Figura 24: Presentación del filtro 269-8325 (a), Composición básica del filtro (b),


Fuente: Propia


(a) (b) (c)



Fuente: Propia

51

Separador de agua / aceite 133-5673:

(a) (b)

Figura 26: Presentación del filtro 133-5673 (a), Composición básica del filtro (b).

Fuente: Propia

5.2 Evaluar las soluciones.

Documentaremos con la Figura 27 la forma como se almacenan los filtros

descartados:

Figura 27: Condiciones en las que se almacenan temporalmente los filtros

descartados.

Fuente: Propia

52

La políticas de seguridad industrial y control de contaminación de la empresa

buscan que estos componentes descartados se almacenen en barriles en buen estado,

que no permita la fuga de fluidos al ambiente externo; sean apartados del taller y se

mantengan cubiertos en un lugar seco, lejos de la exposición al sol y la lluvia. Todas

las condiciones de seguridad antes mencionadas son aplicadas como se aprecia en la

Figura 27, sin embargo, no soluciona la inquietud de la empresa de aprovechar los

materiales reciclables (aluminio y metal ferroso) de los filtros.

5.3 Propuesta de soluciones.

5.3.1 Criterios para el diseño de posibles soluciones.

5.3.1.1 Funciones principales

Separar el Hierro Ferroso y el Aluminio del filtro

Extraer el fluido contenido en el elemento filtrante interno.

Con la ayuda de los integrantes del departamento de Servicio, y el

Departamento de Control de Contaminación, conjuntamente con los operarios, se

realizaron reuniones, donde se tomaron en cuenta las posibles soluciones reflejadas,

destacando las más viables, alimentando puntos que debe cumplir el sistema que

tratará los filtros retirados.

Gracias a la participación del personal del departamento de control de

contaminación y de los integrantes de servicio y mantenimiento mecánico, fue

posible crear una buena base fundamental para generar soluciones variadas.

Se realizaron los estudios para la generación de posibles soluciones para cada una de

las funciones que se esperaba del sistema final. Fue separado en 2 categorías:

Propuesta de apertura de filtro.

Propuesta de extracción de fluidos.

53

Compactadora de elementos filtrantes (diseño generado por MachineShop,

Barquisimeto: En reuniones con los integrantes de Diseño y los integrantes de

Control de Contaminación, comentaron la posibilidad de aprovechar un previo diseño

de una compactadora individual de Filtros (Figura 28), este diseño fue realizado en la

sucursal de Venequip S. A de Barquisimeto MachineShop; en estudio, consta de un

cilindro hidráulico que reduce las dimensiones de los filtros por completo, es decir,

compacta los componentes incluyendo Aluminio y Metal Ferroso, y es capaz de

drenar un alto porcentaje de fluidos contenidos en ellos.

Figura 28: Compactadora fabricada en MachineShop, Barquisimeto.


Aun cuando no se aprovecha de ninguna forma los metales de los filtros, la idea

de una compactadora no era descartada por su alta eficacia para retirar el aceite y

combustible de la celulosa, por lo que se elaboró una posible solución de una

compactadora similar (Figura 29) pero con una cabina de compactado más amplia,

que permitiría la reducción de volumen de más elementos internos filtrantes, ya que

el componente más resistente y resulta difícil de compactar es la coraza externa

debido a su estructura cilíndrica.

54

Figura 29: Posible solución de compactadora de elementos internos filtrantes.

Fuente: Propia

5.3.2 Tormenta de ideas de posibles alternativas

5.3.2.1 Propuestas de diseño para apertura de filtro.

Cortador eléctrico de filtros, vertical (PS1):

Figura 30: Propuesta de una cortadora eléctrica, vertical (Vista Isométrica).

Fuente: Propia

Este diseño (Figura 30) posiciona el filtro de forma vertical, permite que el

corte del filtro sea más rápido en comparación al Cortador de Filtros Manual de la

Figura 15.

55

Figura 31:Propuesta de una cortadora eléctrica vertical (Vista Derecha)

Fuente: Propia

En este dispositivo (Figura 30 y Figura 31) el filtro se posiciona de manera

vertical entre las prensas (1 y 6), con la tapa de aluminio en contacto con la prensa

inferior (1), la altura puede ser ajustada por medio de una la manilla (5), el corte es

ejecutado por un porta cuchilla (3); el contacto entre la cuchilla (2) y el filtro ocasiona

el desgaste del material del componente y finalmente, el filtro se abre.

Recursos Heurísticos: Analogía de un abrelatas eléctrico (Figura 32).

Figura 32: Abrelatas eléctrico


56

Cortador eléctrico de filtros horizontal (PS2):

Figura 33: Propuesta de una cortadora eléctrica horizontal (Vista Isométrica).

Fuente: Propia

Figura 34: Propuesta de una cortadora eléctrica de corte horizontal (Vista

Lateral).

Fuente: Propia

Con este diseño (Figura 34) se prevé que permitirá el corte de los filtros de una

manera más rápida, eliminando la tarea manual de generar las revoluciones necesarias

para el corte esperado por el Cortador de Filtros mostrado en la Figura 5.9.

El filtro se posiciona de manera horizontal entre la prensa (2) y la guía (3), el

mango (1) mueve la prensa (2), y presiona el filtro, es esa forma el filtro es fijado por

57

los contactos (3 y 8 en la Figura 33); la guía (3) está alimentada por un motor de baja

revolución que se enciende por un interruptor (6), lo que posibilita el movimiento

rotatorio necesario para que al entrar en contacto con la cuchilla (6 en la Figura 34)

adaptado a la base (5) cuyo movimiento vertical gracias al giro de la manilla (7);

desbaste el material y finalmente, abra el componente.

Recursos Heurísticos: Inversión del posicionamiento del filtro (Vertical a

Horizontal) de la propuesta referida en las Figuras 30 y 31.

Cortador eléctrico de filtros, vertical con sujeción horizontal (PS3):


horizontal (Vista Isométrica)

Fuente: Propia

58


horizontal (Vista Superior)

Fuente: Propia

Esta propuesta es la que guarda más características similares al Cortador de

Filtros manual (Figura 15), el movimiento rotatorio necesario para que las cuchillas

puedan cortar alrededor del filtro se logra gracias a un motor de baja revolución, este

movimiento pasa a través de una pequeña caja de transmisión de potencia y alimenta

los rodillos guías, el aproximamiento del porta cuchillas genera finalmente el proceso

de corte esperado para abrir el filtro.

Se incorporó también la idea de la instalación de una lámina de acero ponchada

en la base de esta propuesta para permitir que los filtros recién retirados puedan

drenarse previamente con ayuda de la fuerza de la gravedad, antes de ser destapados.

Esto promueve una zona de trabajo ideal y limpia.

59

Figura 37: Posicionamiento del filtro en propuesta de una cortadora eléctrica de

corte horizontal y sujeción horizontal (Vista Isométrica)

Fuente: Propia

Figura 38: Posicionamiento del filtro en propuesta de una cortadora eléctrica de

corte horizontal y sujeción horizontal (Vista Superior)

Fuente: Propia

Recursos Heurísticos: Inversión del método de sujeción del filtro (de vertical a

horizontal) de la propuesta observada en las Figuras 30 y 31.

Con la finalidad de seleccionar las mejores posibles soluciones es necesario

determinar los Criterios y Restricciones que determinaran en general las diferencias

entre estas propuestas y buscar el equipo más ideal para el objetivo esperado.

60

5.3.2.2 Propuesta de extracción de fluidos.

Centrifugadora de filtros (PS1):

Esta propuesta (Figura 39) sugiere sujetar el filtro por medio de unas tenazas a

presión y centrifugarlo a alta velocidad, la fuerza centrípeta generada en el filtro sería

suficiente para que el fluido contenido en la celulosa sea expulsada de la misma, sin

necesidad de reducir su volumen.

(a) (b)

Figura 39: Propuesta de una centrifugadora de filtros; (a) Vista Isométrica; (b) (Vista

Frontal

Fuente: Propia

Recursos Heurísticos: Analogía de una lavadora centrifuga (Figura 40), se

busca una idea similar al sistema de centrifugado de prendas de vestir usado en

lavadoras comerciales, donde las altas revoluciones por minuto hace posible separar

el agua en exceso de las prendas lavadas.

61

Figura 40: Lavadora cotidiana con sistema centrifugo


Compactadora con múltiples cilindros hidráulicos (PS2):

(a) (b)

Figura 41: Propuesta compactadora de múltiples cilindros; (a) Vista Isométrica; (b)

(Vista Frontal)

Fuente: Propia

Este planteamiento de diseño, busca usar una determinada cantidad de cilindros

hidráulicos (en este caso 4 o 2) como filtros se deseen compactar al mismo tiempo,

estos cilindros reposan en la estructura superior del armazón de la compactadora.

62

Compactadora de único cilindro hidráulico de estructura rectangular

(PS3):

Consta del uso de un cilindro hidráulico, para compactar varios elementos

filtrantes y la adaptación de una plancha o lámina con el fin de maximizar el área de

compactación, todo esto sujeto a una estructura rectangular conformada por láminas

soldadas. (Figura 42)

(a) (b)


cilindro hidráulico; (a) Vista Isométrica; (b) (Vista Frontal)

Fuente: Propia

Recursos Heurísticos: Inversión de la cantidad de cilindros empleados en el

diseño, fue transformado de muchos cilindros (Figura 41) a pocos, en este caso a un

único cilindro hidráulico.

Compactadora de único cilindro hidráulico de estructura cilíndrica

(PS4):

Consta del uso de un cilindro hidráulico, para compactar varios elementos

filtrantes y la adaptación de una plancha o lámina con el fin de maximizar el área de

compactación, todo esto sujeto a una estructura cilíndrica conformada por una tubería

de acero lo suficientemente grande como para amparar el sistema. (Figura 43)

63

(a) (b)

Figura 43: Propuesta de una compactadora de estructura cilíndrica con único cilindro

hidráulico; (a) Vista Isométrica; (b) (Vista Frontal

Fuente: Propia

5.4 Criterio de evaluación y escogencia de la propuesta.

5.4.1 Listado de criterios y restricciones:

Se listaran las Restricciones del diseño y los Criterios que deben tener las

posibles soluciones, con ello se buscaran:

Eliminar formulaciones inconsistentes con definición operativa de problema

de diseño mecánico.

Seleccionar formulaciones que mejor concuerde con la situación

problemática.

5.4.1.1 Criterios y restricciones a propuestas de diseño para apertura de filtro

Lista de Restricciones

Sujeción del filtro sin usar tornillo a presión (R1).

Movimiento de rotación generado por motor (R2).

Edad del usuario entre 18 y 50 años (R3).

Posicionamiento del filtro de forma vertical (R4).

64

Lista de Criterios

Mayor confiabilidad funcional (C1).

Mayor facilidad de sujeción de filtro para su apertura (C2).

Menor interacción manual (C3).

Menor tiempo de corte (C4).

Aplicación de restricciones a posibles soluciones:

Tabla 06: Aplicación de Restricciones a posibles soluciones de cortadora de

filtros

(PS)1 (PS)2 (PS)3

R1 NO NO SI

R2 SI SI SI

R3 SI SI SI

R4 SI NO SI

Fuente: Propia

PS3 se convierte en este caso en la solución 3, y en la solución definitiva para el

sistema de apertura de filtros oleohidráulicos Figura 44.


horizontal (Vista Isométrica)

Fuente: Propia

65

5.4.1.2 Criterios y restricciones a propuestas de diseño para la compactadora de

filtro

Lista de Restricciones

El sistema debe reducir únicamente las dimensiones del elemento filtrante

(componente interno) (R1).

Estructura de la mesa construida con vigas de perfil “U” (R2).

No debe emplear más de un cilindro hidráulico (R3).

Altura del sistema no mayor a 2 metros (R4).

Lista de Criterios

Menor costo de fabricación (C1).

Mayor facilidad de construcción (C2).

Mayor extracción de fluidos (C3).

Mayor confiabilidad funcional (C4).

Menor interacción manual (C5).

Aplicación de restricciones a probables soluciones:

Tabla 07: Aplicación de restricciones a posibles soluciones para compactadora de

filtros

(PS)1 (PS)2 (PS)3 (PS)4

R1 NO SI SI SI

R2 SI SI SI SI

R3 SI NO SI SI

R4 SI SI SI SI

R5 SI SI SI SI

Fuente: Propia

66

PS3 y PS4 se convierten las respectivas soluciones S1 y S2 del sistema,

para determinar cuál de los dos es el más apto para su aplicación, se procede a aplicar

la Ponderación de Criterios.

Tabla 08: Ponderación de criterios.

C1 C2 C3 C4 C5 No. de Veces PCX

C1

4 5

C2 C1 3 4

C3 C1 C2 2 3

C4 C1 C2 C3 0 1

C5 C1 C2 C3 C5 1 2

Orden

Import 1ro. 2do. 3ro. 5to. 4to.

Fuente: Propia

Analizando el cuadro anterior, se determinó que el criterio uno es el de mayor

importancia, el cual especifica Menor costo de Fabricación.

Ponderación de soluciones respecto a cada criterio

Ponderación de soluciones con respecto a criterio C1:

Tabla 09: Ponderación de soluciones con respecto a criterio C1

C1 S1 S2 No. de Veces PX1 = N

S1 0 P11 = 1

S2 S2

1 P21 = 2

Orden aceptac. 2do. 1er.

Fuente: Propia

67




S1 1 P12 = 2

S2 S1

0 P22 = 1

Orden aceptac. 1er. 2do.

Fuente: Propia




S1 1 P13 = 2

S2 S1

0 P23 = 1


Fuente: Propia

68




S1 1 P14 = 2

S2 S1

0 P24 = 1


Fuente: Propia




S1 0 P15 = 1

S2 S2

1 P25 = 2

Orden aceptac. 2do. 1er.

Fuente: Propia

69

Ponderación final:

Tabla 14: Ponderación final de criterios

PCX P1X PCX.P1X P2X PCX.P2X

PC1 P11 5 P21 10

PC2 P12 8 P22 4

PC3 P13 6 P23 3

PC4 P14 2 P24 1

PC5 P15 2 P25 4

∑(PCX.P1X) = 23 ∑(PCX.P2X) = 22

Fuente: Propia

La Solución S1 se convierte en este caso en la solución definitiva y se aplicara

en el diseño de la compactadora de filtros oleohidráulicos de este proyecto Figura 45.

(a) (b)


cilindro hidráulico; (a) Vista Isométrica; (b) (Vista Frontal).

Fuente: Propia

5.5 Diseño estructural de la propuesta.

70

Partiendo de las Figuras 44 y 45 se buscó integrar ambas soluciones para

establecer el diseño final de una estación de reciclaje de 2 etapas, Etapa de Corte y

Etapa de Compactado.

Figura 46: Diseño final de la estación de reciclaje

Fuente: Propia

Durante la generación del diseño final se simplificaron algunos componentes, y

se buscó eliminar las deficiencias de algunas piezas. También se dieron dimensiones

más reales y ergonómicas. El cuerpo estructural, planchas de drenaje, revestimientos

de acero, tanque de desagüe, tanque de aceite hidráulico y partes del sistema de corte

fueron establecidos, dimensionados e integrados a la bancada de trabajo.

El cuerpo estructural Figura 48 fue digitalizado con perfiles UPN de Acero

A36, es un perfil común en grandes talleres lo que disminuye dificultades de

construcción por ser un elemento de fácil alcance para la empresa.

71

Figura 47: Diseño final de la estación de reciclaje

Fuente: Propia

Figura 48: Cuerpo estructural de la estación de reciclaje

Fuente: Propia

72

La estructura de la compactadora se reforzó y se integró directamente al cuerpo

estructural, dejando los esfuerzos requeridos a los perfiles seleccionados ya que

resisten grandes cargas y son duraderos.

Figura 49: Vista frontal del diseño final de la estación de compactado

Fuente: Propia

Figura 50: Plancha compactadora

Fuente: Propia

73

Como se aprecia en la Figura 50, fue reforzada la placa compactadora que

constaba de una lámina, este diseño es considerado mucho más resistente y robusto,

ideal para el trabajo a realizar. Por otro lado, fue agregada a la compuerta una mirilla

opcional, en la ranura apreciada en la Figura anterior se podría adaptar una lámina

plástica transparente de alta resistencia para poder visualizar de manera segura el

proceso.

Con respecto al sistema de corte, fue reducida la caja protectora de transmisión

de potencia y las partes fueron simplificadas en su mayoría (Figura 51).

Figura 51: Sistema de corte de filtros final

Fuente: Propia

5.6 Calcular los elementos constitutivos de la estación de reciclaje.

5.6.1 Máximo esfuerzo soportado por el elemento filtrante a compactar.

Es necesario partir del esfuerzo necesario para compactar los elementos

filtrantes, de allí depende que se pueda seleccionar debidamente los accesorios y

elementos constitutivos de la compactadora. Para este estudio se tomara como

74

probeta el elemento filtrante perteneciente al modelo 1R-0716 ya que posee mayores

dimensiones con respecto a los demás filtros estudiados (Tabla 5) con las

dimensiones internas de la probeta se generará un modelo en el software de diseño de

ingeniería “SolidWorks” versión 2012 y se le aplicaran distintas fuerzas hasta resultar

que la probeta falle.

Datos:

Dimensiones de la probeta: Diámetro 3,5 cm; Espesor 0,5 cm; Altura 30 cm

Material: Aluminio 1100

Resultados:

Se probaron distintas cargas sobre la probeta en el programa CAD/CAE, para

establecer la presión necesaria para vencer el limite elástico del filtro. La probeta

posee un material cuyo límite elástico es de 122 MPa, sin embargo la idea no es

solamente vencerlo si no aplicar una fuerza suficiente no solo para deformarlo

temporalmente si no para deducir al máximo sus dimensiones; el estudio arrojo el

siguiente resultado:

P = 10.000 N, Fuerza necesaria para vencer el limite elástico de la probeta

según el Programa Solidworks.

La presión generada vence el limite elástico de 122 MPa del cilindro como se

observa en la Figura 52; y este empieza a ceder, por lo tanto, la fuerza aplicada es

suficiente para compactar el material.

75

Figura 52: Análisis de Esfuerzo de la probeta

(Fuente: Propia)

Una vez determinada la carga que se aplicará en el sistema es posible diseñar y

estudiar las piezas más críticas que conformaran la estación de trabajo.

5.6.2 Esfuerzo soportado por las barras de acero.

Las barras esta ubicadas en la base de la estructura compactadora las sujeciones

serán en los extremos y tendrán la función de soportar la carga de 10.000 N y permitir

el paso del fluido contenido en los filtros.

Figura 53: Ubicación de la barras de acero

Fuente: Propia

76

5.6.1.1 Análisis de esfuerzo.

Datos:

Se le agregaron dimensiones y características a la pieza tales como:

Diámetro: 1 pulgada.

Longitud: 238,2 mm.

Material: Acero A36.

Resultados:

Diferente al caso anterior se le aplicó directamente una carga de 10.000 N, ya

que es la fuerza que se aplicaran a los filtros. Por medio de Solidworks se determinó

que el límite elástico del Acero es de 250 MPa, con la carga aplicada se genera un

esfuerzo máximo de compresión de 96,498 MPa cifra menor con respecto al límite

elástico del material; este resultado establece que la barra de Acero no fallará ante la

fuerza aplicada de 10.000 N. También el análisis precisa el factor de seguridad de la

pieza, resultando un valor de 2,59.

Figura 54: Análisis de esfuerzo de la barra de Acero A36

Fuente: Propia

77

Figura 55: Factor de seguridad de la pieza

Fuente: Propia

5.6.3 Esfuerzo soportado por la viga principal de la plancha compactadora.

La viga conforma el corazón de la plancha compactadora, bajo ella se disponen

4 vigas perpendiculares para mayor resistencia (Figura 56), se debe estudiar la

naturaleza de la viga al aplicar una carga de 10.000 N.

Figura 56: Ubicación de la plancha compactadora

Fuente: Propia


Datos:

Se le agregaron dimensiones y características a la pieza tales como:

Tipo de viga: UPN 80 (Perfil en U) (véase Apéndice A).

78

Longitud: 390 mm.


Resultados:

Se proporcionó una carga de 10.000 N al perfil superior donde el cilindro

hidráulico estará ubicado y se demarcaron las sujeciones correspondientes a las vigas

inferiores que sostendrán la viga estudiada. Solidworks determinó que el límite

elástico del Acero es de 250 MPa, y con la carga aplicada se genera un esfuerzo

máximo de compresión de 21,63 MPa cifra menor al límite elástico del material; este

resultado concluye que la Viga de Acero no fallará ante la fuerza aplicada de 10.000

N. También el análisis precisa el factor de seguridad de la pieza, resultando un valor

de 11.

Figura 57: Análisis de esfuerzo de la viga de Acero A36

(Fuente: Propia)

79

Figura 58: Factor de seguridad de la viga

Fuente: Propia

5.6.4 Esfuerzo soportado por la placa soporte del cilindro hidráulico.

La placa a estudiar soportará el peso del cilindro hidráulico, sin embargo debe

soportar también la carga de tracción generada por el mismo componente ya que al

compactar los materiales el cilindro producirá una fuerza de tracción sobre la pieza, el

objetivo del estudio es establecer el nivel de resistencia del material y reforzar el

diseño si es el caso. La carga será de 10.000 N. La placa se ubicará en la región

superior de la estación de compactado como se ve en la Figura 59.

Figura 59: Ubicación de la placa soporte (corte transversal de la compactadora)

Fuente: Propia

80

Figura 60: Comportamiento de la pieza con respecto a la fuerza aplicada

Fuente: Propia


Datos:

Se le agregaron características a la pieza tales como:


Resultados:

Como se aprecia en la Figura 60 el material es sometido a fuerzas de tracción

sin embargo el material no llega a ceder como se aprecia en la misma Figura debido a

que la carga de tracción aplicada no vence el límite elástico del material, por lo que se

determina que este componente resistirá al trabajo requerido. Este diseño cuenta con

un factor de seguridad mínimo de 2,54 (Figura 60).

81

Figura 61: Factor de seguridad de la pieza

Fuente: Propia

5.6.5 Esfuerzo soportado por la plancha perforada de la compactadora.

La plancha deberá soportar la carga aplicada y a su vez deberá servir para que

el fluido de los filtros escurra a través de él, alojándose en el tanque inferior de la

bancada de trabajo. La sujeción se estableció en superficie de contacto con la mesa

compactadora y las barras de soporte antes estudiadas. La carga que será de 10.000 N

afectara la zona demarcada para su análisis. La plancha se ubicará como se ve en la

Figura 62.

Figura 62: Ubicación de la plancha perforada

Fuente: Propia

82


Datos:

Se le agregaron características a la pieza tal como:


Resultados:

Como se aprecia en la Figura 63 el material es sometido a fuerzas de

compresión simple sin embargo el material no llega a ceder como se aprecia en la

misma Figura debido a que la carga de tracción aplicada no vence el límite elástico

del material, por lo que se determina que este componente resistirá al trabajo

requerido. Este diseño cuenta con un factor de seguridad mínimo de 1.008,03 (Figura

64).

Figura 63: comportamiento de la pieza con respecto a la fuerza aplicada

Fuente: Propia

83

Figura 64: Factor de seguridad de la plancha

Fuente: Propia

5.7 Selección de los accesorios complementarios para el funcionamiento de la

estación de trabajo.

5.7.1 Diseño del circuito hidráulico.

Se elaboró un esquema (Figura 65) del sistema hidráulico; se calculó y

seleccionó cada uno de sus componentes. En los cálculos del sistema hidráulico se

hizo un diseño completo de los cilindros, se determinó el caudal de la bomba, la

potencia del motor y se realizó la selección de los accesorios correspondientes al

sistema.

5.7.1.1 Diseño del cilindro hidráulico.

a. Cálculo del vástago:

dv = diámetro del vástago (25,4 mm) seleccionado por catálogo del apéndice B

Lvas = carrera del cilindro (400 mm) se establece como medida prudente para

compactar filtros de grandes dimensiones.

Lp = longitud del pistón (20 mm) tomado del catálogo del apéndice B

L= longitud total (vástago + pistón) (420 mm).

84

Figura 65: Esquema básico del circuito hidráulico a) Deposito de Aceite, b) Mini

bomba de pistones, c) Motor Eléctrico, d) Válvula de seguridad, e) Válvula

direccional de 4 vías, f) Cilindro de doble efecto,

g) Válvula de control de caudal, h) Filtro.

Fuente: Propia

Tomando en cuenta la longitud del cilindro

Lp = Longitud de pandeo

Según D. Tassoni la esbeltez del elemento debe ser

(RG = radio de giro de la superficie en mm) para ser considerado no corto y

85

tratarlo por las teorías de Leonhard Euler (1,744) o de J.B Johnson (1.908), citados en

el texto Elemento de Maquinas I de D. Tassoni.

, siendo I = momento de inercia de la sección transversal (mm

4) y A=

área de la sección (mm2).

Debido a que el coeficiente de esbeltez es menor a 20, se diseñara al vástago a

compresión simple:

Siendo:

= Esfuerzo de trabajo a compresión (N/mm2).

= Esfuerzo admisible de diseño (N/mm2).

= Esfuerzo de fluencia del vástago (N/mm2).

Carga de diseño = 10.000 N

86

El material recomendado por los fabricantes es un acero SPS – 245 cromo

níquel (AISI 4340) con un Sy = 73,81 Kgf/mm2 (723,829 MPa), los factores de

seguridad según M. Molina (1.979), deben estar en un rango de 2,5 a 3,5 para

contacto moderado, asumiendo N = 3,5 se tiene:

Luego cumple con la condición de diseño, y el diámetro del vástago es

.

b. Diámetro externo del cilindro: D

Si se selecciona un diámetro externo de D = 76,2 mm (3”) entonces,

con una presión de trabajo de:

c. Diámetro interior del cilindro: d

Utilizando la fórmula de Bach

Se selecciona un acero AISI C1035 (mandrilado y bruñido) con Su = 6’

Kgf/mm2 (588,399 MPa), y como M-Molina sugiere un factor de seguridad N entre 5

y 7, utilizando N = 6 se tiene:

87

d. Características del cilindro hidráulico.

Internas:

Diámetro del vástago: dv = 25,4 mm

Diámetro interior del cilindro: d = 74,75 mm

Diámetro exterior del cilindro D = 76,2 mm

Externas:

Del catálogo de Roemheld (ver apéndice B) se selecciona un cilindro hidráulico

de doble efecto referencia 1295-11-0400, en este catálogo se puede extraer las

dimensiones externas restantes para su pedido.

5.7.1.2 Cálculo del caudal de la bomba.

Se establece la velocidad del cilindro arbitrariamente, teniendo en cuenta que

este dato sea moderado para que el proceso de compactación se realice de forma

segura y eficiente, es por ello que la velocidad establecida será de 20 mm/s.

El caudal

Siendo:

S = Sección de la cámara de avance o retroceso (cm2)

V = Velocidad de translación del vástago (m/s)

88

a. Características de la bomba:

Mini Bomba de Pistones.

Caudal Q: 1,4 GPM

Rango de Presión: 0 – 1000 psi.

Rango de Velocidad: 0 – 1725 rpm

Del catálogo de HYPRO, se dispone de una Mini bomba de pistones modelo

5321C ver apéndice C.

b. Potencia hidráulica de la bomba:

A la salida

con Q en (l/min) y P en (bar)

Si se considera una eficiencia de la bomba la potencia a la entrada

de la bomba es:

Se tiene en cuenta una eficiencia del motor la potencia necesaria

del motor que acciona la bomba es

Conocida la potencia en Kw que exige el motor, se selecciona un motor que

este más cercano a los HP requeridos. En el catálogo de motores marca SIEMENS

(Apéndice D) se escoge un motor monofásico Modelo 145-TC de 1HP y 1200 rpm,

cerrado con ventilación exterior.

c. Dimensiones del depósito de aceite.

En la Figura 66 se observa el depósito diseñado, se escogió un acero 1020 de

3,175 mm de espesor, se considera que el depósito debe ser tres veces la capacidad de

89

la bomba, en otras palabras, , de esta forma la capacidad del depósito

resulta:

.

Figura 66: Depósito de aceite diseñado

(Fuente: Propia)

5.7.1.3 Calculo de diámetro de la tubería.

a. Velocidades recomendadas:

En la línea de presión: 2 a 5 m/s

En la línea de succión: 0,6 a 1,2 m/s

b. Tubería de succión.

Q = del manual de la bomba.

V = 0,9 m/s ~ 90 cm/s

90

Del apéndice E se selecciona un tubo Schedule 40 con diámetro nominal de

5/8” (15,875 mm).

c. Tubería Bomba - distribución general.

V = 10 ft/s (3,048 m/s)

Q = 1,4 GPM (5,299 l/min)

Con Q y V se entra en la figura del Apendice F y se tiene que:

A = (29,03 mm2)

Del Apéndice E se selecciona un tubo Schedule 40 con diámetro nominal de

.

Luego:

Con A y Q, en la figura del Apéndice F, se tiene que:

V = 9,4 ft/s (2,8651 m/s) en el rango recomendado.

d. Calculo de velocidad máxima de retorno de los cilindros (VR).

Con 1,4 G.P.M (5,299 l/min) y

Con D= Diámetro interior del cilindro = 74,75 mm (2,9429”)

con dv = Diámetro del vástago = 25,4 mm (1”).

El caudal de retorno será:

91

Con y en

Apéndice F se obtiene V = 12 ft/s (3,6576 m/s). La velocidad está dentro del rango

recomendado.

e. Selección de fluido.

El grado de viscosidad máximo es 860 cSt (3913 SSU) y la Mini Bomba opera

entre 14 – 68 cSt (63,7 – 309,4 SSU), ver Apéndice C. De la Tabla de lubricantes de

PDVSA se selecciona el aceite Hidralub AW que posee 22 cSt (100,1 SSU) a 40°C.

5.7.1.4 Selección de la válvula de seguridad.

Para todo sistema hidráulico se conecta una válvula de seguridad o válvula de

presión, entre la línea de presión, a la salida de la bomba, y el deposito; su trabajo es

limitar la presión del sistema hasta un valor máximo predeterminado mediante la

derivación de parte o todo el caudal de la bomba al tanque, cuando se alcanza el

ajuste de presión de la válvula.

Parámetros de selección:

Diámetro de tubería = 3/8” (9,252 mm)

Presión máxima de trabajo 1000 psi (68,9473 bar) (6,894 MPa)

Del catálogo VICKERS de Válvulas de Seguridad para Mini Bombas de

Pistones del Apéndice H se selecciona el Modelo CT03B-40.

5.7.1.5 Selección de válvula direccional.

Las válvulas direccionales controlan la dirección del caudal. El circuito

hidráulico tiene una válvula direccional de 4 vías accionada eléctricamente, mediante

un solenoide.

La energía eléctrica aplicada a la bobina del solenoide original un campo

magnético que atrae el núcleo del imán dentro de la bobina. El movimiento del núcleo

es transmitido a la corredera mediante una varilla empujadora.

92


Diámetro de tubería 3/8” (9,252 mm).

Presión máxima de trabajo 1000 psi (68,9473 bar) (6,8947 MPa).

Caudal máximo 1,4 GPM (5,299 L/min).

Del catálogo Rexroth Bosch Group de Válvulas de Direccionales del Apéndice

I se selecciona la Válvula 4WE103X/CW230N9K4.

5.7.1.6 Selección de la válvula de control de caudal.

Las válvulas reguladoras de caudal, se usan para variar la velocidad de

desplazamiento de los actuadores (para nuestro caso un cilindro hidráulico),

regulando el caudal de entrada.





Del catálogo Rexroth Bosch Group de Válvulas reguladoras de Caudal del

Apéndice J se selecciona la Válvula 2FRM6A36-3X/1,5QRV.

5.7.1.7 Selección de filtro de succión.

El elemento filtrante es el componente más importante del sistema "FILTRO"

en vista de la disponibilidad y la protección contra el desgaste de la instalación.

Parámetros de selección.




Del catálogo Rexroth Bosch Group de Filtro de cartucho reemplazable del

Apéndice K se selecciona el filtro 50SLS 30/20 P-S003A-R0M00.

93

5.7.2 Máximo esfuerzo soportado por la carcasa del filtro a cortar.

De la misma forma que el límite elástico fue necesario para iniciar los cálculos

del sistema de compactado, es importante saber el esfuerzo de fluencia de la coraza

externa del filtro, de este sistema depende que pueda compactarse con mayor

facilidad el elemento filtrante interno.

Para este estudio se tomará como probeta una muestra de la carcasa del filtro

perteneciente al modelo 1G-1808 (Figura 20) ya que posee mayores dimensiones con

respecto a los demás filtros estudiados (Tabla 5), este filtro fue destapado con el torno

mecánico ubicado en el CEINT de la Universidad “José Antonio Páez” (Figura 67), la

muestra fue preparada para la aplicación del ensayo Mecánico de Dureza Vickers; la

superficie de la probeta fue lijada como se especifica para este tipo de ensayos

(Figura 68); hasta quedar exenta de cuerpos extraños, aceites, grasas, óxidos, etc. La

pieza se apoyó sobre el soporte del Durómetro (Figura 69) y se procedió a ensayar la

pieza. El procedimiento dictado para este ensayo fue hecho las veces necesarias

recorriendo distintos puntos de la probeta, resultando los datos presentados en la

Tabla 15:

Figura 67: Uso del torno mecánico del CEINT (UJAP) para el destapado de filtro

Fuente: Prof. Luis Sidorovas

94

Figura 68: Muestra extraída de la carcasa del filtro

Fuente: Propia

Figura 69: Durómetro para ensayos de dureza

Fuente: Propia

95

Tabla 15: Resultados del ensayo de dureza vickers.

N° de Ensayo D1 D2 HV

1 53,1 52,6 199,2

2 53,5 51,7 201,1

3 52,7 55,8 189

4 55 51,4 196,6

5 53,2 54,7 191,1 Fuente: Propia

Los valores obtenidos de dureza Vickers (HV) de los ensayos, son promediados

resultando se esta forma:

El resultado obtenido del Ensayo Vickers fue de 195 HV lo que establece que el

material de la coraza de los filtros pertenece a un Acero 1040.

Con el resultado obtenido del Ensayo Vickers se calcula el esfuerzo de fluencia

Sy:

Esta relación es tomada de la publicación de Datsko, J., en Materiales en

Diseño y Manufactura, J. Datsko Consultants, Ann Arbor, Michigan (1978), y Guía

Estándar de Diseño de Máquinas, McGraw-Hill Book Company, New York, 1996,

que establece:

Cabe destacar que el microdurómetro nos arrojara valores en HV pero

apoyándonos en el Harness Conversion Tables ASTM E140 que nos establece que:

HB = HV

De modo que:

96

Según Von-Mises:

Fuerza de corte, es cuando un material es sometido a una carga de corte puro o

cizallamiento la relación entre el esfuerzo de corte dividida para el área se conoce

como Esfuerzo de corte:

5.7.3 Potencia del motor requerida para mover la carga.

5.7.3.1 Potencia lineal.

Dónde:

= Fuerza para mover el cilindro

= Fuerza de Fricción

97

= Velocidad tangencial del cilindro

Para obtener la potencia lineal, se calcula la velocidad tangencial a la que se

debe mover el cilindro, luego se determina la fuerza requerida para mover el cilindro

según sus dimensiones, y finalmente se calcula la fuerza de fricción que se debe

vencer; para después sustituir todos estos valores en la ecuación de Potencia

Requerida.

a. Velocidad tangencial.

= Velocidad de giro del cilindro

= radio del cilindro

Conociendo la velocidad de giro del cilindro, y el radio del mismo se calcula la

velocidad tangencial (VC)

Velocidad de giro =

Radio del filtro (más grande) = 0,0679 m

b. Fuerza para mover el cilindro.

Según catálogos de la Caterpillar el peso del filtro que se usara para este estudio

tiene una masa de:

98

Considerando que el motor va a vencer una baja inercia, se toma como tiempo

de estabilización del motor t = 2 s, según datos aportados por los fabricantes.

Sustituyendo el valor de la masa mc y de la aceleración a en la ecuación de la

Fcil

La fuerza de fricción Ff se debe a la resistencia que oponen los dos materiales

en contacto a cambiar su posición relativa, y depende de la fuerza de corte Fc y la

inercia de masa del cilindro. Sin embargo en el caso de estudio, la fricción debida a la

inercia no será considerada por no ser apreciable, así que sólo se tomará en cuenta la

componente de la fuerza de corte, la cual es la principal para este caso.

5.7.3.2 Potencia rotacional.

Dónde:

ω: Velocidad angular.

T: Momento torsor.

a. Momento torsor.

99

Dónde:

ICILINDRO: Inercia de masa del cilindro.

α: Aceleración angular.

Para hallar la inercia, se utiliza la fórmula de inercia para un cilindro hueco, que

indica lo siguiente:

100

5.7.3.3 Selección del motor para el sistema cortador de filtros.

Utilizando el catálogo de motores marca SIEMENS referido anteriormente en el

Apéndice D se escoge un motor que cumpla con las características obtenidas de los

cálculos.


Potencia: ½ HP.

Velocidad de giro: 50 RPM.

Se escoge un motor monofásico Modelo 143-TC de ½ HP y 900 rpm, cerrado

con ventilación exterior.

Ya que las RPM del motor seleccionado no cumplen con los parámetros de

selección, se hizo la selección de un variador de frecuencia respetando las

características del motor seleccionado; como es referido en el Apéndice L, el variador

de frecuencia pertenece a la marca INVERTEK Drives del modelo ODP-12005-USA.

Tomando en cuenta el diseño de la caja de transmisión de potencia y al uso

requerido, no se calculan las perdidas ofrecidas por engranajes ya que la potencia

requerida es muy poca y las RPM son bajas. Tomando como guía los planos

generados se puede usar una poca cantidad de engranajes para surtir la caja de

transmisión, con componentes existentes en Stock del taller.

101

CONCLUSIONES

El procedimiento para desechar los filtros oleohidráulicos usado en la

empresa, se aleja de los parámetros buscados en materia de reciclaje, puesto

que no se aprovecha de ninguna forma el material reciclable que brindan estos

componentes.

El método de ponderación de criterios aprendido con el Profesor Nelson

Vilchez como instrumento de selección de soluciones de Diseño en Ingeniería

fue primordial para el desarrollo de las primeras etapas del proyecto.

El uso de herramientas computacionales para la generación de las piezas de la

estación de trabajo, así como para los análisis de esfuerzo necesarios para los

cálculos de selección de accesorios del sistema hidráulico, representó una base

para establecer la confiabilidad de la estación diseñada, este tipo de aplicación

como lo es Solidworks, se convirtió en una herramienta que sirvió de gran

ayuda para la elaboración de este proyecto.

Por el diseño de los elementos, partes y accesorios constitutivos de la estación

de reciclaje de filtros oleohidráulicos, se espera un alto grado de confiabilidad

debido a que las piezas más críticas cuentan con factores de seguridad de 2, 3

y hasta 11, se garantiza que en caso de fabricar el diseño, la compactadora y

demás elementos no fallarán en operación ni rendimiento.

La compactadora tiene la ventaja de operar con elementos filtrantes a la vez,

lo que puede representar una disminución de trabajo con respecto a la

compactadora fabricada en la sucursal MachineShop Barquisimeto.

El diseño del equipo es práctico y utilitario, ahorrando la necesidad de una

prensa hidráulica de grandes dimensiones.

Este diseño puede ser incluido en empresas recicladoras y de transporte de

desechos.

102

RECOMENDACIONES

A razón de educar al futuro profesional en el área, se recomienda la inclusión

de materias que enseñen sobre cálculos de oleohidráulica en el Pensum de

Ingeniería Mecánica.

En caso de su fabricación, el tiempo de vida dependerá directamente de los

siguientes factores:

Uso adecuado: La capacitación del personal que trabajará conjuntamente con

la máquina, asegura su manejo debido, así como el uso del equipo de

seguridad adecuado para el accionamiento de esta estación para evitar

accidentes.

El funcionamiento del sistema hidráulico dependerá de la calidad y

condiciones del aceite usado, por lo que se recomienda verificar su estado y

realizarle un mantenimiento cada 5.000 Horas; consistiría básicamente en

cambio de aceite y cambio de filtro.

No usar cargas elevadas en el sistema hidráulico, podría poner en riesgo la

seguridad del personal y el funcionamiento de la bancada.

No usar el cortador de filtros con RPM mayores a las establecidas, puede

poner en riesgo la seguridad del personal y afectar el sistema.

Establecer un plan de mantenimiento correctivo y preventivo, para asegurar la

vida útil de la máquina.

103

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Científica, Caracas; Episteme.

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104

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Wikipedia, Términos básicos. Disponible: http://es.wikipedia.org.

APÉNDICE

106

APÉNDICE A: Perfiles de vigas UPN

107

APÉNDICE B: Catalogo cilindros hidráulicos

108

APÉNDICE C: Mini bomba de pistón

109

APÉNDICE D: Motor eléctrico

110

APÉNDICE E: Tuberías

111

APÉNDICE F: Nomograma

112

APÉNDICE G: Aceite hidráulico Hidralub-AW

113

APÉNDICE H: Válvula de seguridad

114

APÉNDICE I: Válvula direccional

115

APÉNDICE J: Válvulas de control de caudal.

116

APÉNDICE K: Filtro de cartucho reemplazable

117

APÉNDICE L: Variador de frecuencia.

118

APÉNDICE M: Propiedades mecánicas de los aceros al carbono

119

APÉNDICE N: Tabla comparativa de dureza vickers y brinell

120

APÉNDICE O: Electrodos AWS para Acero de Bajo carbono

121

APÉNDICE P: Propiedades mecánicas de los aceros

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