CAPITULOI                     1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN1.1 TEMA DE INVESTIGACIÓN:“Diseño de un sistema adecuado para la...
1.2.1.2 MESOEn nuestro país, los fabricantes de maquinariapara el trabajo con maderahanpuesto en marcha diversas campañasp...
previenen accidentes, se reduce el desgastede las máquinas y herramientas y seliberan áreas de trabajo ocupadas con los re...
1.2.5 PREGUNTAS DIRECTRICES.   ¿Cuáles son las razones para que el ambiente de trabajo sea inadecuado?   ¿Existen técnicas...
1.3. JUSTIFICACIÓNImplementar este sistema de absorción y extracción de ypolvo que se obtiene delos diferentes procesos qu...
CAPÍTULOII                             MARCO TEÓRICO2.1. Antecedentes investigativos.La Industria maderera en nuestro país...
El rendimiento eficaz de una industria maderera se logrará una vez que se tengaun ambiente de trabajo en óptima condicione...
2.4. Fundamentación Teórica.2.4.1.1. Aspiración de polvo de madera.Es importante la implementación de un sistema de aspira...
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3.4.2. Variable Dependiente.-Mejorar así el ambiente de trabajo y adquirir niveles altos de producción en la planta.  CONC...
3.5. Técnicas De Recolección De La InvestigaciónEn la presente investigación la información se obtendrá de la siguiente té...
Con el porcentaje y los resultados numéricos se estructura el cuadro de resultados quesirve de base para la graficación.Gr...
CAPITULOS IV4. CALCULOS.4.1. DISEÑO DE DUCTOSEl objetivo de un sistema de ductos es transportar el aire desde el maquinado...
4.2. Cálculo de diámetro de Tubería.Se empezara el cálculo desde la máquina que se encuentre más distante al extractorprin...
7.      dH = 212.3 mm.8. dI = 140 mm.9.      dJ = 355.38 mm.10. dK = 350 mm.11. dL = 150 mm.12.      dM = 380.78 mm.13. dN...
4.3. Cálculo de Presión Dinámica.Procedemos a realizar el cálculo de la presión dinámica, pero primero deberemos obtener e...
4.4.1. Coeficiente de Resistencia   a)   b)   c)                                    8
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4.5. Cálculo de Resistencias por Tramos Totales.Para el cálculo de la resistencia por sección en un sistema de aspiración,...
Pru = 1 x 17.40612 daN/m2       Pru = 17.40612 daN/m2TRAMO 3       Pest = ∑ Pest en tramos       Pest = D + E + J + O     ...
Pru = 0.7 x 17.40612 dNa/m2       Pru = 12.1842 dNa/m2TRAMO 5       Pest = Σ Pest en tramos       Pest = G + H + J + O    ...
Pru = Στx P din       Pru = 0.7 x 17.40612 dNa/m2       Pru = 12.1842 dNa/m2TRAMO 7       Pest = Σ Pest en tramos       Pe...
Pru = Στx P din       Pru = 0.55 x 17.40612 dNa/m2       Pru = 9.573366dNa/m2TRAMO 9       Pest = Σ Pest en tramos       P...
4                    16.4107                  12.1842              28.5949          5                    21.1197          ...
4.7.1.2. Cálculo del Momento en la polea      Donde:      T = Torque      d = distancia Diámetro de la polea = 5.9 plg    ...
FAY =332.92*sen30°     FAZ =166,46lbPlano XZ                           Fuerza sobre eje XZ     ∑FZ =0     A+B+C =0     ∑Mo...
Fuerza sobre eje YZ       ∑FY =0       -A+B+ C-D=0       A+10cm+C*55-D*70=0       -166.42lb+B+C-150 =0       ∑MoB=0       ...
Especifico la vida útil de diseño del cojinete utilizando la tablaVentilador industrial con tolva 20 000 – 30 000 L10, h4....
De los resultados obtenidos mediante pruebas se determinado un caudal másico promediode Qm= 15,38 Kg/hr                   ...
4.12. Velocidad de Flujo de Aire.Del diagrama de Transporte de Materiales con Aire y sabiendo el peso promedio porvolumen ...
Con el dato de la altitud de la ciudad de Ambato que es donde se encuentra nuestracanteadora que es 2600 msnm             ...
Tubería de salida4.14 SELECION DEL ROTOR                          25
Como se puede observar en las descripciones de los tres tipos de rotores el rotor másconveniente para transportación neumá...
Seleccionamos un motor de de mas de 2.5 hpDatos del motorPotencia 2 hp1800 rpmCat No 30000912                             ...
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Extractor de polvos y viruta

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es el proyecto escrito para la construccion de un extractor de polvos y viruta realizado en la carrera de Ing. Mecánica

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  1. 1. CAPITULOI 1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN1.1 TEMA DE INVESTIGACIÓN:“Diseño de un sistema adecuado para la extracción de polvos producidos enuna empresa maderera para mejorar así el ambiente de trabajo y adquirirniveles altos de producción en la planta”1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA1.2.1 CONTEXTUALIZACIÓN DEL PROBLEMA.1.2.1.1 MACROLa modernización de la industria maderera en Ecuador y en el mundo esirreversible, hoy en día el crecimiento del negocio y la tendencia de producir másy mejor motivan a las empresas del sector a continuar el camino hacia latecnificación, para dar lugar a una actividad altamente mecanizada y eficiente. Laindustrialización de los procesos permite una mayor producción, más precisión,calidad de los productos y mejor rentabilidad.La tecnificación no es sólo la adquisición de nuevas y modernas máquinas,también exige la implementación de instalaciones y ambientes adecuados queprotejan las inversiones de los empresarios. Es importante cuidar la tecnología, aligual que el talento humano y no exponerlos a sufrir riesgos industriales; laalternativa de ahorrar dinero en la seguridad industrial, al final decuentas puedesalir muy costosa.Esta posibilidad de solución está siendo manejada por grandes industriasmadereras que tienen una economía adecuada para adquirir maquinaria y equipostecnológicos, de esta manera aumentar la productividad. 1
  2. 2. 1.2.1.2 MESOEn nuestro país, los fabricantes de maquinariapara el trabajo con maderahanpuesto en marcha diversas campañaspara concientizar a los industrialesde laimportancia de manejarcorrectamente los equipos. Una deellas está encaminada apromover lautilización de los sistemas de extracciónde polvo, aserrín y viruta enlostalleres; residuos que se filtran al interiorde las máquinas y obstruyensusrodamientos y engranajes, aumentandosu desgaste. En efecto, estosaspiradoresson instalaciones que absorbenlos desperdicios y los conducenpor unared de tuberías a un depósitode almacenamiento para su posteriordisposición yadecuado manejo.El mercado relaciona el buen desempeñode los equipos con la utilizaciónde losextractores de polvo y exigesu implementación como condiciónpara otorgar lasgarantías de los bienes.Así, cuanta mayor tendencia tengaun taller pequeño aevolucionar enun taller mediano o gran taller, tantomás necesaria se hará en él, laabsorciónneumática de las virutas.1.2.1.3 MICROLo anterior se refleja en las empresas madereras ya que hay que tener encuentadiversos aspectos, entre los que sedestaca el espacio de trabajo y laproducciónde polvo, aserrín y viruta dela planta. Un pequeño taller puedesuplirsus requerimientos con un parde equipos portátiles, pero si la empresainicia unproceso de expansiónde su capacidad instalada, es horade pensar en un sistema degruposo incluso de aspiración centralizada.Es necesario buscar la eficiencia ylaoptimización de los espacios, aprovecharal máximo la producción delamaquinaria y ahorrar energía.1.2.2 ANÁLISIS CRÍTICO.La recolección del polvo y virutas es de imperiosa necesidad en la industriamaderera, para queel aire dentro y fuera de la planta se mantenga limpio, y evitarasí perjuicios en la salud de lostrabajadores, a la vez que se eleva la seguridad y se 2
  3. 3. previenen accidentes, se reduce el desgastede las máquinas y herramientas y seliberan áreas de trabajo ocupadas con los residuos.La implementación de maquinaria para la recolección del polvo y virutas ó laelaboración de otras herramientas similares, incrementaran la venta y mantendránun índice elevado en la industria maderera en los mercados de la provincia paraincrementar la demanda que este producto tiene y evitar pérdidas en susindustrias.1.2.3 PROGNOSIS.Si no se realiza la extracción de polvos de una forma adecuada en un tiempodeterminado podemos tener algunos problemas como la deficiencia de producciónde productos madereros, generando un problema para aquellos a los que estándestinados en grandes o pequeñas cantidades lo cuales necesitan no solo para suuso personal sino también para su venta. De la misma manera los empleados deestas empresas esperan que sus lugares de trabajo ya posean este sistema parapoder laborar de una mejor manera.Puesto que al momento de la salida del producto acabado es un poco lenta,causando que los dueños de las maderasadquieran mas mano de obra lo cualincrementará el salario estimado en el presupuesto mensual de la empresa por elproblema de la deficiencia de producción.1.2.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.¿Cuál será el sistema adecuado para la extracción de polvos producidos en unaempresa maderera para mejorar así el ambiente de trabajo y adquirir niveles altosde producción en la planta? 3
  4. 4. 1.2.5 PREGUNTAS DIRECTRICES. ¿Cuáles son las razones para que el ambiente de trabajo sea inadecuado? ¿Existen técnicas adecuadas para la extracción de polvos en las maderas? ¿Qué efectividad en la producción ocasionara la implementación de un sistema de extracción de polvos para mantener el ambiente de trabajo en condiciones adecuadas?1.2.6 DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA1.2.6.1 DE CONTENIDO. Diseño de Elementos Mecánicos Proyecto de tesis Gestión Empresarial Software1.2.6.2ESPACIAL. Esta investigación se va a realizar en: Biblioteca de la Universidad Técnica de Ambato. Plantas madereras. Lugares de producción de madera en el cantón Ambato.1.2.6.3TEMPORAL. Este problema va a ser estudiado en el periodo comprendido entre el 25 de Septiembre del 2011 al 25 de Enero del 2012. 4
  5. 5. 1.3. JUSTIFICACIÓNImplementar este sistema de absorción y extracción de ypolvo que se obtiene delos diferentes procesos que es sometida la maderaen el área de aserrío, darámuchos beneficios como es la optimización delsistema y ahorro de energía allograr un control automatizado del flujo deabsorción que será regulado de acuerdoa las máquinas que se encuentreen funcionamiento. Este sistema se regularáautomáticamente en el instanteen que una máquina sea encendida o apagadadependiendo de lasnecesidades de producción. Se lograra tener una evacuacióncompleta de polvo lo que ayudara al mantenimiento de las máquinas al noestarexpuestas a un ambiente abrasivo y contaminado.También se obtendrá un ambiente de trabajo libre de polvo lo quebeneficiaradirectamente a los operarios para que no afecte su salud por serestaspartículas muy irritantes para el sistema respiratorio. Se tendrá unamayorproductividad puesto que ya no se tendrá que parar las máquinasparaevacuar manualmente las fundas de recolección de polvo que setieneactualmente, trasladarlas hasta el depósito de desechos y colocarnuevamentelas fundas en los aspiradores individuales y se evitara laexpulsión de partículas depolvo hacia el medio ambiente lo que ayudara areducir la contaminaciónambiental, beneficiando directamente al entornopoblacional.1.4. OBJETIVOS.1.4.1. OBJETIVO GENERAL. Diseñar y construcción de un prototipo de un sistema de absorción y extracción de polvo.1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Diseñar e implantar tomas adecuadas para cada máquina existente en la empresa. Seleccionar e implementar un sistema de absorción. Determinar el material adecuado para la construcción del sistema. Reducir los niveles de contaminación por polvo. 5
  6. 6. CAPÍTULOII MARCO TEÓRICO2.1. Antecedentes investigativos.La Industria maderera en nuestro país ha tenido un crecimiento acelerado,convirtiéndose en una de las industrias más importantes dentro del mercadoproductivo Ecuatoriano, contribuyendo de esta manera al desarrollo económicodel mismo.Con el crecimiento del Mercado del Sector Maderero también se han presentandoproblemas dentro de las Industrias en sus procesos de manufactura, porque existeuna gran diferencia entre el volumen de materia prima que en un principio setrabajaba, con el volumen que el mercado en la actualidad requiere, lo que haobligado a la adquisición de nuevas maquinarias y equipos. Esto ha llevado a quemuchos sistemas como es el de Extracción de Desechos y Polvos, se encuentrenobsoletos y no cumplan con los requisitos adecuados que se requiere en laactualidad.Otro problema que se presenta en estas industrias se relacionan con el entornosocial, debido al crecimiento poblacional, estas áreas que antes eran zonasindustriales ahora se han convertido en zonas urbanas y por esta razón las NormasAmbientales deben ser implementadas para prevenir la contaminación ya quecada vez son más estrictas por lo tanto se debe tener procesos y sistemaseficientes que no contaminen y afecten al ecosistema, al medio ambiente y porende al ser humano.2.2. Fundamentación filosófica. 6
  7. 7. El rendimiento eficaz de una industria maderera se logrará una vez que se tengaun ambiente de trabajo en óptima condiciones.Sin embargo, para mantener la producción hasta su comercialización es necesariosacarla del campo oportunamente. No hacerlo, significa un deterioro en lacantidad y calidad del producto, lo que se traduce en menores utilidades para elempresario.2.3 . Red de categorías fundamentales. Variable independiente Variable dependiente 7
  8. 8. 2.4. Fundamentación Teórica.2.4.1.1. Aspiración de polvo de madera.Es importante la implementación de un sistema de aspiración de polvo hoy encualquier planta de maquinado de madera. Las grandes cantidades de aserrín,virutas o polvo no permiten un flujo normal del proceso de trabajo y un buenfuncionamiento de las máquinas. Especialmente se advierte que el polvo demaderas tropicales causa reacciones alérgicas a la piel y a las vías respiratorias.Por el peligro que para la salud produce el polvo de madera es necesario limitarsu emisión con normas respectivas, con el fin de proteger a las personas expuestasa respirar aire contaminado con polvo de madera.La norma permite una concentración máxima de 10 mg/m3 de polvo en el caso demáquinas o sistemas de aspiración nuevas, o 15 mg/m3 si se trata de sistemas detrabajo instalados antes del año 1989, en máquinas que no tienen un sistema deaspiración, se mide hasta más de 100 mg de polvo por m3 de aire1.2.4.1.2. Aspiración unitaria móvil.La aspiración unitaria móvil se utiliza en caso de máquinas ubicadas de formaaislada o también por causa de normas de seguridad (peligro de explosión de 8
  9. 9. polvo) ya que se debe almacenar los residuos de forma separada de los demásvirutas a aspirarse.2.4.1.3. Aspiración unitaria estacionaria.Este tipo de aspiración se conecta automáticamente cuando empieza a funcionarla máquina. Esto economiza el consumo de energía eléctrica. Este sistema deaspiración permite una fácil ampliación. Al apagar la máquina los extractores sedesconectan luego de unos 15 segundos de post-aspiración. La capacidadinstalada de aspirar coincide exactamente con la necesidad de acuerdo a lasmáquinas existentes. La aspiración unitaria es la más costosa en comparación alos otros sistemas pero puede amortizarse debido a su menor consumo energético.2.4.1.4. Aspiración de grupo.Un extractor aspira a varias máquinas que forman una unidad, puede ser esta localpor su ubicación o según su interdependencia en su funcionamiento.2.4.1.5. Aspiración central de carga total.Esta aspiración permite que un extractor aspire a todas las máquinas existentes.Este sistema es el más económico respecto a su instalación pero tiene un consumoexcesivo de energía eléctrica en el caso que solamente funcionen algunas de lasmáquinas. Por esta razón es solamente recomendable para empresas grandes conalta probabilidad de ocupación simultánea de toda la maquinaria.2.4.1.6. Aspiración central de carga parcial.La diferencia con el sistema antes mencionado es en considerar un factor, desimultaneidad de la ocupación de las máquinas en el dimensionamiento del 9
  10. 10. extractor. La capacidad del ventilador permite aspirar solamente una determinadaparte de las máquinas. Al funcionar toda la maquinaria al mismo tiempo elvolumen de aire ya no alcanza para abastecer debidamente a las máquinasconectadas. El paso de aire de la aspiración de máquinas no utilizadas debe sercerrado para no bajar la velocidad de flujo de aire dentro de ductos que estánaspirando o sea transportando virutas de madera. Las compuertas de cierre delpaso de aire pueden ser accionados manualmente o mecánicamente por ejemplomediante un pistón neumático. Existen hoy sistemas de accionamiento deventiladores que aumentan el caudal en caso de un mayor número de máquinasque están en funcionamiento.2.4.1.7. Aspiración por medio del sistema de ductos.Los ductos de tubos de aspiración son el camino de transporte del polvo y de lasvirutas a aspirarse. Para que este transporte se realice sin mayores problemas, elaire debe tener una velocidad de flujo de aproximadamente el doble de lavelocidad de suspensión de la pieza a transportarse.2.4.2. Tubos de aspiración.2.4.2.1. Velocidad de flujo de aire. Velocidades recomendadas Para polvo y virutas de maderaPolvo fino 10-15 m/segAserrín y viruta de cepilladoras 15-25 m/segViruta gruesa o de humedad 25-35 m/seg 10
  11. 11. Con el fin de disminuir la concentración de polvo en el aire la norma alemanaexige una velocidad de flujo mínima de 20 m/seg en el colector de la máquinapara aserrín normal y 28 m/seg para aserrín y virutas húmedas.2.4.2.2. Diámetros de tubos.Las máquinas estándares de carpintería vienen con determinado diámetro delcolector para la aspiración de virutas como muestra la tabla Diámetros De Tomas De Aspiración Máquina Diámetro Fresadora de cadena 80mm Sierra cinta hasta 1000mm 120mm Sierra circular hasta discos de 500mm 120mm Sierra circular aspiración superior 80mm Tupí superior 120mm Tupí de mesa 120mm Canteadora hasta 400 mm de ancho 140mm Canteadora hasta 700 mm de ancho 160mm Regruesadora hasta 600 mm de ancho 160mm Regruesadora hasta 700 mm de ancho 180mm Lijadora de filos 140mm Lijadora de banda larga 180mm Sierra múltiple 200mmEl área del tubo principal debe ser igual a la suma de áreas de los tubos que sedesvían de él. Su diámetro se calcula con la fórmula: 11
  12. 12. Donde: = diámetro del tubo principal = suma de los diámetros cuadrados de los demás tubosAl modificar el diámetro de los ductos se cambia también la velocidad de flujo sise mantiene constante el caudal de aire. La función matemática entre diámetros yvelocidades de flujo es:Donde:v2 = Velocidad de flujo con diámetro de tubo modificadov1 = Velocidad de flujo con diámetro de tubo iniciald1 = diámetro de tubo iniciald2 = diámetro de tubo modificado2.4.2.3. Instalación de los tubos de aspiración.Los ductos de aspiración pueden ser instalados de forma aérea o debajo del piso.Las dos formas tienen sus ventajas y desventajas:Instalación aéreaVentajas:- Se puede instalar los tubos en línea directa a la máquina.- Los tubos son de fácil acceso para limpieza o reparaciones.- Los tubos son prolongables sin mayores problemas.- Los ductos y sus canales no estorban en el transporte de material en el piso. 12
  13. 13. - Las máquinas son reubicables fácilmente.Desventajas:- Los ductos pueden molestar en la iluminación (sombra).- Los tubos se cubren con polvo.- Los ductos ascendentes de las máquinas pueden molestar en el cortado de piezaslargas.Instalación debajo del piso:Ventajas:- No hay problemas de sombra en la iluminación- No hay acumulación de polvo encima de los tubos- Libre manejo de piezas largas, especialmente en el caso de sierras circulares esrecomendable instalar el tubo debajo del piso hasta subirlo a lo largo de unapared.Desventajas:- Las modificaciones en la ubicación de las máquinas son complicadas.- Se requiere generalmente de más codos y con ellos sube la resistencia delsistema de ductos y aumenta el peligro de obstrucciones de virutas.- Es aconsejable reforzar los bordes de los canales de los tubos con perfilesmetálicos “L” para que no se dañen en el transporte interno del material.- Los canales deben ser cubiertas con planchas metálicas o con madera sólida cuyafibra es de sentido transversal al recorrido del canal. 13
  14. 14. 2.4.3. El caudal de aire.El medio de transporte de las vi rutas es el aire. El volumen necesario depende desu velocidad de flujo (m/seg.) y del diámetro del tubo por el cual circula. Elcaudal de aire que debe ser generado por un extractor en un tiempo determinado,es equivalente a la cantidad de aire que pasara por el tubo en el mismo tiempo.Volumen Aire = velocidad de flujo X áreas sección tubo X seg./ minutoDonde:Q = Caudal de aire (m3/min)V = velocidad de flujo de aire (m/seg)A = Área de sección del tubo de aspiración. (m2)60 = segundos por minuto, este factor de multiplicación es de 3600 (seg/hora) encaso de necesitar el caudal de aire por hora (m3/h)2.4.4. Presión de aire dentro del sistema de aspiración.2.4.4.1. Presión dinámica.Para lograr un movimiento del aire debe existir una diferencia de presión entredos puntos, misma que en un sistema de aspiración es generado por un extractor.El aire en movimiento, a su vez produce una determinada presión que podemosmedir si ponemos un cierre en medio del flujo. 14
  15. 15. Esta presión se denomina “Presión dinámica” y se calcula con la fórmula:Donde: = presión dinámica (daN/m2)V = velocidad de flujo de aire (m/seg) = peso específico del aire (kg/m3)g = fuerza de gravedad (9,81 m/s2)La unidad de medida de la presión según el SI es el Pa (Pascal) esto equivale auna presión de 1 daN/m2. A veces la presión de un ventilador también estáexpresado en mbar (milésima parte de un bar), 1 bar = 10 daN/cm22.4.4.2. Presión estática.La presión dinámica se reduce a lo largo de un sistema de aspiración debido afuerzas de rozamiento del aire en las paredes de los tubos. El accionamiento delextractor debe generar la energía necesaria para vencer esta diferencia de presióncausada por la fuerza de rozamiento, denominada presión estática (pest) 15
  16. 16. La presión estática se calcula según la fórmula:Donde:Pest = presión estática (daN/m2)Pdin = presión dinámica (daN/m2)L = longitud de los tubos (m)D = diámetro del tubo (m) = peso específico de aire (kg/m*)V = velocidad de flujo de aire (m/seg)G = fuerza de gravedad (9,81 m/seg2)λ = coeficiente de resistencia de tuboPara la determinación del coeficiente de resistencia del tubo hay diferentesmétodos, el que a continuación utilizamos es según el coeficiente de resistencia notiene dimensión y tiene una magnitud de:Donde:λ= coeficiente de resistencia de tuboD = diámetro de tubo (m) 16
  17. 17. El peso específico de aire depende de su presión atmosférica, de su temperatura yde su contenido de humedad relativa. El peso específico de aire a 0 metros sobreel nivel de mar, con 20 ºC de temperatura, y con 60 % de humedad relativa es:En caso de variaciones en la altura sobre el nivel de mar (a.s.n.m.) se calcula elpeso específico según fórmula:Donde:P1 = presión de aire a O m.s.n.m. = (1013 mbar)P2 = presión de aire a X m.s.n.m = peso esp. De aire a 0 m.s.n.m. = (1,199 kg/m3) = peso esp. De aire a X metros m.s.n.m.La presión atmosférica se mide en mbar (milibar) y depende de la altura sobre elnivel de mar: Altura m.s.n.m P atm mbar 0 1013 200 989 400 966 600 943 17
  18. 18. 800 921 1000 899 1500 850 2000 795 2500 750 3000 7012.4.4.3. Resistencia de presión unitaria.A la resistencia tubos rectos se debe sumar las de los diferentes codos,desviaciones, reducciones, colectores y la resistencia del separador de virutas.Estos se llaman resistencias unitarias (r u) y se calcula mediante un factor deresistencia unitaria (zeta) que se multiplica con la presión dinámica (pd) del aireen el tubo. La pérdida de presión por las diferentes resistencias unitarias se calculamediante la fórmula:Donde: = perdida presión por resistencias unitarias = presión dinámica (daN/m2)ζ = factor de resistencia unitaria = suma de factores de resistencia = peso específico aire (kg/m3)V = velocidad de flujo de aire (m/seg) 18
  19. 19. g = fuerza de gravedad (m/seg2)El radio (r) de codos no debería ser menor de 2 a 3 veces el diámetro (d) del tubo.Las reducciones de tubos, en el caso posible de realizar serían de un largoaproximado de un metro.2.5. Hipótesis.El diseño de un sistema de extracción de polvo nos permitirá mantiene elambiente de trabajo con menos contaminación y así aumentar la producción de laempresa.2.5. Señalamiento de variables.2.5.1.1. Variable Independiente.- Diseño del Sistema para la extracción depolvos.2.5.1.2. Variable Dependiente.-Mejorar así el ambiente de trabajo y adquirirniveles altos de producción en la planta. 19
  20. 20. CAPÍTULO III3. METODOLOGÍA.3.1. Enfoque.La investigación se basara en el estudio cuantitativo para llegar a determinar lasactividades relacionadas con el proceso de extracción de los residuos de lamadera. Para optimizar el aprovechamiento de los materia prima y abastecimientoa los productores del sector maderero.3.2. Modalidad básica de la Investigación.3.2.1. Modalidad de la investigación3.2.1.1CampoEste tipo de modalidad es necesaria ya que así podremos captar los hechos tal ycomo se presentan, mediante la cual se obtendrán los datos necesarios por mediode visitas a los distintos sectores madereros, charlas con los productores ypoblación en general.3.2.1.2Documental o bibliográficaSe realizara este tipo de modalidad con el objeto de encontrar ecuaciones básicasy normas para el diseño de dicho sistema, tales ecuaciones permitieron diseñar yseleccionar el tipo sistema más adecuado, el método de extracción, loscomponentes necesarios para la elaboración del sistema, permitiendo así unahorro económico en la adquisición de materiales para su elaboración.3.3.Nivel o Tipo De Investigación.Utilizando el nivel explicativo y el nivel descriptivo para la correcta sustentaciónde todo aquello que se encuentra en la ejecución del trabajo de investigación, ymediante la recolección de datos se determinaron los parámetros necesarios para 20
  21. 21. la realización del sistema de extracción y el tiempo que lleva efectuar el procesoextracción de residuos de madera.En el estudio para las indagaciones se utilizara tanto la investigación científicacomo la investigación de campo, la primera con la que se llegó a determinarecuaciones, normas, métodos, mecanismos, sistemas de extracción y demásparámetros necesarios para el diseño del sistema.3.4. Población y muestra3.4.1. Población Madereros del cantón Ambato 5 Distribuidoras 63 Productores 15 Pequeños Empresarios 10 TOTAL 933.4.2. MuestraNuestra población será de 93 si se estima un error admisible del 5% y un nivelde confianza del 90n= tamaño de muestraN= universo o poblaciónσ = varianza poblacionalZ= nivel de confianza deseadoE= error admisible de muestra (1% - 9%) 21
  22. 22. Nivel de Confianza 50% 90% 95% 99% Z 0.647 1.645 1.96 2.583.4.2.1. Tipos de MuestrasEn el presente trabajo de investigación la muestra utilizada es del tipo MuestreoEstratificado Proporcional, por la razón de tener la población del trabajo deinvestigación dividido en estratos. Así se ha determinado el número querepresentará a cada estrato en proporción directa al número de integrantes quetiene cada grupo o estrato en el universo, el mismo que está conformado oasciende a 93.Tamaño de la muestra con el 5% de error: n= 69Calculo de la fracción muestral: 22
  23. 23. 3.4.Operacionalización De Variables 3.4.1. Variable Independiente:Diseño del Sistema para la extracción de polvos. CONCEPTUALIZACIÓN DIMENSIONES INDICADORES ITEMS TÉCNICAS E INSTRUMENTOSUn sistema de extractor de ¿Estaría de acuerdo en utilizar nuevos Encuesta con cuestionario.polvo es aquel que aspira los complementos para su extracción de Cuaderno de notas.residuos de madera de varias Mejor extracción de residuos. polvo? Aletasmáquinas que forman una ¿La extracción de polvo en su sector es Encuesta con cuestionario.unidad, puede ser esta local por de gran importancia?su ubicación o según suinterdependencia en su ¿Cuál es el tiempo que se puede Observación directa:funcionamiento. demorar en quitar la viruta o residuos de Encuesta con cuestionario. madera de una forma manual? Recolección de polvo Almacenamiento de polvo ¿Influye el clima que podamos tener en Observación no participativa. nuestro sector para extracción de polvo? Encuesta. 1
  24. 24. 3.4.2. Variable Dependiente.-Mejorar así el ambiente de trabajo y adquirir niveles altos de producción en la planta. CONCEPTUALIZACIÓN DIMENSIONES INDICADORES ITEMS TÉCNICAS E INSTRUMENTOSDescripción o bosquejo de unaacción a realizar que conlleva a Acciones a Estudios de plantas industriales. ¿Afecta el tipo de polvo directamente Observaciónla solución de un problema que Realizar para la extracción? Registros específicospresenten nuestros productoresmadereros por medio de la ¿La selección en elsistema adecuado Selección del sistema de Encuestaconelaboración de sistema de depende la cantidad de alimento a extracción. cuestionario.extracción, la cual facilitara la recolectar? Registros específicos.extracción de de polvo oresiduos de madera de una Estudios de las necesidades enmanera más sencilla. ¿Será la extracción la mejor solución las madereras del cantón. Observación directa: Solución de para evitar las pérdidas de tiempo en la Problemas Nuevas técnicas de extracción de producción de la planta? Fichas de campo polvo. ¿Se requerirá de un personal Observación de campo: especializado para el manejo de este Fichas de campo sistema? 1
  25. 25. 3.5. Técnicas De Recolección De La InvestigaciónEn la presente investigación la información se obtendrá de la siguiente técnica derecolección la cual nos ayudará para realizar un buen trabajo en la toma de decisiones ynormativas las mismas que nos llevaran a utilizar una observación directa puesto querealizaremos nuestras consultas en los lugares de los hechos obteniendo resultadosdeseados y de una manera rápida y precisa. Utilizaremos también una observación decampo, en ciertas ocasiones también será necesario una técnica de laboratorio, la cual nosayudará para los resultados deseados del lugar en el cual vamos a trabajar con nuestratrituradora y así poder asegurar que la máquina trabajará de forma eficaz para sectores denuestro cantón, para todas estas técnicas estamos en la necesidad de utilizar ciertosinstrumentos tales como: Cuaderno de notas Fichas Nemotécnicas Encuestas con cuestionario Fichas de campo.Cuyas entrevistas serán estructuradas y focalizadas. Todos estos instrumentos permitiránrealizar un buen trabajo en cada una de las técnicas mencionadas logrando así un estudiomás a fondo de las necesidades que se presenten en los sectores avícolas del cantón Salcedo3.6. Procesamiento Y Análisis3.6.1. Plan De Procesamiento De La Información Revisión crítica de la información recogida Tabulación de cuadros según las variables de la Hipótesis; cuadros de variables, cuadros con cruce de variables. Porcentajes: obtener la reacción porcentual con respecto al total. 2
  26. 26. Con el porcentaje y los resultados numéricos se estructura el cuadro de resultados quesirve de base para la graficación.Graficar.Representar los resultados mediante gráficos estadísticos. Estudio estadístico de datos para la representación de resultados. 3
  27. 27. CAPITULOS IV4. CALCULOS.4.1. DISEÑO DE DUCTOSEl objetivo de un sistema de ductos es transportar el aire desde el maquinado de la piezadonde se produce la viruta y polvo hasta el espacio final que va hacer depositado.4.1.1. Selección de Parámetros.4.1.1.1. Tipo de Aspiración.De acuerdo a los requerimientos de la fábrica y la disposición actual de las máquinas sediseñara un sistema de aspiración de carga total.4.1.1.2. Velocidad de Flujo de Aire.De los procesos de maquinado se obtiene una gran cantidad de residuos de diferente tipocomo polvo, viruta fina, mediana, gruesa, viruta seca y húmeda, pedazos de madera, estonos lleva a seleccionar una velocidad de flujo de aire de 25- 35 m/seg.4.1.1.3. Selección de diámetro del colectorSeleccionamos los diámetros requeridos para todas las máquinas que estarán integradas alsistema de extracción, se puede revisa los catálogos de cada máquina en los cuales seespecifica los parámetros requeridos para su funcionamiento. 4
  28. 28. 4.2. Cálculo de diámetro de Tubería.Se empezara el cálculo desde la máquina que se encuentre más distante al extractorprincipal para el diseño de las tuberías principales.dp=diámetro del tubo principal∑dn= suma de los diámetros cuadrados de los demás tubos 1. dA = 140 mm. 2. dB = 150 mm. 3. dC = 205.18 mm. 4. dD =140 mm. 5. 6. dE = 248.39 mm. dF = 150 mm. dG = 150 mm. 5
  29. 29. 7. dH = 212.3 mm.8. dI = 140 mm.9. dJ = 355.38 mm.10. dK = 350 mm.11. dL = 150 mm.12. dM = 380.78 mm.13. dN = 140 mm.14. dO = 539.35 mm. 6
  30. 30. 4.3. Cálculo de Presión Dinámica.Procedemos a realizar el cálculo de la presión dinámica, pero primero deberemos obtener elpeso específico del aire a 2800 m.s.n.m, con una velocidad de 20m/s.Realizamos una interpolación entre los valores conocidos a la altura en la que seencuentraubicada la empresa. X = 720.6 mbar4.4. Cálculo de Presión Estática.Para el cálculo de la presión estática en los diferentes tramos de la tubería, pero para estonecesitaremos calcular el coeficiente de resistencia del tubo λ, 7
  31. 31. 4.4.1. Coeficiente de Resistencia a) b) c) 8
  32. 32. d)e)f)g) 9
  33. 33. h)i)j)k) 10
  34. 34. l)m)n)o) 11
  35. 35. 4.5. Cálculo de Resistencias por Tramos Totales.Para el cálculo de la resistencia por sección en un sistema de aspiración, sedebe especificarel tramo con la mayor de esta. Por lo tanto se calculará la resistencia de latubería así comola resistencia unitaria, en cada tramo del sistema.TRAMO 1 Pest = ∑ Pest en tramo Pest = A + C + E + J + D Pest = 21.2008 + 10.0260 + 7.6483 + 3.2329 + 13.6291 Pest = 52.5042 daN/m2Factor de resistencia unitaria 2 codos 90º → ζ= 0.15 x 2 = 0. 3 4 reducciones α= 5º → ζ= 0.15 x 4 = 0.6 Pru = ∑ζ x Pdin Pru = 0.9 x 17.40612 daN/m2 Pru = 15.66108 daN/m2TRAMO 2 Pest = ∑ Pest en tramo Pest = B + C + E + J + O Pest = 13.7857 + 10.0260 + 7.6483 + 3.2329 + 0.6140 Pest = 35.3069daN/m2Factor de resistencia unitaria 1 codos 90º → ζ= 0.15 4 reducciones α= 5º → ζ= 0.15 x 4 = 0.6 1 derivación 45º → ζ= 0.25 Pru = ∑ζ x Pdin 12
  36. 36. Pru = 1 x 17.40612 daN/m2 Pru = 17.40612 daN/m2TRAMO 3 Pest = ∑ Pest en tramos Pest = D + E + J + O Pest = 13.6291 + 7.6483 + 3.2329 + 0.6140 Pest = 25.1243 dNa/m2Factor de resistencia unitaria 1 codos 90º → τ= 0.15 3 reducciones α= 5º →τ = 0.15 x 3 = 0.45 1 derivación 45º →τ = 0.25 Pru = Στ x P din Pru = 0.85 x 17.40612 dNa/m2 Pru = 14.7952 dNa/m2TRAMO 4 Pest = Σ Pest en tramos Pest = F + H + J + O Pest = 8.9607 + 3.6031 + 3.2329 + 0.6140 Pest = 16.4107 dNa/m2Factor de resistencia unitaria 1 codos 90º →τ = 0.15 2 reducciones α= 5º →τ = 0.15 x 2 = 0.3 1 derivación 45º →τ = 0.2 Pru = Στ x P din 13
  37. 37. Pru = 0.7 x 17.40612 dNa/m2 Pru = 12.1842 dNa/m2TRAMO 5 Pest = Σ Pest en tramos Pest = G + H + J + O Pest = 13.6697 + 3.6031 + 3.2329 + 0.6140 Pest = 21.1197dNa/m2Factor de resistencia unitaria 1 codos 90º →τ = 0.15 3 reducciones α= 5º →τ = 0.15 x 3 = 0.45 1 derivación 45º →τ = 0.25 Pru = Στ x P din Pru = 0.85 x 17.40612 dNa/m2 Pru = 14.7952dNa/m2TRAMO 6 Pest = Σ Pest en tramos Pest = I + J + O Pest = 14.8910 + 3.2329 + 0.6140 Pest = 18.7379 dNa/m2Factor de resistencia unitaria 1 codos 90º →τ= 0.15 2 reducciones α= 5º →τ= 0.15 x 2 = 0.3 1 derivación 45º →τ= 0.25 14
  38. 38. Pru = Στx P din Pru = 0.7 x 17.40612 dNa/m2 Pru = 12.1842 dNa/m2TRAMO 7 Pest = Σ Pest en tramos Pest = K + L + O Pest = 11.1718 + 8.7310 + 0.6140 Pest = 20.5168 dNa/m2Factor de resistencia unitaria 1 codos 90º →τ = 0.15 1 reducciones α= 5º →τ = 0.15 1 derivación 45º →τ = 0.25 Pru = Στ x P din Pru = 0.55 x 17.40612dNa/m2 Pru = 9.5733 dNa/m2TRAMO 8 Pest = Σ Pest en tramos Pest = N + O Pest = 20.6960 + 0.6140 Pest = 21.31 dNa/m2Factor de resistencia unitaria 1 codos 90º →τ= 0.15 1 reducciones α= 5º →τ= 0.15 1 derivación 45º →τ= 0.25 15
  39. 39. Pru = Στx P din Pru = 0.55 x 17.40612 dNa/m2 Pru = 9.573366dNa/m2TRAMO 9 Pest = Σ Pest en tramos Pest = L + M + O Pest = 8.7310 + 2.6631 + 0.6140 Pest = 12.0081 dNa/m2Factor de resistencia unitaria 1 codos 90º →τ = 0.15 2 reducciones α= 5º →τ = 0.15 x 2 = 0.3 2 derivación 45º →τ = 0.50 Pru = Στ x P din Pru = 0.95 x 17.40612 dNa/m2 Pru = 16.535814 dNa/m2En la siguiente tabla se resume los valores encontrados anteriormente y podemos observarque en el tramo 1 se encuentra la mayor resistencia, esta será la que nos sirva para elcálculo del sistema de aspiración TRAMO PEST PRU TOTAL 1 52.5042 15.6610 68.1652 2 35.3069 17.4061 52.713 3 25.1243 14.7952 39.9195 16
  40. 40. 4 16.4107 12.1842 28.5949 5 21.1197 14.7952 35.9149 6 18.7379 12.1842 30.9221 7 20.5168 9.5733 30.0901 8 21.31 9.5733 30.8833 9 12.0081 16.5358 28.5439 Resistencia por tramos totales4.6. Cálculo de Caudal de Flujo.Mediante la ecuación mostrada anteriormente se calculara el flujo de aire necesario quedeberá general el extractor para el transporte de la viruta. Q=V *A*60 Q =20*0.1963*60 Q= 253.56 m3/min Q= 3.9269m3/seg4.7. Selección de Cojinete para CARGA RADIALLa selección de cojinete toma en cuenta la capacidad de carga, al igual que la geometría delcojinete que asegurará que puede instalarse en forma conveniente en la máquina. Para laselección se realiza los siguientes pasos.4.7.1. Cálculo de la carga estática.4.7.1.1. Calculo de torque 17
  41. 41. 4.7.1.2. Cálculo del Momento en la polea Donde: T = Torque d = distancia Diámetro de la polea = 5.9 plg Fuerza sobre eje A = Polea B = Chumacera 1 C = Chumacera 2 D = Ventilador FA =75lb+75lb+182,92lb FA =332,92lb FAZ =332.92*cos 30° FAZ =288,31lb 18
  42. 42. FAY =332.92*sen30° FAZ =166,46lbPlano XZ Fuerza sobre eje XZ ∑FZ =0 A+B+C =0 ∑MoB=0 -A*10+C*55=0 -288.3lb*10+C*55=0 B =A+C B =288.3lb+ 52.57lb B =340.881lbPlano YZ 19
  43. 43. Fuerza sobre eje YZ ∑FY =0 -A+B+ C-D=0 A+10cm+C*55-D*70=0 -166.42lb+B+C-150 =0 ∑MoB=0 |B|=374.78 lb |C|=168.99 lb C=160.66 lb; 52.57lb4.8. Especificación de la carga de diseño o equivalente en el cojinete. P=V*R P=1.0*374.78lb P=0374.78lbCálculo del diámetro mínimo aceptable de la flecha que limitará el tamaño del diámetrointerno del cojinete D = 38,1 mm (el eje se utiliza el ya existente para el ventilador).El diámetro de eje existente nos limita para la selección del cojinete, manteniendo lassiguientes características que debe ser un cojinete de bola de hilera única, ranura profundanos da como resultado un cojinete SY 1.1/2 TF. 20
  44. 44. Especifico la vida útil de diseño del cojinete utilizando la tablaVentilador industrial con tolva 20 000 – 30 000 L10, h4.9. CÁLCULO DE POTENCIAFinalmente realizamos el cálculo de la potencia del motor que se necesitara para laabsorción mediante la ecuación.4.10 Calculo del caudal de material a transportar 21
  45. 45. De los resultados obtenidos mediante pruebas se determinado un caudal másico promediode Qm= 15,38 Kg/hr Kilogramos de aserrín en untiempo de 1 hr 14,1 15,5 13,7 18,3 15,3 Qm= 15,38 Kg/hrComo la cateadora trabaja un tiempo de 8 horas el caudal másico total a trasportar porjornada de trabajo será Qmt=15,38 x 8 horas Qmt=123.04 Kg/hr4.11 Selección de diámetro del colectorDel catálogo de la canteadora el cual especifica las características técnicas,tomamos el datodel diámetro de salida de polvo 22
  46. 46. 4.12. Velocidad de Flujo de Aire.Del diagrama de Transporte de Materiales con Aire y sabiendo el peso promedio porvolumen del material a transportar seleccionamos una velocidad adecuada para eltransporte de aserrín.La Velocidad de transporte por lo tanto será v=22,6 m/sEl caudal de aire requerido se calcula de la siguiente maneraUna vez intersectadas las líneas podemos observar que los m3 de Aire por Kg deMaterial intersectan cerca en el 3.1 m3/kg. 123.04 Kg/hr x 3.1 m3/Kg = 381 m3/hr 6.35 m3/hr4.13 Cálculo de Presión Dinámica. 23
  47. 47. Con el dato de la altitud de la ciudad de Ambato que es donde se encuentra nuestracanteadora que es 2600 msnm 2400 msnm----------------760 mbr 2500-------------------------750 mbr 2600 msnm------------------------x X=740 mbrPeso específico del aire a 2600 msnmTubería de entradaCoeficiente de Resistencia 24
  48. 48. Tubería de salida4.14 SELECION DEL ROTOR 25
  49. 49. Como se puede observar en las descripciones de los tres tipos de rotores el rotor másconveniente para transportación neumática es el Tipo U, el equipo deberá traer este tipo derotor para un buen desempeño.4.15 SELECION DEL MOTORCÁLCULO DE POTENCIA 26
  50. 50. Seleccionamos un motor de de mas de 2.5 hpDatos del motorPotencia 2 hp1800 rpmCat No 30000912 27

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