Universidad de La Frontera

Facultad de Ingeniería Cs. y Administración

Depto. Ingeniería Mecánica

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Nombre : Patricio Epul

Profesor : Eduardo Aqueveque

Carrera : Ing. Mecánica

Fecha : 06 DE Diciembre del 2012

RESUMEN

El presente documento corresponde al informe final de la presentación de un proceso

de diseño, realizado para solucionar un problema determinado y se refiere principalmente a

la selección de los componentes y elementos para dar solución al problema que mas

adelante esta especificado con todas las características y requerimientos que este informe

incluye.

Este documento final se hizo recopilando la información de todos los avances

entregados previamente en donde en cada uno de ellos se iba avanzando más en la

obtención de nuestro producto final ya con todos sus elementos y accesorios finales. Cada

uno de los informes ya mencionados previamente fue realizado después de haber hecho los

cálculos que se requerían que estuvieran presentes en ellos y por consecuencia en el

presente documento, las series de cálculos fueron hechos basados en un manual el cual ha

sido traducido en ciertas partes en donde se necesita la información relevante para el uso en

el desarrollo de este proyecto y además de este se recurrió al uso de otros manuales

disponibles y necesarios para seleccionar cada componente de nuestro sistema.

La presentación de este informe se hace necesaria para mostrar la obtención de

nuestro sistema que satisface los requerimientos que el problema implica y para mostrar de

una forma clara como se trabaja para dar soluciones a este tipo de problemas de modo que

cualquier persona sin tener conocimientos previos en la materia pueda llevarse una idea

mas o menos clara de lo que este tipo de trabajos implica.

1.-INTRODUCCIÓN

1.0.- INTRODUCCIÓN

Dentro del presente informe se presenta el problema de una empresa del rubro

forestal, al aumentar la producción de la empresa deben incorporar un sistema de transporte

de rollizos, por lo cual se presenta el problema de generar un sistema para lo deseado.

Para poder generar dicho sistema, se identifica el problema, se ven distintas

opciones de solución al problema, planteándose las soluciones más convenientes, esto se

realiza aplicando criterios de selección como; el costo, seguridad, confiabilidad, seguridad,

mantenimiento, entre otros, muchos de estos criterios los define la empresa.

Analizando las alternativas de solución se plantea la más conveniente, luego al

tener dicha solución procede a realizar los análisis correspondientes para ver los criterios de

selección de los componentes en el mercado del sistema de accionamiento.

Se realizan análisis de potencia, para generar la potencia necesaria para mover el

sistema, tomando en cuenta los factores que intervienen como el peso del sistema, la carga

que este tendrá, las condiciones de humedad de los rollizos, cabe mencionar que las

condiciones de trabajo son de intemperie, además los rollizos con la densidad más alta del

pino Oregón.

Luego se procede a seleccionar los componentes que serán parte del sistema de

accionamiento, dichos componentes deben encontrarse en el mercado, por lo cual se realiza

la selección de los componentes en los catálogos de empresas que venden dichos productos

o componentes, se calcula, dimensiona y especifica el eje y los cojinetes que usara el

sistema.

1.1.- Objetivos

1.2.- General

Diseñar, calcular y especificar un sistema mecánico de transporte de basas para la

industria forestal.

1.3.- Específico

Desarrollo de capacidades creativas y de diseño.

Análisis y solución de un problema industrial.

Aplicación de conocimientos de ingeniería, criterio y métodos desarrollados para el

proyecto.

Existen dos criterios para calcular la Potencia del sistema de trasporte. Según el

catalogo a utilizar, que además nos entrega todos los parámetros estándares a utilizar, este

catalogo es dela empresa Rexnord Industries.

1. Utilización de Cadena de deslizamiento o rodadura, eso se refiere a que el

material será deslizado en el proceso.

Las fórmulas para el cálculo de la cadena de tracción total (Pm) son:

a.) Plano Horizontal.

(Y/X es menor que f1)

b.) Plano Inclinado.

(Y/X es mayor que f1)

2. Utilización de la cadena en deslizamiento, laminados o en tensión en donde el

material es transportado en el proceso.

Las fórmulas para el cálculo de la cadena de tracción total (Pm)

c.) Plano Horizontal: (Y es menor que f1)

d.) Plano Inclinado: (Y es mayor que f1)

En función de los dos criterios se determina la Potencia del sistema, la cual se calcula de la

siguiente manera.

Cálculos de Potencia del Sistema.

El cálculo de Potencia se ara según el diseño escogido previamente, el cual es

presentado a continuación, se observa en la siguiente imagen que el plano es totalmente

inclinado.

M = Peso del material transportado por el pie de la transportadora ( lbsft ).W = El peso de las partes móviles de transporte - cadenas, vuelos, listones, etc., pie por la

cadena ( lbsft ).

Y= 4.6 m

X=20 m

Material transportado y la cadena de laminación x .0005 Peso total de material

sobre el transportador en cualquier tiempo (libras). (Clases 4 y 4A)

Pm = Tensión de la cadena.

f1 = Coeficiente de fricción; fluctúa de 0.3 a 0.5. (0.5)

x = Distancia horizontal (4.5m = 15.09 Ft).

y = Distancia vertical (20 m = 65.62 Ft).

M= Pesode1 rollizo ∙ Nº derollizos sobre la cadenaLargo de la cadena

M=384.34 ∙1220.5 ·3.28

M=151.22lbft

W=0.0005 ∙Peso de1rollizo ∙Nº derollizos sobre la cadena

W=0.0005 ∙847.32∙12

W=5.08lbsft

Según catalogo Rexnord con f1=0.5, luego si hacemos el análisis de la relación “y/x”>

f1; considerando f1 = 0.5

Se calcula la tensión de la cadena:

Pm= (M+W ) · ( f 1 · X+Y )

Pm=(151.22lbsft

+5.08lbsft ) · (0.5 ·65.6 ft+15.09 ft )

Pm=7485.207lbs

Luego:

P1=W · (Y−f 1 ·X )

P1=5.08 Lbs · (15.09lbs−0.5 ·65.6 lbs )

P1=−89.97 lbs

Ahora calculamos la potencia:

HPinclinado=1.15 · (S ) · (Pm−P1)

33000

Volumen a mover= 450m3

Se deben pasar 1000 palos en 8h, entonces:

125( palosh )=2.08( palosmin )

S=20.52.08

=9.86( mmin )=32.34( ft

min )

HPinclinado=1.15 ·32.34

ftmin

· (7485.207 Lbs−−89.97 lbs )

33000

HPinclinado=8.54Hp

BOSQUEJO DE LA ESTRUCTURA

Fig 1 Bosquejo de estructura

4. SISTEMA CINEMÁTICO

La instalación del sistema correspondiente a la cadena cinemática se efectuará en la

sección terminal del elevador de rollizos por el sector izquierdo, como indica la figura

adjunta numero 2.

Fig 2; Muestra la disposición de la cadena cinemática

Ahora selección del reductor, para ello utilizaremos el catalogo Renold, en el cual

de acuerdo a la potencia se determinan los factores de servicio dados por la siguiente tabla

Tabla N°1 Factores de Servicio.

El motor que se seleccionará para accionar é sistema es un motor de 1000 rpm. Por

otro lado, el factor de servicio de acuerdo con la tabla que se adjunta, corresponde a 1.1,

luego la potencia de selección multiplicada por el factor de servicio equivale a =

8.54*1,1=9.394 Hp. Con este valor entramos a la tabla de reductores.

Como nuestro motor es de 1000 RPM y sprocket reduciendo a un cuarto 250 RPM

utilizamos una caja reductora 20:1 hasta reducir a 12,5 RPM.

4.1. Componentes de la cadena cinemática

Los componentes de la cadena cinemática consta fundamentalmente de:

- Un motor eléctrico trifásico

- Sprockets

- Reductor

- Acople

Selección del reductor.

Para seleccionar el reductor el factor preponderante será la potencia de selección

definida de la siguiente manera:

Pser=Pacc× Fserv Ecuacion1

Donde:

Pser=potenciade seleccion delreductor .

Pacc=potenciadeaccionamiento .

Fserv=factor de servicio . (definido por catalogo )

Es importante mencionar que la potenciadeaccionamiento se determino en los

informes anteriores y corresponde a la potencia que accionara el sistema y con la cual

trabajara y cuyo valor corresponde a 17.1 HP.

Selección de la cadena de transmisión.

De forma análoga a la anterior selección el determinante para seleccionar la cadena

de transmisión que será la encargada de reducir las 1500 rpm del motor a las 250 rpm de

entrada al reductor, será la potencia de selección definida de la siguiente relación:

Psec=Pacc×Fserv Ecuacion2

Donde:

Psec=potenciade seleccionde lacadena transportadora .

Pacc=potenciadeaccionamiento .

Fserv=factor de servicio . (definido por catalogo )

Es importante aclarar que la potenciadeaccionamiento en este caso no es la potencia

que accionara el sistema, si no que es la potencia con la que entraremos al reductor es decir

la potencia de accionamiento del sistema divido por el rendimiento del reductor.

6.- DESARROLLO PRÁCTICO

Como ya se ha mencionado anteriormente el motor eléctrico trifásico que

seleccionaremos será de 1000 rpm considerando que es motor bastante conveniente en

cuanto a costo económico y facilidad de reducción para llegar a las 12.5 rpm a una potencia

de 9.394 HP que son necesaria para accionar el sistema.

De acuerdo a esto y en base a la Fig. 1, la cadena cinemática quedara estructurada por los

siguientes componentes:

- Un motor eléctrico trifásico

- Sprockets

- Reductor

- Acople

calculo del reductor.

Para poder seleccionar el reductor debemos definir nuestro factor de servicio en

base a la siguiente tabla considerando que la fuente sera un motor electrico trifasico y la

carga sera medianamente impulsiva puesto que los rollizos estan sujetos a alguna variacion

en su transporte sobre la cadena y una jornada de trabajo de 8 hrs. Con estos parametros

ingresamos a la siguiente tabla y determinamos un valor de 1.1

Tabla 1. Factor de servicio del reductor

Luego la potencia de selección del reductor en base a la Ecuacion1 sera :

Pser=Pacc× Fserv

Pser=8.54×1,1

Pser=9.394HP

De acuerdo a la cadena cinematica la entrada al reductor sera con 250 rpm que seran

reducidas del motor de 1000 RPM mediante una cadena, y la idea e salir con 12.5 rpm del

reductor que son las necesaria para accionar el sistema, de acuerdo a esto la relacion de

transmicion del reductor debe ser de 20:1 con esta relacion ingresamos a la siguiente tabla

ybuscamos la potencia de selección obtenida para poder seleccionar el reductor.

Tabla 2: relación de transmisión de 20:1

Como la potencia obtenida no es por tabla no es exactamente igual a la que potencia de

selección requerida se toma la inmediatamente mayor en este caso 10.6 HP, con tal de

sobredimensionar el sistema y evitar posibles desajustes.

De acuerdo al catalogo la informacion obtenida es la siguiente:

HP de entrada : 10.6

HP de salida : 8.90

Par de salida (kg-m) : 529.98

Distancia entre ejes : 8 pulgadas.

codigo de catalogo : M 41 551 08

luego y de acuerdo al catalogo RENOLD el reductor seleccionado tendra las siguientes

caracteristicas.

Fig. 2. Configuración y tamaño del reductor.

Tabla 3. Dimensiones, peso y capacidad de aceite del reductor.

calculo de la cadena de transmicion.

El método de selección para la cadena sigue un procedimiento análogo al del

reductor. Primero debemos seleccionar el factor de servicio considerando una carga

medianamente impulsiva y un piñón motriz con 19 dientes que es lo recomendado para un

buen funcionamiento.

De acuerdo a la siguiente tabla el factor de servicio será de 1.5

Tabla 4. Factor de servicio para la cadena.

De acuerdo a esto y en base a la Ecuacion2 potencia de selección será:

Psec=Pacc×Fserv

La potencia de accionamiento en este caso se debe multiplicar por el rendimiento del

reductor que en este caso será 90 % de acuerdo a esto la Pacc=7.686

Entonces la potencia de selección será;

Psec=7.686×1,5

Psec=11.529HP .

Con este valor ingresamos a la siguiente tabla considerando que nuestro numero

ramales (cadena) es 1.

Tabla 5. Indica la zona de selección de la cadena.

De acuerdo a la tabla la zona de la cadena es la zona D, con este dato obtenemos el número

de la cadena.

Tabla 6. Numero de la cadena.

Luego el número de la cadena es 110.056.

Luego definimos el número de dientes de la rueda conducida en base a la siguiente tabla.

α=tg−1( 4.620 )❑⇒ α=13°

Pm=7485.207(lbs)

Pm2

=3742.6035 (kbs )

Pmv=381.89 ( lbs )

PmH=1654.14 (lbs)

Calculo de reacciones plano vertical:

∑Mto A=0❑⇒

−70 ∙381.89−140.381 .89+RB∙210=0

RB=381.89kg

∑Mto B=0❑⇒

70 ∙381.89+140∙381.89−¿R A ∙210=0¿

RA=381.89 kg

RC=381.89kg

Calculo de momentos flectores plano vertical:

Calculo de reacciones plano horizontal:

∑Mto A=0❑⇒

−70 ∙1654.14−140∙1654.14+210∙ RB h

2

=0

RBh=3308.28kg

∑MtoenB2

=0❑⇒

1654.14 ∙70+140 ∙1654.14−RAH ∙ ∙210=0

RAH=1654.14 kg

RCH=1654.14kg

Calculo de momento flector total:

Mto=√26732.32+115789.82=118835.57 kg−cm

Cálculo del diámetro:

d3= 32 ∙ fsπ ∙σ yp √1.6 ∙ Mf 2+1.4 ∙

34∙ Mt2

d3=32 ∙1.25π ∙4078 √1.6 ∙118835.572+1.4 ∙

34∙764.542

d=7.77cm

Calculo de cojinete

R=√381.892+1654.142=1697.65 kg

P=R ∙ g=1697.65 ∙9.8=16636.98N

L=20000 ∙60 ∙12.5

106=15Mv

Capacidad de carga:

C=3 ∙√15 ∙P

C=3 ∙√15 ∙16637.98

C=193.32kN

CONCLUSIONES

- El desarrollo de un proyecto implica muchas variables, tanto en la formulación de

ideas o como finalmente con la concreción de las tareas de materialización la obra, dichas

actividades son bastantes complejas, ya que se deben tener encuentra muchos factores, que

a la hora de materializar la obra, pueden generar dificultades.

- Fundamentalmente el aporte de la realización de este proyecto se basa en conocer ,

diseñar, especificar un sistema real de transporte de material forestal, dando solución a un

problema común dentro de la industria, el cual es mover cargas pesadas con seguridad y sin

incurrir en gastos extremadamente altos.

- El desarrollo del dimensionamiento está basado en el criterio de diseño por

resistencia para un esfuerzo de fluencia de 6300 (kg/cm2) de un acero SAE 1045

- Se han seleccionado factores de concentración de esfuerzos aceptables de acuerdo a

la memoria de cálculo sobre dimensionamiento de ejes para transmisión de potencia

- El dimensionamiento solo se realiza por criterio de resistencia, faltando el criterio

de fatiga por las bajas revoluciones a la cual trabajo el sistema.

- La selección de cojinetes de efectúa mediante la obtención de los días de trabajo,

que serán de 8 horas diarias, determinando la vida útil del cojinete.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y PÁGINAS WEB

www.sack.cl

Manual o catálogo Sack

Manual de selección de cadenas y reductores RENOLDS

Apuntes de asignatura proyecto mecánico

Catalogo de selección de motor Siemens