Máquina de lavado de tapas de cilindro

1 − INTRODUCCIÓN
Este trabajo pone en manifiesto la ventaja de invertir en un proyecto que consiste en la fabricación de un
gabinete, el cual, utilizado en conjunto con otros elementos, se utiliza para el lavado de tapas de cilindros.
En la actualidad, existen máquinas muy complejas para el lavado de piezas mecánicas, las cuales son de
muy alto costo, lo cual provoca que los talleres de tamaño chico o mediano, no puedan acceder a su
utilización, ya que no les serÃ-a amortizable. Debido a esto el objetivo es demostrar que construyendo el
gabinete de la máquina lavadora, de acuerdo se describa a continuación, y en conjunto con las demás
piezas que constituyen la máquina, como son: bomba de 3 HP, rociador de agua, quemador, válvula
esférica y mano de obra; se logran obtener resultados que ofrecen el mismo beneficio que las máquinas
del mercado, pero a mucho menor costo.
El presente proyecto, expone los cálculos del producto y la conveniencia económica de realizar la
inversión en la fabricación del mismo.
Los resultados se detallarán en las conclusiones del trabajo.
2 − DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE LAVADO
El proceso de lavado se realiza aplicando sobre la pieza, por medio de rociadores, una mezcla de agua con
jabón limpiador alcalino impulsado por una bomba de 3 HP y a una cierta temperatura. Ésta se logra por
calentamiento del agua en el depósito mediante un calentador, el cual eleva la temperatura del fluido hasta
valores aproximados a los 70 ºC. Un regulador se encarga de mantener esta temperatura constante.
Una vez aplicada la lluvia de agua con jabón, ésta cae por gravedad hacia un filtro, el cual desemboca en
el depósito de la máquina. AquÃ- el fluido vuelve a ser tomado por la bomba y enviado nuevamente hacia
los rociadores, cumpliendo una recirculación. El tiempo del proceso es controlado a voluntad por medio de
un temporizador mecánico.
1
2
Figura 1 − Máquina lavadora que se rediseñó
4 − MEMORIA DE CÃLCULO
A − Dimensionamiento del Perfil LPN a utilizar
Dado que la tapa de cilindro más pesada que se puede colocar en la máquina es de 60 kg, y dado que este
peso se reparte entre dos perfiles, y a la vez, la mitad del peso de la pieza se reparte en dos apoyos sobre el
perfil, la carga máxima P que debe soportar es de 15 kg.
Se hará la prueba con un perfil angular LPN 20x3 y con un LPN 25x3. En caso que el LPN 20x3 no
verifique, se harán los cálculos con el otro, y en caso de que tampoco verifiquen, se harán las pruebas
correspondientes con perfiles de mayores dimensiones. El material utilizado para la construcción es un St 37
y admite como tensión máxima
.
Datos
3
Haremos los cálculos en forma genérica, luego reemplazaremos los datos.Reacciones
de (1)
de (2)
de (1)
Para el LPN 20x3 ⇒
Para el LPN 25x3 ⇒
Momentos flectores y esfuerzos de corte
Tramo AC
4
Si
,
Si
,
Tramo CD
Si
,
Si
5
,
Para calcular el momento flector máximo, partimos de suponer que el mismo se encuentra en el tramo CD.
Teniendo en cuenta que éste se encuentra en aquél punto en que la derivada del mismo es cero (por
existencia de máximo), y considerando además que
, buscamos aquel punto en que el esfuerzo de corte sea nulo:
Entonces, procedemos a calcular el momento flector en dicho punto:
Para el LPN 20x3 ⇒
Para el LPN 25x3 ⇒
Tramo BD
6
Si
,
Si
,
El esfuerzo de corte máximo se produce en los extremos, o sea en
. Del tramo AC, tenemos para
:
Cálculo de la Tensión por Flexión (Ley de Navier)
Para el LPN 20x3 ⇒
Para el LPN 25x3 ⇒
Cálculo de resistencia al corte para el LPN 25x3
B − Dimensionamiento del tubo rociador
7
Este sistema consta de un tubo de acero de 3 de diámetro y aproximadamente un metro de longitud, en el
cual se han practicado 20 orificios roscados dentro de los cuales se colocan picos rociadores que se encargan
de pulverizar el fluido, transformando la energÃ-a de presión en energÃ-a cinética, lo que le otorga
capacidad de remover las partÃ-culas, aceite, grasas, etc.
Por consiguiente se calculará el espesor de pared necesario para que el tubo resista la presión relativa
otorgada por la bomba centrÃ-fuga, la cual es de 46 m c. a. equivalente a
.
Teniendo en cuenta que la presión relativa en el exterior del tubo es nula, tenemos que la tensión máxima
soportada en las paredes del tubo está dada por la siguiente expresión:
8
Despejando
de la expresión anterior, y tomando como
, nos queda:
Dado que
y
, despejando
, tenemos:
Esto implica que el espesor debe ser como mÃ-nimo de:
El espesor más pequeño para estos tubos de 3 es de
. Lo que implica un radio interior igual a:
Haciendo la verificación, tenemos que:
5 − ANÃLISIS DE COSTOS
6 − CONCLUSIONES
Mediante este informe queda demostrada la notable rentabilidad del proyecto. Dado que el producto será
promocionado en varias de las principales ciudades de la Provincia de Buenos Aires y Santa Fe, puede
garantizarse que la venta del producto será un éxito, ya que en estas ciudades la cantidad de talleres de
pequeño y mediano tamaño es abundante, y para éstos, la posibilidad de comprar este tipo de máquina
(que en el mercado se ofrecen a un valor superior a los $12000) es escasa.
Este proyecto se ideó al observar a una de las maquinarias de este tipo en uno de los talleres de la ciudad de
San Nicolás. Pudo notarse que la construcción del gabinete era deficiente en distintos sentidos.
Nombraremos algunos de ellos:
9
• Ausencia de aislante en la cisterna contenedora de agua, lo que implica que la temperatura del agua en el
mismo se mantenga por un tiempo relativamente corto, provocando que el quemador actúe con mayor
frecuencia, lo que a su vez implica un mayor consumo de gas natural.
• Pérdida de agua al ser deficiente el sistema de cierre de la tapa. Ya que al estar en funcionamiento el
equipo se observaron fugas de agua que no provocan pérdidas de calor significativas al ser éstas muy
pequeñas, pero dan un mal aspecto al equipo.
• Ausencia de filtro en la entrada de la bomba para las partÃ-culas sólidas, lo que provoca que la misma
deba ser removida y desarmada con frecuencia para ser destapada.
Para solucionar estos problemas se tuvo en cuenta, para su diseño, lo siguiente:
• Para solucionar el problema de las pérdidas de calor se colocó en el interior de la cisterna una pintura
especial que aÃ-sla el calor en mayor proporción, disminuyendo en gran medida el inconveniente. Como
consecuencia, se obtiene un mayor ahorro de combustible. Además, se protege a la unidad de la
corrosión, brindándole una mayor vida útil.
• Para solucionar las pérdidas de agua se colocó en el cierre de la tapa un sistema que actúa como
laberinto para el agua, junto con un burlete de goma tipo U. Actuando en conjunto, evitan que el agua se
puede escapar.
• Se colocó un sistema de filtrado interceptor decantador, que impide que las partÃ-culas sólidas fluyan
hacia la bomba, evitando los inconvenientes nombrados.
10
Debido a que gran parte de los talleres donde se promocionará la máquina poseen todos estos
inconvenientes con la suya, y quieren comprar una nueva en consecuencia, pero no pueden por razones
económicas, se puede afirmar que la posibilidad de vender este producto es elevada. Lo que brinda al
inversor seguridad en su decisión de invertir en este proyecto, ya que la tasa de riesgo es muy baja, y
además le brinda un interés 6 veces superior al que ofrece un banco para un plazo fijo anual.
7 − BIBLIOGRAFÃA CONSULTADA
• Carpeta y apuntes de IngenierÃ-a Mecánica II
• Carpeta y tablas de Estabilidad I
• Carpeta, tablas y apuntes de Estabilidad II
• Carpeta y apuntes de EconomÃ-a
• Catálogos de productos
• Páginas de Internet varias
• Presupuestos de productos enviados vÃ-a e−mail.
• http://www.dimpar.com
11
8 − ANEXOS: Gráficos, planos de construcción, tablas y catálogos.
Trabajo Práctico Final − IngenierÃ-a Mecánica II
Pág. 3 − Máquina de lavado de tapas de cilindro
Figura − Diseño en 3D del gabinete
12