Diseño y construccion de maquina para la produccion de ladrillos a base de lodo rojo

PNF INGENERÍA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
DISEÑO Y FABRICACIÓN DE MÁQUINA PARA LA PRODUCCIÓN DE
LADRILLOS A BASE DE LODO ROJO
Ciudad Bolívar, 01 de Julio del 2.011
AUTORES:
- AMARISTA, JUAN
- GONZÁLEZ, MIGUEL
- GUAITA, ALEXANDRA
- MAITA, RAFAEL

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PNF INGENERIA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
Ciudad Bolívar, 01 Julio del 2.011
Autores:
- Amarista, Juan
- González, Miguel
- Guaita, Alexandra
- Maita, Rafael
Tutor Metodológico:
Ing. Rojas, Jorge
Tutor Técnico
Ing. Cardozo, Eberth

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HOJA DE APROBACIÓN
Quienes suscriben, Miembros del Jurado Evaluador designados por el
Programa Nacional de Formación de Ingeniería de Mantenimiento, del
Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar (IUTEB), para
examinar el Proyecto Socio Integrador titulado: “Diseño y Fabricación de
Máquina para la Producción de Ladrillos a Base de Lodo Rojo”
presentado por los T.S.U. que se nombran a continuación:
Nº Nombres y Apellidos Cédula de Identidad
01 Juan, Amarista 11.723.768
02 Miguel, González 10.045.291
03 Alexandra, Guaita 12.980.534
04 Rafael, Maita 10.568.537
Como requisito importante para optar al título de Ingeniero de
Mantenimiento Industrial consideramos que dicho Informe cumple con los
requisitos exigidos para tal efecto y por lo tanto lo declaramos APROBADO.
En Ciudad Bolívar a los 01 días del mes de julio del 2011.
________________________
Tutor Metodológico
Ing. Jorge Rojas
_________________________ ________________________
Tutor Técnico Jurado
Ing. Eberth Cardozo Ing. James Massiah

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DEDICATORIA
A Dios Todopoderoso por ser fuente inagotable de amor y sabiduría
dándonos fuerzas para seguir adelante, venciendo cada unos de los
obstáculos e iluminándonos el camino hacia un prominente porvenir.
A Nuestras Familias por brindarnos su apoyo en todo momento, gracias a
ellos se ha mantenido vivo, cada día el deseo de seguir luchando y el espíritu
de valentía para enfrentar nuestras vidas.
A Nuestros Hijos por ser los motivadores e inspiradores para alcanzar
nuestras metas.

v
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos en primer lugar a Dios Todopoderoso por permitirnos lograr
una meta más en nuestras vidas.
A Nuestras Familias por estar siempre apoyándonos en las metas que nos
trazamos.
A Luis Rodríguez por su apoyo incondicional como guía para la culminación
de este estudio.
A los Profesores Jorge Rojas y Eberth Cardozo por sus asesorías como
tutor metodológico y académico de este estudio.
Al Profesor Roger Medina por sus asesorías para el logro de nuestros
objetivos que nos sirvieron de gran ayuda sus consejos técnicos y recursos
bibliográficos brindados, para la elaboración de este proyecto.
A CVG BAUXILUM por el apoyo brindado y a los habitantes de la comunidad
de Cambalache por su recepción.
Al Jurado calificador de este trabajo ya que sin su aprobación no
hubiésemos podido culminar esta meta en nuestras vidas.
A Todos Ustedes y a los que de una manera u otra nos ayudaron a cumplir
otra meta más en nuestras vidas….
¡Muchas Gracias!

vi
RESUMEN
El propósito de este estudio fue diseñar y fabricar máquina para la
producción de ladrillos a base de lodo rojo; existente en el sistema de
lagunas de oxidación ubicadas en la comunidad de cambalache. Este se
ubica en una investigación de tipo descriptiva con un diseño de campo,
apoyada en la documental; donde se tomo como muestra a 30 habitantes de
la comunidad, obteniendo los datos directamente de la realidad, a través de
la aplicación de una encuesta dirigida principalmente a representantes de los
Consejos Comunales. Los datos fueron procesados mediante el análisis
cuantitativo (Método de Hanlon, Diagrama del árbol y Soluciones, Matriz
FODA) y el análisis cualitativo (cuadro de frecuencia porcentual y grafico de
pastel); llegando a la conclusión de haber desarrollado un diseño propio
cumpliendo con todos los elementos de entradas y componentes
establecidos, comprobando mediante cálculos la resistencia de carga y
selección de materiales adecuados y por último mediante pruebas se alcanzo
la operatividad de la máquina desarrollando práctica operativa para
garantizar su buen funcionamiento.
Autores:
- Amarista, Juan
- González, Miguel
- Guaita, Alexandra
- Maita, Rafael
Tutor Metodológico: Ing. Jorge Rojas
Tutor Técnico: Ing. Eberth Cardozo

vii
ÍNDICE GENERAL
Pág.
Introducción……………………………………………………………….. 01
PARTE I – EL PROBLEMA
1.1 Planteamiento del Problema………………………………………… 03
1.2 Justificación…………………………………………………………… 07
1.3 Objetivos de la Investigación……………………………………….. 10
1.3.1 Objetivo General…………………………………………………… 10
1.3.2 Objetivos Específicos……………………………………………… 11
1.4 Alcance………………………………………………………………… 11
1.5 Limitaciones…………………………………………………………… 12
PARTE II – MARCO TEÒRICO
2.1 Antecedentes de la Investigación………………………………….. 13
2.2 Bases Teóricas……………………………………………………….. 14
2.2.1 Procesos Desarrollados en la empresa Bauxilium, Materias
Primas y Principales Áreas...……………………………………... 14
2.2.2 Lodo Rojo…………………………………………………………… 16
2.2.3 Aspectos a Considerar por un Diseñador Mecánico…………… 17
2.2.4 Proceso de Diseño Mecánico…………………………………….. 18
2.2.5 Funciones, Requisitos de Diseño y Criterios de Evaluación…. 19
2.2.6 Integración de los Elementos de Máquina en un Diseño
Mecánico…………………………………………………………..... 20
2.2.7 Cálculos de Diseño………………………………………………… 21
2.2.8 Tamaños Básicos Preferidos, Roscas de Tornillos y Perfiles
Estándar…………………………………………………………….. 22
2.2.8.1 Tamaños Básicos Preferidos…………………………………… 22

viii
2.2.8.2 Roscas de Tornillos Estadounidense Normalizada………….. 23
2.2.8.3 Perfiles Estructurales de Acero………………………………… 25
2.2.9 Sistemas de Unidades y Factores de Conversión……………… 34
2.2.10 Diferencia entre Peso, Fuerza y Masa…………………………. 36
2.2.11 Materiales en el Diseño Mecánico……………………………… 36
2.2.11.1 Clasificación de Metales y Aleaciones………………………. 37
2.2.11.2 Aceros al Carbón y Aleados…………………………………... 38
2.2.11.3 Sistemas de Designación……………………………………… 39
2.2.11.4 Importancia del Carbono………………………………………. 40
2.2.11.5 Aceros Inoxidables……………………………………………... 41
2.2.11.6 Aceros Estructurales…………………………………………… 44
2.2.11.7 Selección de Materiales……………………………………….. 46
2.3 Definición de Términos Básicos…………………………………….. 46
PARTE III – MARCO METODOLÒGICO
3.1 Tipo de Investigación………………………………………………… 48
3.2 Técnicas de Recolección de datos…………………………………. 52
3.3 Técnicas de Análisis de datos………………………………………. 54
3.4 Población……………………………………………………………… 56
3.5 Muestra………………………………………………………………... 57
PARTE IV – ANÀLISIS DE RESULTADOS
4.1Describir Elementos de Entrada para la Fabricación de la
Máquina………………………………………………………………… 63
4.2 Describir Componentes de la Máquina a Fabricar……………….. 65
4.3 Calcular los Elementos y Seleccionar los Materiales Adecuados
para la Fabricación de la Máquina………………………………..... 68
4.4 Elaborar Planos de la Máquina a Fabricar………………………… 90

ix
4.5 Construir Máquina y Puesta en Marcha el Funcionamiento de la
Misma………………………………………………………………….. 92
4.6 Calcular Costos Asociados a la Fabricación de la Maquina y la
Producción de Ladrillos……………………………………………… 105
Conclusiones…………………………………………………………….... 110
Recomendaciones………………………………………………………... 113
Referencias Bibliográficas………………………………………………. 115
Apéndices………………………………………………………………….. 118

x
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla Nº 01: Tamaños Básicos Preferidos………………………………. 23
Tabla Nº 02: Roscas de Tornillos Estadounidense…………………….. 24
Tabla Nº 03: Dimensiones de Roscas de Tornillos Métricas………….. 25
Tabla Nº 04: Propiedades de los Ángulos de Aceros de lados iguales
y lados desiguales (Perfiles L)…………………………….. 27
Tabla Nº 05: Canales de Acero (Perfiles C)…………………………….. 28
Tabla Nº 06: Propiedades de Aceros de las Vigas de Patín Ancho
(Perfiles W)…………………………………………………... 29
Tabla Nº 07: Propiedades de las Vigas de Acero Estadounidense
(Perfiles S)…………………………………………………... 30
Tabla Nº 08: Propiedades del Tubo Estructural de Acero Cuadrado y
Rectangular………………………………………………….. 32
Tabla Nº 09: Propiedades del Tubo de Acero, Forjado, sin Costura y
Soldado Cedula 40 Estándar Nacional Americano……… 33
Tabla Nº 10: Unidades Típicas que se Usan en el Diseño de
Maquinas…………………………………………………….. 34
Tabla Nº 11: Conversión de Unidades Inglesas a Unidades Si :
Cantidades Básicas………………………………………… 35
Tabla Nº 12: Otros Factores de Conversión…………………………….. 35
Tabla Nº 13: Propiedades Representativas de Aceros Aleados al
Carbón……………………………………………………….. 39
Tabla Nº 14: Propiedades de los Aceros Inoxidables…………………. 43
Tabla Nº 15: Propiedades de los Aceros Estructurales……………….. 45
Cuadro Nº 01: Distribución Absoluta y Porcentual del Ítems 1………... 61
Tabla Nº 16: Materiales de Fabricación de la Máquina………………… 93

xi
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Grafico Nº 01: Prueba Diagnostica……………………………………….. 62
Figura Nº 01: Componentes de Máquina a Fabricar…………………… 65
Figura Nº 02: Deflexión de Vigas…………………………………………. 74
Figura Nº 03: Columna…………………………………………………….. 77
Figura Nº 04: Columna…………………………………………………….. 77
Figura Nº 05: Mecanismo de Presión…………………………………….. 85
Figura Nº 06: Mecanismo de Palanca……………………………………. 85
Figura Nº 07: Mecanismo de Presión…………………………………….. 85
Figura Nº 08: Figura Geométrica del Mecanismo de Presión…………. 86
Figura Nº 09: Mecanismo de Palanca……………………………………. 87
Figura Nº 10: Figura Aplicada al Mecanismo……………………………. 88
Figura Nº 11: Dimensiones del Ladrillo…………………………………... 89
Figura Nº 12: Secciones del Molde………………………………………. 90
Figura Nº 13: Presión del Molde………………………………………….. 90
Figura Nº 14: Planos de Máquina a Fabricar……………………………. 91

1
INTRODUCCIÓN
El Diseño industrial es un tema del diseño que busca crear o modificar
objetos o ideas para hacerlos útiles, prácticos o atractivos visualmente, con la
intención de crear necesidades del ser humano, adaptando los objetos e
ideas no solo en su forma sino también las funciones de éste, su concepto,
su contexto y su escala, buscando lograr un producto final innovador.
El diseño industrial sintetiza conocimientos, métodos, técnicas, creatividad y
tiene como meta la concepción de objetos de producción industrial,
atendiendo a sus funciones, sus cualidades estructurales, formales y
estéticas simbólicas, así como todos los valores y aspectos que hacen a su
producción, comercialización y utilización, teniendo al ser humano como
usuario. Es una actividad creativa, que establece las cualidades polifacéticas
de objetos, de procesos, de servicios y de sus sistemas en ciclos vitales
enteros. Por lo tanto, el diseño es el factor central de la humanización
innovadora de tecnologías y el factor crucial del intercambio económico y
cultural.
En este sentido el proyecto tiene como finalidad Diseñar y Fabricar Maquina
para la Producción de Ladrillos a Base de Lodo Rojo. Este material es vertido
por la Empresa Bauxilum como desecho de su proceso conocido como Bayer
al sistema de lagunas de oxidación ubicadas en la comunidad de
cambalache desde el año 1.979 alcanzando un estimado de veintidós (22)
millones de toneladas depositadas.
Por ende la importancia de esta investigación, se basa en contribuir en la
disminución de la contaminación existente en el sistema de lagunas de

2
oxidación de la comunidad de cambalache a través del desarrollo de la
propuesta.
La modalidad de la investigación es de tipo descriptiva con un diseño de
campo y documental que permite obtener los datos a través de la aplicación
de una encuesta dirigida a los habitantes de la comunidad de Cambalache
(representantes de los consejos comunales y colaboradores). La línea de
investigación es la sustitución de importaciones, la cual es orientada a la
solución del problema planteado de la comunidad antes mencionada.
El proyecto de investigación se estructura de la siguiente manera:
Capítulo I: Planteamiento del problema, Justificación, Objetivos de la
Investigación, Alcance y Limitaciones.
Capítulo II: Marco Teórico consta de los Antecedentes de la Investigación,
Bases teóricas y Definición de Términos Básicos.
Capítulo III: Presenta la Metodología de la Investigación que comprende el
Tipo de Investigación, Técnica de Recolección y Análisis de Datos y
Población y Muestra.
Capítulo IV: Está compuesto por el Análisis e Interpretación de los
Resultados en donde se presentan los Resultados de los Objetivos
establecidos.
Por último se presentan las Conclusiones y Recomendaciones, las
Referencias Bibliográficas utilizadas y Apéndices de la investigación.

3
PARTE I
EL PROBLEMA
Corresponde a esta primera parte del Proyecto dentro del proceso de una
investigación, el cual comprende los siguientes aspectos: Planteamiento del
Problema, Justificación, Objetivo General y Específicos, Alcance y
Limitaciones.
1.1 Planteamiento del Problema
Acabamos de salir del siglo XX, el siglo de la tecnología. En él observamos
desde la invención de la imprenta y la electricidad, hasta la clonación y el
descubrimiento del genoma. Desde este punto de vista muy superficial,
pudiéramos pensar "que grande es el hombre", y en cierta forma lo es, pero
si nos ponemos a verlo desde otro punto de vista, si en vez de fijarnos en los
logros, nos fijamos en el daño que nos han dejado, otra es la perspectiva de
la situación.
En medio del auge humano por superarse, y empujar los límites de la
tecnología, nunca se pensó en los daños, a gran escala, que se le harían al
planeta. No estamos insinuando que sea malo el progreso, pero sí que fue un
error no prever lo que causaría al ser inadecuadamente implementado.
La tecnología al no ser adecuadamente implementada genera graves
contaminaciones los cuales son uno de los problemas ambientales más
importantes que afectan al mundo y nuestro país no escapa de ello y surge
cuando se produce un desequilibrio, como resultado de la adición de

4
cualquier sustancia al medio ambiente, en cantidad tal, que cause efectos
adversos en el hombre, en los animales, vegetales o materiales expuestos a
dosis que sobrepasen los niveles aceptables en la naturaleza y que a medida
que han pasado los años ha crecido notoriamente por la sobrepoblación y la
necesidad del hombre en buscar y desarrollar grandes inventos.
La contaminación puede surgir a partir de ciertas manifestaciones de la
naturaleza (fuentes naturales) o bien debido a los diferentes procesos
productivos del hombre (fuentes antropogénicas) que conforman las
actividades de la vida diaria.
Tal es el caso del proceso productivo de la Empresa Bauxilum, el cual
corresponde a las extracciones de Bauxita y la producción de alúmina a
través del proceso Bayer, el cual genera un residuo o desecho que se
conoce como Lodo Rojo. Este material es actualmente diluido en agua y
bombeado a las lagunas cuyos diques están especialmente preparados y son
continuamente inspeccionados. El licor remanente en las lagunas es
recolectado y retornado a planta para ser usado para fluidificar el lodo y
facilitar su transporte por las tuberías así como para el lavado del mismo.
El lodo rojo es una suspensión solido-liquido, constituida principalmente entre
un 20% a 30% de sólidos y una solución acuosa caustica. Los sólidos están
constituidos por una fracción gruesa formada principalmente por arena
silícica y una fracción muy fina con un alto contenido de óxidos de hierro.
Además contiene oxido de aluminio residual, sílice, oxido de titanio y soda
caustica (NaOH), esta última disuelta en la fracción liquida.
El problema es que la Empresa Bauxilum deposita su desecho de producción
Lodo Rojo en tres lagunas de oxidación ubicadas en la comunidad de

5
Cambalache desde el año 1.979 cuando fue construido este sistema lagunar
con un diseño de veintiún años de vida útil. Debido a que la capacidad del
sistema original ya fue agotada se han hecho modificaciones para prolongar
su vida, como elevaciones de los diques y construcción de diques filtrantes.
Sin embargo dichas lagunas actualmente presentan problemas de filtraciones
debido a falta de obras de ingeniería que las acondicione para recibir el
producto del proceso y al gran volumen en ellas depositadas (lodo rojo y
agua de lluvia); permitiendo el paso de este material a otras lagunas
naturales y muy posiblemente al río Orinoco, aunque no haya sido
comprobado hasta los momentos. Además en periodos de lluvias por el
aumento del volumen en las lagunas existe la posibilidad que ocurra
desbordamientos aunque nunca haya sucedido.
El almacenamiento de los Lodos Rojos constituye un problema de gran
magnitud para la industria del aluminio. Las bajas velocidades se
sedimentación de este material requiere cada vez de mayores extensión es
de terrenos. Por otro lado la soda caustica (NaOH) constituye un factor de
contaminación ambiental el cual ha generado graves denuncias por la muerte
de especie de peces que habitaban en la laguna.
De acuerdo a lo antes expuesto y según sus propios habitantes, el lodo rojo
genera gran contaminación a la laguna de oxidación de la comunidad de
Cambalache, causando grandes problemas como la disminución de la fauna
y flora, también que al soplar el viento todos los olores se dispersan
causando en muchas ocasiones afecciones a los habitantes como
enfermedades respiratorias o de la piel, entre otros, conocido a través del
levantamiento del diagnostico situacional (Véase Apéndice A).

6
Con esta premisa se tiene la necesidad de generar posibles soluciones a
esta problemática de como contribuir a disminuir esta contaminación
aprovechando el material antes mencionado, partiendo de estudios
realizados por la propia empresa Bauxilum que afirman que este sirve para la
fabricación de ladrillos de exteriores; ya que para interiores no ha sido
comprobado su uso y con la participación de la comunidad organizada en
cooperativas o los consejos comunales se puede llevar a cabo la ejecución
de este proyecto, con la finalidad de mejorar la calidad de vida de los
habitantes y la generación de fuentes de empleo en la comunidad.
De allí surge la propuesta de diseñar y fabricar máquina para la producción
de ladrillos a base de lodo rojo para aprovechar el material proveniente del
proceso productivo de la Empresa Bauxilum , vertido al sistema de laguna de
oxidación de la comunidad de cambalache, en un trabajo mancomunado
entre profesionales, trabajadores de la propia empresa y habitantes de la
comunidad.
Esta propuesta tiene como finalidad contribuir a disminuir la cantidad de lodo
rojo existente que según datos suministrado por la propia empresa alcanzan
los veintidós (22) millones de toneladas de material depositados al sistema
de lagunas y a su vez contribuir en la disminución de la contaminación
causada por esta problemática.
También va a permitir integrar a la comunidad al promover la consolidación
de cooperativas o unidades de producción social para fabricar y manufacturar
los ladrillos de exteriores a base de la materia prima antes mencionada que
pueda contribuir a generar empleos directos e indirectos y mejorar la calidad
de vida de sus habitantes. Teniendo en cuenta que el uso de estos ladrillos

7
es para fabricación de exteriores tales como cercas o muros, porches,
galpones entre otros.
1.2 Justificación
Las razones principales por la cuales se proponen Diseñar y Fabricar una
máquina para la producción de ladrillos a base de lodo rojo, vertido por la
Empresa Bauxilum al sistema de lagunas de oxidación ubicadas en la
comunidad de cambalache, son las siguientes:
Socialmente: La comunidad de Cambalache mejorara su calidad de vida al
crecer económicamente a través de la generación de empleos directos e
indirectos y socialmente al contribuir en la disminución de la problemática
existente actualmente por la cantidad de lodo rojo vertido en el sistema de
lagunas de oxidación de la comunidad de cambalache. También porque los
habitantes de dicha comunidad organizados en cooperativas, pequeñas
empresas de producción social; con el apoyo de los consejos comunales y la
empresa Bauxilum, serán los que producirán y manufacturaran los ladrillos
para uso de exteriores dirigidos a clientes que tengan las necesidades de
galpones, muros, porches, entre otros.
Ambientalmente: Se contribuirá en la disminución de la cantidad de lodo
rojo vertido al sistema de lagunas de oxidación ubicado en la comunidad
antes mencionada lo que ha generado gran contaminación ambiental el cual
según sus propios habitantes ha causado disminución de la flora y fauna,
enfermedades respiratorias y de la piel e intranquilidad en la población por un
futuro incierto ante tal situación que puede repercutir hasta en la
contaminación del río Orinoco por sobresaturación de la laguna, el cual no ha

8
sido comprobado hasta los momentos; pero que es mejor tratar ahora esta
problemática con la finalidad de evitarlo.
Legalmente: Porque las leyes Venezolanas respaldan a toda comunidad a
vivir en un lugar sin contaminación como lo establece la Constitución de la
República Bolivariana de Venezuela en los siguientes artículos:
Capítulo IX. De los Derechos Ambientales
Artículo 127. Es un derecho y un deber de cada generación proteger y
mantener el ambiente en beneficio de sí misma y del mundo futuro. Toda
persona tiene derecho individual y colectivamente a disfrutar de una
vida y de un ambiente seguro, sano y ecológicamente equilibrado. El
Estado protegerá el ambiente, la diversidad biológica, los recursos genéticos,
los procesos ecológicos, los parques nacionales y monumentos naturales y
demás áreas de especial importancia ecológica. El genoma de los seres
vivos no podrá ser patentado, y la ley que se refiera a los principios bioéticos
regulará la materia.
Es una obligación fundamental del Estado, con la activa participación
de la sociedad, garantizar que la población se desenvuelva en un
ambiente libre de contaminación, en donde el aire, el agua, los suelos,
las costas, el clima, la capa de ozono, las especies vivas, sean
especialmente protegidos, de conformidad con la ley.
Artículo 129. Todas las actividades susceptibles de generar daños a los
ecosistemas deben ser previamente acompañadas de estudios de
impacto ambiental y socio cultural. El Estado impedirá la entrada al país
de desechos tóxicos y peligrosos, así como la fabricación y uso de armas

9
nucleares, químicas y biológicas. Una ley especial regulará el uso, manejo,
transporte y almacenamiento de las sustancias tóxicas y peligrosas.
En los contratos que la República celebre con personas naturales o jurídicas,
nacionales o extranjeras, o en los permisos que se otorguen, que afecten los
recursos naturales, se considerará incluida aun cuando no estuviera expresa,
la obligación de conservar el equilibrio ecológico, de permitir el acceso a la
tecnología y la transferencia de la misma en condiciones mutuamente
convenidas y de restablecer el ambiente a su estado natural si éste resultara
alterado, en los términos que fije la ley.
Técnicamente: De acuerdo al desarrollo del Proyecto este se vincula
directamente con la IV línea del Plan Nacional Simón Bolívar: Modelo
Productivo Socialista que tiene como objetivo desarrollar el nuevo modelo
productivo endógeno como base económica del Socialismo del Siglo XXI y
alcanzar un crecimiento sostenido y promover la conformación de Empresas
o unidades de Producción social. También se encuentra alineado con el PNF
de Mantenimiento en las áreas de Diseño y Fabricación, línea de
investigación de Sustitución de Importaciones y en las Unidades Curriculares
involucradas para el desarrollo del proyecto: Taller de Mantenimiento, Dibujo,
Física, Mecánica Aplicada, Tecnología de Fabricación y Resistencia de los
Materiales.
Empresa que puede apoyar el proyecto: Hasta los momentos la empresa
BAUXILUM se encuentra muy interesada en apoyar el proyecto ya que son
sus propios trabajadores y estudiantes del PNF en Mantenimiento de la
Universidad Politécnica del Estado Bolívar que generaron la propuesta para
así lograr los mecanismos necesarios para la disminución del lodo rojo
existente en la alguna de oxidación de cambalache a través del

10
aprovechamiento del material para la fabricación de un producto que puedan
producir y manufacturar la propia comunidad, logrando así la participación e
integración de los habitantes del sector organizados en cooperativas o
pequeñas empresas de producción social.
También es importante resaltar que el desarrollo de la propuesta incrementa
el conocimiento existente a través de los valores teóricos y prácticos, que se
desarrollarán para diseñar y fabricar máquina para producir ladrillos a base
del lodo rojo existente en la comunidad de cambalache.
Esta propuesta representa la oportunidad a los profesionales y estudiantes
del PNF en Mantenimiento de la Universidad Politécnica del Estado Bolívar
de conocer y trabajar bajo los nuevos enfoques de educación que permiten
desarrollar ideas e innovaciones con visión de integración entre la institución,
población estudiantil, sociedad y empresas.
La propuesta traerá beneficio no solamente para los estudiantes al lograr
sus objetivos, sino a la comunidad de Cambalache al mejorar su calidad de
vida y a la empresa Bauxilum al lograr disminuir el impacto ambiental
generado por su proceso Bayer.
1.3 Objetivos de la Investigación
Objetivo General
Diseñar y Fabricar Máquina para la Producción de Ladrillos a Base de Lodo
Rojo.

11
Objetivos Específicos
 Describir elementos de entrada para la fabricación de la máquina.
 Describir componentes de la máquina a fabricar.
 Calcular elementos y seleccionar los materiales adecuados para la
fabricación de máquina.
 Elaborar planos de la máquina a fabricar.
 Construir máquina y puesta en marcha del funcionamiento de la
misma.
 Calcular costos asociados a la fabricación de la máquina y la
producción de ladrillos.
1.4 Alcance
La investigación tiene un alcance de diseñar y fabricar máquina para la
producción de ladrillos, usando como base el lodo rojo el cual es un material
proveniente del proceso Bayer de la empresa Bauxilum vertido al sistema de
lagunas de oxidación, ubicadas en la comunidad de Cambalache.
La investigación se baso en los análisis realizados por la propia empresa
Bauxilum del material lodo rojo antes de la producción de los ladrillos. Por lo
que no se incluyen en este estudio los análisis físicos o químicos después
de la producción de estos; porque no se cuenta ni con el tiempo ni los
recursos necesarios para hacerlos, sin embargo serán contemplados para la
mejora del proyecto y objeto de estudio de otra propuesta.

12
1.5 Limitaciones
Dentro de los principales obstáculos que se presentaron durante el inicio de
la investigación fue la falta de credibilidad de la propuesta por parte de la
comunidad en estudio; ya que estos afirmaban que en muchas ocasiones
muchos organismos del gobierno les ofrecían ayudarlos y nunca les
cumplían. Por lo que se dificulto el proceso para la toma de la muestra de la
investigación con la finalidad de garantizar que esta fuera representativa.

13
PARTE II
MARCO TEÒRICO
2.1 Antecedentes de la Investigación
Salazar, M. (2008). Gerencia de Desarrollo Endógeno Bauxilum
“Conformación de UPS Manufactura de Elementos de Construcción con
la utilización de lodo rojo y la participación de la comunidad de
Cambalache”. Esta propuesta se encuentra basada en los siguientes
antecedentes:
La evaluación de la utilización de “Lodo Rojo” para la manufactura de ladrillos
para la construcción de viviendas, comenzó su proceso con la contratación
del Parque Tecnológico Sartenejas (PTS) por parte de la Gerencia Manejo de
Lodos de CVG Bauxilum para llevar a cabo el proyecto titulado “Estudio de
Factibilidad de Producción de Elementos de Construcción, a partir de los
relaves rojos”.
Este estudio produjo dos conclusiones:
a) A escala de laboratorio, con una mezcla preparada de 70% lodo rojo y
30% arcilla y utilizando técnicas de prensado, es posible manufacturar un
ladrillo que cumpla con las especificaciones de la norma COVENIN 1-78, en
cuanto a resistencia a la compresión e índice de absorción.

14
b) Los elementos a manufacturar deben ser utilizados en áreas abiertas no
residenciales, por cuanto su efecto en espacios confinados no han sido
evaluados.
Con los resultados anteriores, se realizaron prototipos de ladrillos en conjunto
con peritos de la empresa Cerámicas Carabobo y se determinó que la
fabricación de ladrillos cocidos es técnicamente posible.
La Gerencia de Manejo de lodos posteriormente, remitió el caso a la
Gerencia de Desarrollo Endógeno, para que avanzara en el desarrollo de un
esquema de participación de las comunidades en la implementación de un
proceso piloto de manufactura de elementos de construcción para la
edificación de un muro perimetral a la empresa, pasando por la consolidación
de la tecnología del proceso productivo, generando una propuesta en
conjunto y organizando, capacitando a los participantes provenientes de la
comunidad y hasta los momentos dicha propuesta no ha llegado a
materializarse por falta de recursos económicos.
2.2 Bases Teóricas
2.2.1 Procesos Desarrollados en la Empresa Bauxilum, Materias Primas
y Principales Áreas
Para llevar a cabo el desarrollo de la propuesta de Diseñar y fabricar
Máquina para la Producción de Ladrillos de Exteriores a Base de Lodo Rojo
vertido al sistema de Lagunas de Oxidación ubicadas en la Comunidad de
Cambalache fue necesario conocer primero el proceso desarrollado dentro
de la empresa Bauxilum, información obtenida a través de su portal en

15
internet http://www.bauxilum.com/procesos.php#. 2005 y que se muestra a
continuación:
La planta de alúmina de CVG Bauxilum aplica el proceso Bayer (Proceso de
digestión a baja presión y baja temperatura) a fin de asegurar una buena
producción y eficiencia para la extracción de una alúmina de alto grado
desde el mineral de bauxita.
Las Materias primas utilizadas son Bauxita, soda cáustica, cal viva,
floculante, agua, gas natural, energía eléctrica y cantidades menores de
materias primas misceláneas como ácido sulfúrico y ácido clorhídrico.
Este proceso está dividido en tres grandes áreas: Manejo de Materiales,
Lado Rojo y Lado Blanco.
 Manejo de Materiales
El área de Manejo de Materiales está conformada por los equipos que
permiten el manejo de la bauxita, soda cáustica y la exportación del producto
final. La planta de alúmina cuenta con unidades para el apilado y
recuperación de la bauxita.
 Lado Blanco
En el lado blanco, después de haberse filtrado la suspensión de aluminato de
sodio, ésta pasa a una fase de enfriamiento por expansión que la
acondiciona (sobresatura) para la fase de precipitación donde se obtiene el
hidrato de alúmina.

16
 Lado Rojo
El lado rojo permite la reducción del tamaño de las partículas de mineral, la
extracción de la alúmina contenida en la bauxita y la separación de las
impurezas que acompañan a la alúmina.
2.2.2 Lodo Rojo
Es un residuo sólido que se genera en el proceso Bayer, el principal método
industrial para producir alúmina a partir de bauxita. Una planta media de
refinería produce una cantidad de barro rojo de entre una y dos veces la
cantidad de alúmina producida, aunque la proporción de lodo generado varía
en función del tipo de bauxita usada.
Está compuesto por una mezcla de impurezas sólidas, metálicas y constituye
uno de los problemas de eliminación de residuos más importantes de la
industria del aluminio. El característico color rojo se debe a la presencia de
hierro oxidado, que puede llegar a representar hasta un 60% de la masa del
residuo. Además del hierro, las partículas más abundantes son el sílice, el
aluminio y el dióxido de titanio.
El barro rojo no se puede eliminar fácilmente. En la mayoría de los países en
los que se genera lodo rojo, éste es almacenado en un depósito o estanque.
Presenta el problema de que, cuando ocupa una superficie, esa zona ya no
es apta para edificar ni para cultivar, aún cuando el lodo ya se ha secado.
Debido al proceso Bayer, el barro rojo es una sustancia altamente básica,
con un PH de entre 10 y 13. Por este motivo, actualmente se emplean varios
métodos para rebajar el pH a unos niveles a los que se reduzca su impacto

17
medioambiental y se investiga el modo de utilizar el lodo para otras
aplicaciones.
Actualmente el lodo rojo como subproducto de la producción de alúmina
contiene aquellos componentes de la bauxita que no son disueltos en
digestión. Este se encuentra contaminado con silicato de alúmina-sodio
formado durante la desilicación, los componentes de calcio y aluminato de
sodio provenientes del arrastre del licor madre. El lodo rojo es diluido en
agua y bombeado a las lagunas cuyos diques están especialmente
preparados y son continuamente inspeccionados. El licor remanente en las
lagunas es recolectado y retornado a planta para ser usado para fluidificar el
lodo y facilitar su transporte por las tuberías así como para el lavado del
mismo.
2.2.3 Aspectos a Considerar por un Diseñador Mecánico
Teniendo como premisa la teoría descrita anteriormente y para lograr el
desarrollo del proyecto fue necesario conocer acerca de la naturaleza del
diseño mecánico y los elementos de maquinas, los cuales forman parte
integral y general del diseño mecánico.
Mott, R. (2006) expresa que lo principal a considerar es que los diseñadores
e ingenieros crean aparatos o sistemas que satisfagan necesidades
específicas y que para diseñar componentes, aparatos mecánicos; el
individuo debe ser competente en el diseño de elementos individuales que
componen el sistema. Pero también debe poder integrar varios componentes
y equipos en un sistema coordinado que satisfaga las necesidades de sus
clientes.

18
Entre otros el diseñador debe considerar los siguientes aspectos:
 Reconocer ejemplos de sistemas mecánicos.
 Enlistar los conocimientos de diseño que se requieren para efectuar un
diseño mecánico.
 Describir la importancia de integrar los elementos de máquina individuales
en un sistema mecánico.
 Describir los elementos principales del proceso de realización del
producto.
 Escribir las funciones y los requisitos del diseño para dispositivos
mecánicos.
 Establecer conjuntos de criterios para evaluar los diseños propuestos.
 Trabajar con las unidades adecuadas en cálculos de diseño mecánicos,
ya sea en el sistema inglés o en el sistema métrico SI.
 Distinguir entre fuerza y masa, expresarlos en forma correcta en ambos
sistema de unidades.
 Presentar los cálculos de diseño en forma profesional ordenados para
poder ser comprendidos y evaluados por otras personas que conozcan el
campo del diseño de máquinas.
2.2.4 Proceso de Diseño Mecánico
Según Mott, R. (2006) establece que el diseño mecánico tiene como objetivo
“Obtener un producto útil que satisfaga las necesidades de un cliente, y
además sea seguro, eficiente, confiable, económico y de manufactura
práctica” (p.09).

19
Para realizar el proceso de diseño mecánico es necesario tener los
siguientes conocimientos:
 Trazado, dibujo técnico y diseño asistido por computadora.
 Propiedades de los materiales, procesamiento de materiales y procesos
de manufactura.
 Aplicaciones de la química, como protección contra la corrosión,
galvanoplastia y pintura.
 Estática y dinámica, resistencia de los materiales, cinemática y
mecanismos.
 Comunicación oral, atención, redacción técnica y trabajo en equipo.
 Mecánica de fluidos, termodinámica y transferencia de calor.
 Máquinas hidráulicas, los fundamentos de los fenómenos eléctricos y
controles industriales.
 Diseño de experimentos y prueba de funcionamiento de materiales y
sistemas mecánicos.
 Creatividad, solución de problemas y gerencia de proyectos.
 Análisis de esfuerzos.
 Conocimientos especializados del comportamiento de elementos de
máquinas, como engranes, transmisiones de bandas, transmisiones de
cadenas, ejes, cojinetes, cuñas, acanaladuras, acoplamientos, sellos,
resortes, uniones (atornilladas, remachadas, soldadas, adhesivas),
motores eléctricos, dispositivos de movimientos lineal, embragues y
frenos.
2.2.5 Funciones, Requisitos de Diseños y Criterios de Evaluación
Las funciones, los requisitos de diseño y los criterios de evaluación según
Mott, R. (2006) son:

20
 Funciones: indican lo que debe hacer el dispositivo mediante
afirmaciones generales no cuantitativas, donde se unas frases de acción
tales como soportan una carga, subir una caja, transmitir potencia o
mantener unidos los miembros estructurales.
 Parámetros de diseño: son declaraciones detalladas, en general
cuantitativas de los valores esperados de funcionamiento, condiciones
ambientales en las que debe trabajar el dispositivo, las limitaciones de
espacio o peso o materiales o componentes disponibles que puedan
usarse.
 Criterios de evaluación: son declaraciones de características
cualitativas deseables en un diseño, que ayudan a que el diseñador
decida que opción de diseño es la optima; esto es, el diseño que
maximice las ventajas y minimice las desventajas.
2.2.6 Integración de los elementos de maquina en un diseño mecánico
El diseño mecánico es el proceso de diseñar o seleccionar componentes
mecánicos para conjuntarlos y lograr una función deseada, el autor Mott, R.
(2006) afirma que “los elementos de máquinas deben ser compatibles,
acoplarse bien entre si y funcionar en forma segura y eficiente” (p.14).
El diseñador no solo debe considerar el desempeño del elemento diseñado,
sino también los elementos con que debe interactuar.

21
2.2.7 Cálculos de Diseño
Es importante anotar los cálculos en forma pulcra, compleja y ordenada.
Deberá explicar cómo ataco el diseño, que datos uso, que hipótesis y juicios
planteo.
También con frecuencia es útil tener un registro exacto de sus cálculos de
diseños si es probable que ese diseño tenga cambios. En todos esos casos
debe comunicar su diseño a otros por escrito y con figuras.
Para preparar un registro según lo establecido por el autor Mott, R. (2006) en
forma general es necesario tomar en cuenta los siguientes:
 Identificar el elemento de máquina que será diseñado y la naturaleza
del cálculo del diseño.
 Trazar un esquema del elemento que muestra todas las propiedades
que afectan el funcionamiento o el análisis de esfuerzos.
 Mostrar en un esquema las fuerzas que actúan sobre el elemento (el
diagrama de cuerpo libre) y trazar otros dibujos para aclarar el caso
físico real.
 Identificar el tipo de análisis a efectuar tal como el esfuerzo por flexión,
deflexión de una viga, pandeo de una columna entre otros.
 Enlistar todos los datos y las hipótesis.
 Escribir las fórmulas a usar en forma de símbolos e indicar con
claridad los valores y las unidades de las variables que intervienen. Si
una formula potencial no se conoce bien en su trabajo cite la fuente.
La persona podrá consultarla para evaluar lo adecuado de la fórmula.
 Resolver cada fórmula para la variable deseada.
 Insertar datos, comprobar unidades y desarrollar los cálculos.

22
 Juzgar lo adecuado del resultado.
 Si el resultado no es razonable, cambiar las decisiones del diseño y
repetir el cálculo. Quizás sea más adecuada una geometría o un
material distintos.
 Cuando se ha llegado a un resultado razonable y satisfactorio,
especifique los valores definitivos de todos los parámetros importantes
en el diseño, usando tamaños normalizados, dimensiones cómodas,
materiales que se consigan con facilidad, entre otros.
2.2.8 Tamaños Básicos Preferidos, Roscas de Tornillos y Perfiles
Estándar
Según Mott, R. (2006) considera que una de las responsabilidades de
un diseñador es especificar las dimensiones finales de los elementos
que soportan cargas. Después de completar los análisis de esfuerzos
y deformación, el diseñador conocerá los valores mínimos aceptables
de las dimensiones, los cuales aseguraran que el elemento cumpla
con los requisitos de funcionamiento. Entonces de forma usual el
diseñador especifica que las dimensiones finales sean uniformadas, o
tengan valores adecuados que faciliten la compra de materiales y la
manufactura de las piezas.
Seguidamente se presentan algunas guías para ayudar en estas
decisiones y especificaciones:
2.2.8.1 Tamaños Básicos Preferidos
La tabla que se muestra a continuación presenta los tamaños básicos
preferidos en fracciones de pulgadas, decimales de pulgadas y

23
métricos. En la parte final del diseño se elige uno de estos tamaños
preferidos.
Tabla Nº 01
Tamaños Básicos Preferidos
Fuente: Mott, R. (2006)
Tabla A2-1(p.A-3)
2.2.8.2 Roscas de Tornillos Estadounidense Normalizada
Los tornillos y los elementos de máquina con uniones roscadas se
fabrican mediante dimensiones normalizadas para asegurar que las

24
piezas sean intercambiables, para permitir una fabricación cómoda,
con máquinas y herramientas normalizadas.
A continuación se presentan las tablas de Roscas de Tornillos
Estándar Estadounidense y seguidamente la de Dimensiones de
Roscas de Tornillos Métricas:
Tabla Nº 02
Roscas de Tornillos Estándar Estadounidense
Tabla A2-2 (p.A-4)

25
Tabla Nº 03
Dimensiones de Roscas de Tornillos Métricas
Tabla A2-3 (p.A-5)
2.2.8.3 Perfiles Estructurales de Acero
En este mismo orden de ideas el mismo autor Mott, R. (2006) comenta
en su obra que los fabricantes de acero suministran un gran conjunto
de perfiles estructurales estandarizados, eficientes en el uso del
material y fáciles de especificar e instalar en estructuras de
construcción o de armazones de máquinas. Comprenden los ángulos
estándar (perfiles L), canales (Perfiles C), vigas de patín ancho
(perfiles W), vigas estándar estadounidense (perfiles S), tubo
estructural y tuberías. Es importante resaltar que los perfiles W y S se

26
nombran con frecuencia como “vigas I” porque la forma de corte
transversal se aparece a la I mayúscula.
Se presenta a continuación las propiedades geométricas de algunos
perfiles estructurales de acero que abarcan gran variedad de tamaños,
en tablas que se mostraran a continuación y que proporcionaran datos
del área de la sección transversal (A), el peso por pie de longitud, la
ubicación del centroide de la sección transversal, su momento de
inercia (F), su modulo de sección (S) y su radio de giro.
Los valores de I y de S son importantes para analizar y diseñar vigas.
Para el análisis de las columnas se necesitan I y R.
 Ángulos de Acero (perfiles L)
Se llaman perfiles L por la apariencia transversal; con frecuencia a los
ángulos se usan como elementos a la tensión en armaduras y torres,
miembros de contorno para estructuras de máquinas, dinteles sobre
ventanas y puertas en construcción, refuerzas para placas grandes en
cajas y vigas, ménsulas y soportes de tipo cornisa para equipo.
A continuación se presenta la siguiente tabla de ángulos de acero
perfiles (L) para servir de guía en el proceso de selección y
determinación del mismo:

27
Tabla Nº 04
Propiedades de los Ángulos de Aceros de Lados Iguales y Lados
Desiguales (perfiles L)
Tabla A16-1 (p.A-31)
 Canales Estadounidense Estándar (perfiles C)
Estos canales se usan en aplicaciones parecidas a las de los ángulos.
El alma plana es los dos patines que formarían un perfil generalmente
más rígido que el de los ángulos. Los canales se utilizan como vigas o
columnas.

28
A continuación se presenta la tabla de propiedades de canales de
aceros estándar estadounidense, perfiles C:
Tabla Nº 05
Canales de Acero (perfiles C)
 Perfiles de Patín Ancho (perfiles W)
Los perfiles W tienen almas relativamente delgadas y patines algo más
gruesos, con espesor constante. La mayor parte del área de la sección
transversal esta en los patines, lo más alejada del eje centroidal
horizontal (eje y), con lo cual el momento de inercia es muy grande
para determinar cantidad de material.

29
A continuación se presenta la siguiente tabla de propiedades de
perfiles de patín ancho:
Tabla Nº 06
Propiedades de Acero de las Vigas de Patín Ancho (perfiles W)
 Vigas Estadounidense Estándar (perfiles S)
Gran parte de la descripción de los perfiles W se aplica también a los
perfiles S. Nuevamente se incluye el peso por pie de longitud en la
designación. En la mayor parte aunque no en todos los perfiles S, el
peralte real es igual al nominal. Los patines Son inclinados, con una
pendiente aproximada de 2 pulgadas en 12 pulgadas, parecida a la de
los perfile C. Los ejes X-Y se definen como se indica, con el alma
vertical.

30
Con frecuencia se prefieren los perfiles de patín ancho (perfiles W) a
los perfiles S porque sus patines son relativamente anchos, porque
tienen espesor constante en sus patines; además las propiedades de
las secciones son en general, mejores para determinados pesos y
peraltes como lo afirma el autor Mott, R. (2006).
Se presenta la siguiente tabla de las propiedades de las vigas de
acero estándar estadounidenses (perfiles S):
Tabla Nº 07
Propiedades de las Vigas de Acero Estándar Estadounidense
(perfiles S)

31
 Perfiles Estructurales Huecos (HSS, cuadrados y
rectangulares)
Con el aspecto y las propiedades de los perfiles estructurales
huecos (HSS, de hollow structural shape). Esos perfiles suelen
conformarse a partir de lámina plana y soldada longitudinalmente.
Las propiedades de las secciones consideran los radios de las
esquinas.
Los tubos laminados, cuadrados y rectangulares, son útiles en las
estructuras de maquinaria porque tienen buenas propiedades
transversales para elementos cargados a la flexión como vigas y
para la carga de torsión, porque la sección transversal es cerrada.
Los lados planos facilitan con frecuencia la unión de los miembros
entre sí o la fijación del equipo a ellos. Algunos marcos se sueldan y
forman una unidad que funciona como marco espacial rígido. El
tubo cuadrado proporciona una sección eficiente para las columnas.
En la tabla siguiente se presentan las propiedades del tubo
estructural de acero, cuadrado y rectangular:

32
Tabla Nº 08
Propiedades del Tubo Estructural de Acero Cuadrado y
Rectangular
 Tubo
Los perfiles circulares huecos (tubos) son muy eficientes cuando se
usan como vigas, elementos a torsión y columnas.

33
A continuación se presenta la siguiente tabla de las propiedades de
tubo de acero forjado sin costura y soldado cedula 40 estándar
nacional americano:
Tabla Nº 09
Propiedades del Tubo de Acero, Forjado sin Costura y Soldado
Cedula 40 Estándar Nacional Americano

34
2.2.9 Sistemas de Unidades y Factores de Conversión
Los cálculos para el diseño de máquinas se realizan utilizando algunas
unidades típicas inglesas o del sistema internacional de unidades SI; que se
muestran a continuación en las siguientes tablas:
Tabla Nº 10
Unidades Típicas que se Usan en el Diseño de Maquinas
Tabla 1-2 (p.25)

35
Tabla Nº 11
Conversión de Unidades Inglesas a Unidades SI: cantidades básicas
Tabla Nº 12
Otros Factores de Conversión

36
2.2.10 Diferencia entre Peso, Fuerza y Masa
Según Mott, R. (2006) la diferencia entre fuerza, masa y peso consiste en
que la Masa es la cantidad que contiene un cuerpo. Fuerza es un empuje o
un esfuerzo aplicado a un cuerpo, que causa un cambio en el movimiento del
mismo o alguna deformación en el. Mientras que peso se refiere a la
magnitud de la fuerza necesaria para sostener un cuerpo contra la influencia
de la gravedad.
Entonces la relación peso / masa es:
F = m* a o W = m*g
Donde:
F = fuerza
m = masa
a = aceleración
W = peso
g = aceleración de la gravedad
Y se usara g = 32,2 pies / s2
0 g = 9,81 m / s2
2.2.11 Materiales en el Diseño Mecánico
Es responsabilidad del diseñador especificar los materiales adecuados para
cada parte de un diseño mecánico. Lo primero que debe hacer es especificar
el material básico que usara para determinado componente de un diseño
mecánico. Posteriormente especificar las funciones del componente, los tipos
y magnitudes de carga que soportara y el ambiente en que funcionara.

37
Para la elección del material se deben considerar sus propiedades físicas y
mecánicas y adaptarlos a las expectativas deseadas y también las
propiedades de resistencia a la tensión y fluencia, ductilidad, resistencia al
corte, elasticidad, dureza, maquinabilidad, y tenacidad, entre otros, de
acuerdo al diseño a realizar como lo establece Mott, R. (2006) y para la
seleccionar el material es necesario considerar los siguientes:
2.2.11.1 Clasificación de Metales y Aleaciones
Varias asociaciones industriales asumen la responsabilidad del
establecimiento de normas para clasificar metales y aleaciones. Cada
una tiene su propio sistema de numeración, adecuado para
determinado metal a que se refiera la norma. Pero esto a veces causa
confusión, cuando hay una traslape entre dos o más normas y cuando
se usan distintos esquemas para identificar los metales.
Se ha ordenado, en cierta medida en la clasificación de los metales,
usar los Sistemas Unificados de Numeración (UNS, de Unified
Numbering Systems), definidos en la norma E 527.83 (reaprobada en
1997). Practica normalizada de numeración de metales y aleaciones
(UNS; Standard Practice for Numbering Metals and Alloys), por la
American Society for Testing and Materials o ASTM.
Además de la lista de los materiales bajo control de la misma ASTM,
UNS coordina las designaciones de los siguientes grupos:
- La Asociación del Aluminio (AA, Aluminum Association)
- El Instituto Estadounidense del Hierro y Acero (AISI, American Iron
and Streel Institute)

38
- La Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE, Society of Automotive
Engineers).
2.2.11.2 Acero al Carbón y Aleados
Es posible que el acero sea el material más usado en los elementos
de máquina por sus propiedades de gran resistencia, gran rigidez,
durabilidad y facilidad relativa de fabricación. Hay diversos tipos de
acero disponibles. En esta sección se describirán los métodos para
designar los aceros y los tipos más frecuentes de éstos.
El termino acero indica una aleación de hierro, carbono, manganeso y
uno más elementos importantes. El carbón tiene un gran efecto sobre
la resistencia, dureza y ductilidad de cualquier aleación de acero. Los
demás elementos afectan la capacidad de templabilidad, tenacidad,
resistencia a la corrosión, maquinabilidad y conservación de la
resistencia a altas temperaturas.
Los elementos de aleación principales contenidos en diversos aceros
son el azufre, fosforo, silicio, níquel, cromo, molibdeno y vanadio.
Se presenta a continuación la siguiente tabla referente a las
propiedades representativas de aceros aleados y al carbón para poder
seleccionar los materiales a utilizar:

39
Tabla Nº 13
Propiedades Representativas de Aceros Aleados y al Carbón
Tabla Apéndice 3 (p.A-6)
2.2.11.3 Sistema de Designación
El AISI es un sistema de designación con cuatro dígitos para el acero
al carbón como se mostrara en el ejemplo que se presenta a
continuación. Los dos primeros dígitos señalan el grupo específico de
aleaciones que identifica a los principales elementos aleantes, aparte

40
del carbono en el acero. Los últimos dos dígitos indican la cantidad de
carbono en el acero.
2.2.11.4 Importancia del Carbono
Aunque la mayor parte de aleaciones de acero consumen menos de
10% de carbono, éste se incluye en la designación debido a sus
efectos sobre las propiedades del acero. Como se ve en el ejemplo
anterior, los últimos dígitos indican el contenido de carbono, en
centésimas de porcentaje. Por ejemplo, cuando los dos últimos dígitos
son 20, la aleación contiene aproximadamente 0,20% de carbono. Se
admite algo de variación. El contenido de carbono en un acero con 20
puntos de carbón varía de 0,18% a 0,23%.
A medida que aumenta el contenido de carbono, también aumenta la
resistencia y la dureza, con las mismas condiciones de procesamiento
y tratamiento térmico. Ya que la ductilidad disminuye al aumentar el
contenido de carbono, la selección de un acero adecuado implica
cierto compromiso con resistencia y ductilidad.

41
Un acero al bajo carbon es aquel que tiene menos de 30% puntos de
carbono (0,30%). Estos aceros tienen relativamente baja resistencia,
pero buena capacidad para darles forma. En aplicaciones a elementos
de màquinas, cuando no se requiere alta resistencia, se especifican
con frecuencia aceros al bajo carbono. Si el desgaste es un problema
potencial, se pueden carburizar los aceros al bajo carbono en la
superficie externa de la parte y mejorar la combinación de las
propiedades.
Los aceros al medio carbón, o aceros medios, contienen de 30 a 50
puntos de carbono (0,30% a 0,50%). La mayoría de los elementos de
máquina que tienen necesidad de una resistencia de moderada a alta,
con requisitos de ductilidad bastante buena y dureza moderada,
provienen de este grupo.
Los aceros al alto carbón tienen de 50 a 95 puntos de carbono (0,50%
a 0,95%). El alto contenido de carbono proporciona mejores
propiedades de desgaste adecuadas para aplicaciones donde se
requiera filos cortantes duraderos, y para aplicaciones donde las
superficies estén sometidas a una abrasión constante. Las
herramientas, cuchillos, cinceles y muchos componentes de
implementos agrícolas requieren la aplicación de estos aceros.
2.2.11.5 Aceros Inoxidables
El término acero inoxidable caracteriza la alta resistencia a la corrosión
que presentan las aleaciones de este grupo. Para clasificarla como
acero inoxidable, la aleación debe contener un contenido mínimo de
cromo de 10%. La mayor parte tienen 12 a 18% de cromo.

42
El AISI designa la mayor parte de los aceros inoxidables como series
200, 300 y 400. Otro sistema de designación es el de numeración
unificada (UNS) establecido por SAE y ASTM.
Los tres grupos principales de aceros inoxidables son los austenìticos,
los ferrìticos y los martensìticos. Los aceros inoxidables austenìticos
pertenecen a las series de 200 y 300 AISI. Son grados para uso
general, con resistencia moderada. La mayor parte de ellos no se
pueden tratar térmicamente, y sus propiedades finales quedan
determinadas por la cantidad de trabajo: al temple que resulta se le
llama ¼ duro, ½ duro, ¾ duro y duro total. Esas aleaciones no son
magnéticas y se emplean en equipos típicos de procesamiento de
alimentos.
Los aceros inoxidables ferriticos pertenecen a la serie AISI 400, y se
les designa como 405, 409, 430, 446, entre otros. Son magnéticos y
trabajan bien a temperaturas elevadas de 1300ºF a 1900ºF (700ºC a
1040ºC), dependiendo de la aleación. No pueden tener tratamiento
térmico, pero se pueden trabajar en frio para mejorar sus propiedades.
Se aplican en la fabricación de tubos de intercambio de calor, equipo
de refinación de petróleo, molduras automotrices, piezas de hornos y
equipos químicos.
Los aceros inoxidables martensìticos también pertenecen a la serie
AISI 400, incluidos los tipos 403, 410, 414, 416, 420, 431 y 440. Son
magnéticos, se pueden tratar térmicamente y tienen mayor resistencia
que los de los de las series 200 y 300, pero conservan buena
tenacidad. Entre sus aplicaciones típicas están las piezas de motores

43
de turbinas, cuchillería, tijeras, piezas de bombas de válvulas,
instrumentos quirúrgicos, herrajes para aviones y herrajes marinos.
Tabla Nº 14
Propiedades de los Aceros Inoxidables

44
2.2.11.6 Aceros Estructurales
La mayor parte de los aceros estructurales reciben la designación de
los números ASTM. Un grado frecuente es el ASTM A36, que tiene un
punto de fluencia mínima de 36000 psi (248 MPa) y es dúctil. En
resumen, es un acero con bajo carbón y laminado en caliente,
disponible en láminas, placas, barras y perfiles estructurales: por
ejemplo, algunas vigas I, vigas estándar estadounidense, canales y
ángulos.
La mayor parte de las vigas de patín ancho (perfiles W) se fabrican en
la actualidad con acero estructural ASTM A992, cuyo punto fluencia es
de 50 a 65 ksi (448 MPa). Una especificación adicional es que la
relación máxima de punto de fluencia a resistencia a la tensión sea
0,85. Es un acero muy dúctil, que tiene un alargamiento mínimo de
21% en 2.00 pulgadas de longitud calibrada. Al usar este acero en
lugar del ASTM A36, de menor resistencia, se pueden emplear
miembros estructurales más ligeros, a un costo adicional mínimo o sin
costo alguno.
Los perfiles estructurales huecos (HSS, de hollow structural sections)
se fabrican con acero ASTM A500, que se forma en frio y se suelda, o
esta sin costura. Están comprendidos los tubos redondos, en
comparación con las formas moldeadas.
También se pueden especificar varios grados de resistencia. Algunos
de los productos HSS se fabrican con acero ASTM A501 moldeado en
caliente, cuyas propiedades son parecidas a las de los perfiles de
acero ASTM A36 laminado en caliente.

45
Muchos de los grados de acero estructural con mayor resistencia se
emplean para la construcción, para vehículos y para máquinas. Tienen
puntos de fluencia en el intervalo de 42000 a 100000 psi (290 a 700
MPa). Algunos de esos grados, que se llaman aceros de alta
resistencia y baja aleación, son ASTM A242, A440, A514 y A588.
Tabla Nº 15
Propiedades de los Aceros Estructurales
Fuente: Mott, R (.2006)

46
2.2.11.7 Selección de Materiales
Una de las tareas más importantes de un diseñador es especificar el
material con el cual se fabricara con componente individual de un
producto. En la decisión se debe considerar una cantidad gigantesca
de factores.
El proceso de seleccionar un material debe comenzar con el claro
entendimiento de las funciones y los requisitos del diseño del
producto y del componente individual. Entonces, el diseñador debe
considerar interrelaciones como las siguientes:
- Las funciones del componente
- La forma del componente
- El material con que se debe fabricar el componente
- El proceso de manufactura usado para producir el componente.
2.3 Definición de Términos Básicos
 Proceso Bayer: es el principal método industrial para producir
alúmina a partir de bauxita. Patentado por el austriaco Karl Bayer en
1889 y basado en la disolución de la bauxita con hidróxido sódico,
este proceso se fue imponiendo hasta convertirse, a partir de los años
1960, en la única fuente industrial de alúmina y por tanto de aluminio
en el mundo.
 Ladrillos: Es un bloque hecho de hormigón u otro tipo de mortero, de
arcilla o adobe, con o sin cocción. Los de arcilla son hechos en moldes
y son más utilizados en el área comercial. También existen otros

47
ladrillos hechos de arcillas resistentes al fuego para construir
chimeneas y hornos. Esta pieza tiene diferentes cualidades, una de
ellas es que los de interiores no se deben usar para muros exteriores y
viceversa. Para solucionar esta parte existen unos de cualidad
especial, que se emplean para levantar muros en lugares de clima
fríos y otros de acabado más corriente, que son de los de uso más
habitual. Los ladrillos son utilizados en edificaciones o pavimentación,
pero principalmente para construir muros o tabiques.
 Ductilidad: El autor Mott, R. (2006) la define como el grado en el cual
un material se deformara antes de su fractura final. Los materiales
dúctiles resisten, bajo condiciones normales, las cargas repetidas
sobre los elementos de maquinas mejor que los materiales frágiles.
 Dureza: Mott, R. (2006) la define como la resistencia de un material a
ser penetrado por un dispositivo es indicativo de su dureza y se mide
con varios aparatos, procedimientos y penetradores.
 Maquinabilidad: se relaciona con la facilidad con que se puede
maquinar un material para obtener un buen acabado superficial con
una duración razonable de la herramienta como lo comenta el autor
Mott, R. (2006).
 Tenacidad: es la capacidad de un material para absorber energía que
se le plica sin fractura así lo define el autor Mott, R. (2006).
 Densidad: la define Mott, R. (2006) como la masa de un material por
unidad de volumen.

48
PARTE III
MARCO METODOLÓGICO
En este capítulo se abordaran el contenido del marco metodológico del
proyecto a realizar, que estará representado en primer lugar por el tipo de
investigación, seguidamente se presenta las Técnicas de Recolección y
Análisis de Datos y posteriormente la población y muestra del estudio.
3.1 Tipo de Investigación
La investigación se puede definir como un proceso que, mediante la
aplicación del método científico, procura obtener información relevante y
fidedigna, para entender, verificar, corregir o aplicar el conocimiento.
También se puede definir como una actividad encaminada a la solución de
problemas. Su objetivo consiste en hallar respuestas mediante el empleo de
procesos científicos.
En la obra El Proyecto de la Investigación, su autor Fidias, A. (2006) define la
investigación científica como “un proceso metódico y sistemático dirigido a la
solución de problemas o preguntas científicas, mediante la producción de
nuevos conocimientos los cuales constituyen la solución o respuesta a tales
interrogantes” (p.22).
Cuando se va a resolver un problema en forma científica, es muy
conveniente tener un conocimiento detallado de los posibles tipos de
investigación que se pueden seguir. Este conocimiento hace posible evitar

49
equivocaciones en la elección del método adecuado para un procedimiento
específico.
Los tipos de investigación difícilmente se presentan puros; generalmente se
combinan entre sí y obedecen sistemáticamente a la aplicación de la
investigación. Tradicionalmente se presentan los tipos de investigación según
el nivel, el diseño y el propósito.
El nivel de la investigación se refiere al grado de profundidad con que se
aborda un fenómeno u objeto de estudio y se clasifica en exploratoria,
descriptiva y explicativa.
De esta manera la investigación según el nivel se fundamenta en un estudio
de tipo descriptiva como lo define Tamayo, M (2003) en su libro “El proceso
de la Investigación”:
Comprende la descripción, registro, análisis e interpretación de
la naturaleza actual, y la composición o procesos de los
fenómenos. El enfoque se hace sobre conclusiones dominantes
o sobre cómo una persona, grupo o cosa se conduce o funciona
en el presente (p.40).
Por su parte, la investigación descriptiva es definida por la Universidad
Nacional Experimental Guayana Simón Rodríguez (UNESR, 1998) como
aquella que:
Recoge sistemáticamente la información sobre los hechos, las
situaciones y las características sobre una población o área de
interés. Permite además informar como es una determinada
situación, señalar su naturaleza y el tipo de condición existente
en ese momento. (p.21).

50
La descripción comprende narrar, registrar, analizar e interpretar la
naturaleza actual y la composición o procesos de los fenómenos. La
investigación descriptiva trabaja sobre realidades de hechos, y sus
características fundamentales de prestar una interpretación correcta sobre lo
investigado.
Es por ello, que la investigación descriptiva permitirá conocer, comprender y
registrar toda la información y datos recopilados del diagnóstico situacional
de la comunidad objeto de estudio y así poder lograr la descripción del
contexto y de sus principales problemas, necesidades o intereses como base
fundamental para el logro de los objetivos del proyecto.
En cuanto al diseño de la investigación considerada como la estrategia
general que adopta el investigador para responder el problema planteado.
Esta se clasifica en documental, de campo y experimental.
La estrategia de la investigación está definida por:
 El origen de los datos: primarios en diseños de campo y secundarios
en estudios documentales.
 Por la manipulación o no de las condiciones en las cuales se realiza el
estudio: diseños experimentales y no experimentales y de campo.
De acuerdo a esto la investigación se ubica en un diseño de campo y
documental.
La investigación de campo es definida por Tamayo, M (2003) como: “Aquella
que asume las formas de la exploración y la observación del terreno, debido

51
a que se apoya en los documentos para la planeación del trabajo y la
interpretación de la información recolectada por otros medios” (p.110).
También, Cervo, A. y Bervian, P. (1998) expresan que:
Las técnicas especificas de la investigación de campo, tiene
como finalidad recoger y registrar ordenadamente los datos
relativos al tema escogido como tema de estudio. Equivalen por
lo tanto, a instrumentos de observación controlada. Es decir
consiste en recolección de datos directamente de la realidad
donde ocurren los hechos, sin manipular o controlar variable
alguna. (p.45).
El estudio a realizar requiere de una investigación de campo con el propósito
de obtener información, mediante la observación de la problemática y la
aplicación de instrumentos de recolección de datos, por los investigadores,
en la propia comunidad donde se propone diseñar y fabricar máquina para
la producción de ladrillos a base de lodo rojo vertido al sistema de lagunas de
oxidación, ubicadas en la comunidad de Cambalache, promoviendo la
participación activa de sus habitantes para el logro de los objetivos trazados
con el desarrollo del proyecto.
Por su parte Fidias, A. (2006) define la investigación documental o diseño
documental como:
Es un proceso basado en la búsqueda, recuperación, análisis,
crítica e interpretación de datos secundarios, es decir, los
obtenidos y registrados por otros investigadores en fuentes
documentales: impresas, audiovisuales o electrónicas. Como en
toda investigación el propósito de este diseño es el aporte de
nuevos conocimientos (p.27).

52
Este estudio requiere de una investigación documental con la finalidad de
obtener datos secundarios de la obra de otros investigadores con la
utilización de las siguientes fuentes impresas (documentos escritos tales
como: libros, tesis, trabajos, informes de investigaciones y prensa), fuentes
audiovisuales (videos) y fuentes electrónicas (documentos en internet tales
como: páginas web, libros, informes, tesis) con base de datos institucionales
y comerciales.
3.2 Técnicas de Recolección de Datos
Las técnicas de recolección de datos son las distintas formas o maneras de
obtener la información. Son ejemplo de técnicas la observación directa, la
encuesta en sus dos modalidades oral o escrita (cuestionario), la entrevista,
el análisis documental y el análisis de contenidos, entre otros, según Fidias,
A. (2006).
Los instrumentos son los medios materiales que se emplean para recoger y
almacenar la información, ejemplo de ellos tenemos fichas, formatos de
cuestionario, guía de entrevistas, lista de cotejos, escalas de actitudes u
opinión, grabador, cámara fotográfica o video, entre otros.
Las técnicas e instrumentos que se utilizaran en la investigación serán la
observación directa, la entrevista y la encuesta en su modalidad de
cuestionario.
La observación directa la define Fidias, A. (2006) como: “una técnica que
consiste en visualizar o captar mediante la vista, en forma sistemática,
cualquier hecho, fenómeno o situación que se produzca en la naturaleza o en

53
la sociedad, en función de unos objetivos de investigación preestablecidos”
(p.69).
La observación directa o no estructurada (Véase Anexo 03 del Apéndice A)
permitirán la captación de imágenes de fotos y grabaciones de videos para el
levantamiento del diagnostico situacional y el lodo vertido a las lagunas de
oxidación ubicada en la comunidad de cambalache, utilizándose como
instrumento la cámara fotográfica y de video.
La entrevista más que un simple interrogatorio, es un técnica basada en un
dialogo o conversación entre el entrevistador y el entrevistado, acerca de un
tema previamente determinado, con la finalidad que el entrevistador pueda
obtener la información como lo señala Fidias, A. (2006).
Esta técnica de entrevista no estructurada o informal dentro de la
investigación permitirán sostener conversaciones entre los entrevistados
denominados habitantes de la comunidad de cambalache (Véase Anexo 01
del Apéndice A) y los entrevistadores denominados investigadores con la
finalidad de obtener datos complementarios y necesarios para logra el
levantamiento del diagnostico situacional.
La otra técnica de recolección de datos a utilizar es el cuestionario que según
Fidias, A. (2006) “es la modalidad de encuesta que se realiza de forma
escrita mediante un instrumento o formato en papel contentivo de una serie
de preguntas” (p.74).
Con la aplicación de la encuesta en su modalidad de cuestionario se
utilizaran un instrumento conocido como Formato (Véase Anexo 04 del
Apéndice A) diseñado primeramente con datos personales tales como:

54
nombres y apellidos, cedula de identidad, sexo, comunidad y/o sector donde
habita, dirección de residencia, teléfono y correo electrónico del entrevistado
y una única pregunta abierta: ¿Cuál Considera Usted son los problemas que
afectan a la comunidad donde habita? dirigida a los habitantes en la
comunidad en estudio, los cuales nadie mejor que ellos para conocer la
problemática existente porque la viven día a día y que permiten a los
investigadores obtener la mayor cantidad de datos necesarios para el
registro del levantamiento del diagnostico situacional del proyecto a realizar.
3.3 Técnicas de Análisis de Datos
Según Sabino, C. (2003) señala que …“una vez seleccionado el diseño a
emplear en la investigación se define las operaciones concretas que son
necesarias para llevarlo a cabo”. (p.26).
Para la interpretación de los datos se recurrirán a la clasificación, registro,
tabulación y codificación de los mismos; el análisis cuantitativo y cualitativo,
que permitirán la interpretación de los resultados en los registros.
Para Sabino, C. (2003) el análisis cualitativo está considerado como: …“un
proceso que procede con la información de tipo verbal, que de algún modo
general se ha recogido mediante fichas con datos que se refiere a un mismo
aspecto y tratan de evaluar la fiabilidad de cada información” (p.193).
Para el caso en particular del análisis cualitativo, este se obtendrá de las
opiniones y percepciones de los habitantes de la comunidad de Cambalache
descritas en el instrumento aplicado el cual para obtener los resultados se
emplean el método de HANLON o jerarquización de necesidades, análisis de
las causas y consecuencias de la problemática a través de la aplicación de

55
las siguientes herramientas diagrama del árbol del problema, soluciones y
matriz FODA que permitirán identificar las fortalezas, oportunidades,
debilidades y amenazas del estudio (Véase Apéndice A) y que servirán de
base para el desarrollo de la investigación; ya que conforman el diagnostico
situacional para alcanzar los objetivos trazados.
Sin embargo, según Sabino, C. (2003) refiere que el análisis cuantitativo: “se
efectúa naturalmente con la información numérica resultante de la
investigación, …luego del procedimiento se representará como un conjunto
de cuadros, tablas y medidas, a las cuales se le han calculados sus
porcentajes convenientemente”… (p.190).
Para el análisis cuantitativo, la interpretación de los resultados obtenidos
permitirá utilizar un manejo estadístico, por medio de cálculos a través de
datos de interés para la investigación, así desarrollar los argumentos validos.
Las herramientas estadísticas, permitirán presentar los resultados de la
problemática de la comunidad de cambalache más necesaria en buscarle
solución a la brevedad posible; utilizando un cuadro de frecuencia porcentual
y absoluta proveniente de los datos obtenidos mediante el instrumento
aplicado y analizados mediante el análisis cualitativo. Los mismos para
concluir el análisis de los datos se expresan en porcentaje y valores en
función del valor de la muestra del estudio.
Para los efectos de mostrar los resultados obtenidos en la investigación se
utilizó la técnica de gráfico: pastel, la cual está relacionada con los cuadros
estadísticos.

56
3.4 Población
Según explicación de Busot, A. (1998) “La población está representada por
una colección de todos los elementos que se están estudiando y acerca de
las cuales se intenta extraer conclusiones, se debe definir de manera que
quede claro si un elemento es o no miembro de ella”.
En este sentido la población o universo se refiere al conjunto para el cual
serán válidas las conclusiones que se obtengan a los elementos o unidades
bien sean personas, instituciones o cosas, a las cuales se refiere la
investigación.
Una característica del conocimiento científico es la generalidad, de allí que la
ciencia se preocupe por extender sus resultados de manera que sean
aplicables, no solo a unos pocos casos sino a similares o de la misma clase.
En este sentido una investigación puede tener como propósito el estudio de
un conjunto numeroso de objetos, individuos e incluso documentos. A dicho
conjunto se le denomina población.
Según Fidias, A. (2006) define la población en términos más precisos
población objetivo, como un conjunto finito o infinito de elementos con
características comunes para los cuales serán extensivas las conclusiones
de la investigación. Esta queda delimitada por el problema y por los objetivos
del estudio“ (p.81).
Para efecto de la investigación de campo, la población está constituida por
habitantes de la misma comunidad de Cambalache, los cuales conforman
ocho mil quinientos (8500) habitantes, según censo 2008.

57
3.5 Muestra
Tamayo, M. (1997), planteó “cuando seleccionamos con la intención de
averiguar algo sobre la población de la cual están tomados los datos
podemos referirnos a ese grupo de elementos como muestra” (p. 71).
También Hernández, R. y otros (2006) refieren “la muestra cuya selección no
depende de que todos tengan la misma probabilidad de ser elegidos, sino de
la decisión de un investigador o grupo de encuestadores” (p. 226).
De las definiciones anteriores se entiende que la muestra es una parte de la
población, es decir, que es un número de individuos u objetos seleccionados,
cada uno de los cuales es un elemento de la población, la cual es tomada
con el fin de investigar sus características particulares.
Cuando por diversas razones resulta imposible abarcar la totalidad de los
elementos que conforman la población accesible, se recurre a la selección de
la muestra.
Fidias, A. (2006) define la muestra como: “un subconjunto representativo y
finito que se extrae de la población accesible” (p.83).
En este sentido una muestra representativa es aquella que por su tamaño y
características similares a las del conjunto, permite hacer inferencias o
generalizar los resultados al resto de la población con un margen de error
conocido.

58
Para la selección de la muestra de la investigación se utilizaron la técnica o
procedimiento conocido como muestreo. Existen dos tipos básicos de
muestreo: Probabilístico o Aleatorio y No Probabilístico.
EL Muestreo Probabilístico o Aleatorio es un proceso en el que se conoce la
probabilidad que tiene cada elemento de integrar la muestra. Este
procedimiento se clasifica en: muestreo al azar simple, muestreo al azar
sistemático, muestreo estratificado y muestreo por conglomerados.
Mientras que El Muestreo No probabilístico es un procedimiento de selección
en el que se desconoce la probabilidad que tienen los elementos de la
población para integrar la muestra. Este se clasifica en muestreo casual o
accidental, muestreo intencional u opinatico, muestreo por cuotas.
Para seleccionar la muestra de la investigación se utilizaron la técnica del
muestreo No probabilístico Casual o Accidental; ya que para realizar la
investigación de campo no se tenían definido quien conformaría la muestra;
permitiendo así entonces elegir arbitrariamente los elementos sin un juicio o
criterio preestablecido.
De acuerdo a lo antes expuestos es importante resaltar que los
investigadores para llevar a cabo la selección de la muestra en la
investigación de campo estuvieron en la Comunidad de Cambalache y casual
o accidentalmente identificar que representantes de los consejos comunales
y sus colaboradores del sector se reúnen diariamente frente a La Escuela
para acordar sus actividades (Véase Anexo 02 del Apéndice A), por lo que
estos decidieron tomarlos como elementos de la población; sin ningún criterio
y abordarlos solamente por considerar que estos principalmente son
habitantes de la comunidad los cuales representan a cada sector por lo que

59
nadie mejor que estos para conocer sus problemas teniendo como objetivos
colectivos trabajar mancomunadamente para la obtención de soluciones de
la problemáticas existente.
La muestra a estudiar estará compuesta por treinta (30) personas habitantes
de la comunidad de cambalache, específicamente representantes de los
Consejos comunales y sus colaboradores, considerándose representativa
con respecto a la población total; ya que su percepción es primordial por ser
voceros de cada sector, conocer y manejar los problemas de la colectividad.
Este tipo de muestreo no es mecánico, ni con base en fórmulas de
probabilidad, si no que depende del proceso de recolección de información
acerca de la problemática existente en la comunidad y quienes más para
conocerlas que sus propios habitantes como representantes de los consejos
comunales que funcionan como voceros y gestionadores para resolver
problemáticas de una colectividad.
Los criterios utilizados para determinar que la muestra es representativa se
baso en la población accesible los cuales permitieron un muestreo casual o
accidental de treinta (30) habitantes específicamente representantes de los
consejos comunales; teniendo como consideraciones esenciales el tiempo
corto con que se cuenta para registrar los datos solicitados, los recursos
necesarios empleados para lograr un diálogo y así alcanzar un poco la
credibilidad del trabajo a realizar; ya que muchos entes han visitado este
sector ofreciéndoles cosas que no han cumplido, por lo que no se pudo
contar con mas opiniones de los habitantes de la comunidad.

60
PARTE IV
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
En el presente capítulo se presentaran los resultados de la investigación
realizada conforme al estudio para el Diseño y Fabricación de Máquina para
la Producción de Ladrillos a Base de Lodo Rojo.
Para evidenciar los resultados de la presente investigación, los datos
obtenidos se presentan en forma cuantitativa y cualitativa, haciendo énfasis
en el análisis de los resultados conforme al estudio realizado.
Se presenta el estudio de frecuencia porcentual y absoluta de la problemática
más representativa de la comunidad de Cambalache determinada a través
del diagnostico situacional realizado por los investigadores en la propia
colectividad; evidenciándose así el desarrollo de la investigación de campo
dentro del estudio; para luego proceder a narrarlo (Véase Apéndice A) con el
empleo de investigación descriptiva apoyándose en la documental para así
tener conocimientos claros de las herramientas a utilizar y lograr la
jerarquización de las necesidades mediante la aplicación del Método de
Hanlon que permitieron el análisis de causas y consecuencias con la
utilización del Diagrama de Árbol y Soluciones, determinación de las
fortalezas, oportunidades, debilidades y amenazas a través de la Matriz
FODA.
Todo esto en base a los datos obtenidos mediante la aplicación de un
instrumento para la recolección de datos conocido como encuesta en su
modalidad de cuestionario aplicada a treinta habitantes de la Comunidad de

61
Cambalache, específicamente representantes de los Consejos Comunales
del Sector el cual fue tomada como muestra de la investigación y mediante
otras técnicas como la observación directa y la entrevista.
Los datos recolectados, representan los resultados, los cuales fueron
estudiados y analizados a través de las herramientas antes mencionadas
que determinaron la problemática de lodo rojo vertido a las lagunas de
oxidación ubicadas en la comunidad de cambalache como la más relevante
dentro de la colectividad. Los mismos, al concluir en el análisis de los datos,
se refieren a las proporciones que al ser multiplicadas por cien (100)
expresan valores en función del valor general de la muestra de estudio. Para
los efectos de mostrar los resultados obtenidos en la investigación se utilizó
la técnica de gráfico: pastel, la cual está relacionada con los cuadros
estadísticos.
A continuación se presenta el cuadro y el grafico con los resultados
obtenidos:
Cuadro Nº 01: Distribución absoluta y porcentual del Ítems 1. Los cuales
determinaron como problemática más relevante dentro de la comunidad de
Cambalache el caso del lodo rojo:
Fuente: Datos obtenidos del cuestionario aplicado a treinta representantes
de los consejos comunales de cambalache (2.010)
Prueba
Diagnostica
Frecuencia
Absoluta
N
Porcentaje %
Si 27 90
No 3 10
Total 30 100

62
Gráfico Nº 01
Prueba Diagnostica
Fuente: Cuadro Nº 1
De acuerdo al cuadro Nº 01 y grafico Nº 01 se evidencia que el 90% de los
encuestados están de acuerdo en que el problema más relevante desde su
percepción es el caso del lodo rojo vertido a las lagunas de oxidación
ubicadas dentro de la comunidad de cambalache; mientras que el 10% no
están de acuerdo.
Analizando estos resultados nace la necesidad de buscar soluciones a la
problemática por lo que los investigadores proponen Diseñar y fabricar
Máquina para la Producción de Ladrillos a Base de Lodo Rojo.
El Diseño y Fabricación de Máquina para la Producción de Ladrillos se define
de forma general como el proceso teórico práctico que, partiendo del
conocimiento de una necesidad, llega a su satisfacción por medio de la
construcción de la misma; con la finalidad de aprovechar el material
90 %
10 %
Si
No

63
contaminante de las lagunas de oxidación ubicadas en la comunidad de
cambalache conocido como lodo rojo y así contribuir en la disminución de la
contaminación existente actualmente.
El diseño de máquina es un proceso bastante complejo que no solo aplica
conocimientos relativos al análisis, síntesis de mecanismos y máquinas, sino
que además requiere la aplicación directa de otras disciplinas, tanto
tecnológicas como de otro tipo. El proceso no es lineal y una o varias de
estas etapas se realimentan.
Para desarrollar la propuesta se establecieron objetivos específicos que
cumplir mediante el desarrollo de la investigación como: Describir elementos
de entrada para la fabricación de la máquina, Describir componentes de la
máquina a fabricar, Calcular los elementos de la máquina y seleccionar los
materiales adecuados para la fabricación de la máquina, Elaborar planos de
la máquina a fabricar, Construir máquina y puesta en marcha del
funcionamiento de la misma y Calcular los costos asociados a la fabricación
de la máquina y la producción de ladrillos.
Los resultados de los objetivos planteados se muestran a continuación:
4.1Describir Elementos de Entrada para la Fabricación de la Máquina.
Para describir los elementos de entrada para la fabricación de la máquina
primero fue necesario la investigación documental, obteniendo los
conocimientos teóricos necesarios, para luego describirlos a continuación:

64
 El modelo de máquina a fabricar debe tener en cuenta la seguridad y
la ergonomía del operador.
 La observación de modelos de máquinas para la producción de
ladrillos; sin embargo los investigadores tomaron la decisión de
fabricar un modelo propio de acuerdo a sus conocimientos y recursos.
 Basado en el ahorro energético ocasionado por la grave crisis que
atravesó nuestro país recientemente; el modelo a fabricar se operara
manualmente; sin energía eléctrica con la finalidad que se puede usar
en cualquier lugar.
 La máquina será diseñada para la producción de ladrillos y el material
a utilizar es el lodo rojo con una composición química demarcada por
la presencia de óxido férrico o hematita (Fe2o3) en 41,55%, alúmina
en 19,57 %, sílice en 16,20 %, y calcio en 3,18%. Esto es necesario
considerarlo a la hora de seleccionar los materiales para la
fabricación.
 El modelo a fabricar constara de un molde para cinco (05) ladrillos
con la finalidad de alcanzar una producción mensual aproximada de
15000 mil ladrillos para alcanzar la rentabilidad del proceso productivo.
 Los ladrillos en el mercado constan de las siguientes dimensiones
25x12x7 cm por lo que el molde a diseñar tendrá como base estas
medidas.

65
4.2Describir Componentes de la Máquina a Fabricar
Teniendo como premisa los elementos de entrada para la fabricación de
la máquina los investigadores; de acuerdo al diseño propio a realizar se
establecen los siguientes componentes mediante la siguiente figura:
Figura Nº 01
Componentes de Máquina a Fabricar
Fuente: Elaboración Propia.
A. Estructura y base de La Máquina
La estructura de la máquina estará constituida por:
 Viga U de ocho milímetros (8 mm) de espesor: que servirá de soporte
de la estructura y base de la maquina.
A
B
C
D
E
F

66
 Cuatro (4) Ángulos de treinta y cinco milímetros (35 mm): se ubicaran
en la parte inferior que sirven de soporte de la base de la máquina.
B. Mesa de Soporte
La mesa de soporte la conformara:
 Lámina de cuatro milímetros (4 mm): mesa que permitirá soportar el
sistema de moldeo de los ladrillos y el sistema de presión.
C. Moldes
Los moldes estarán compuestos por:
 Pletina de 2,5 pulgadas: quien conformara el sistema del molde
diseñado para la obtención de cinco (5) ladrillos. Cada molde tendrán
las medidas de un ladrillo de 25x12x7cm.
D. Sistema de Movimiento de Moldes
EL Mecanismo del movimiento de los moldes: que servirán para darle
movimiento a los moldes, constituido por:
 Un tubo redondo de media pulgada ½”: sirve de manilla para darle
movimiento al sistema.
 Cuatro (4) ángulos de treinta y cinco milímetros (35mm): sirven de
soporte al sistema.

67
 Dos (2) de treinta milímetros (30mm): para dar más soporte al sistema.
 Cuatro (4) bocinas de una pulgada (1”): para colocarse en las puntas
de los ángulos.
 Barra de una pulgada (1”): es donde correrá el mecanismo de
prensado y el molde.
E. Sistema de Prensado:
El Sistema de prensado: corresponden al mecanismo que servirá para
generar la presión a los ladrillos y estará conformado por:
 Lámina de cuatro milímetros (4mm) de espesor: destinada para servir
de lámina de prensado y tapa de molde.
 Dos (2) Bocinas de una pulgada (1”): a colocarse en los rieles del
sistema de prensado.
 Dos Tornillos de 3/8: de rosca tc fijado a las bocinas.
 Cinco pletinas de 2,5”: incorporadas en la lámina de prensado de 120
x 250 mm.
 Cuatro Eslabones de 3/8”: que constituyen los soportes de los
resortes.
 Gato hidráulico de 1,5 toneladas: sirve para generar presión
constituyendo el sistema de prensado.

68
 Base del gato hidráulico: La base del gato estará constituida por una
altura de unos 25cm, con tres (3) ángulos de 35mm y un tubo de
cuatro pulgadas (4”).
 Dos (2) Resortes de una pulgada (1”) de diámetro: de acero inoxidable
(maleable y templado) y tipo espiral que sostendrán la lámina o
plancha de prensado.
F. Identificación
 Lámina de cuatro milímetros (4 mm): servirá para identificar el nombre
de la máquina.
4.3 Calcular los Elementos y Seleccionar los Materiales adecuados
para la Fabricación de la Máquina.
Para realizar los cálculos primeramente se hizo uso de la investigación
documental para la obtención de los conocimientos necesarios para
desarrollar los cálculos presentados a continuación como base para la
fabricación de la máquina y la selección de los materiales teniendo en
cuenta los elementos de entrada antes descrito:
Primeramente se realizaron cálculos de longitudes y pesos de los
elementos de la maquina
 L Ángulo soporte= 0,585m x (2) x 0,970m x (2) = 3, 11m
 L Ángulo apoyo columna = 0,41m x 4 = 1,60m

69
 L Ángulo mecanismo elevación molde = (0,2646m x 2) +
(0,6516m x 2) + (0,3278m x 2)
=2,488m
 L Ángulo mecanismo de presión = (0,1944m x 2) + (0,282m x 2)
=0,9528m
 Guía molde, tapa = 0,61m x 2 = 1,22 m
 Lámina soporte molde = (0,970 x 0,585) m2
=) 0,56745m2
 Lámina presión molde = (0,3 x 0,645) m2
= 0,1935m2
 Lámina identificación = 0,645 x 0,196m2
= 0,12642m2
 Lámina molde = 0,645 (2) x (0,064) x 0,3 x (6) x (0,064) m3
 Longitud del perfil según Mott, Robert, tabla A16-1(p.A31) C8x11,5 =
BASE (2+0,970x2) + 1,5x(2) + 0,970 = 7,01m
 Tubo mecanismo presión = 0,61m
 Tubo mecanismo elevación = 0,690m
 Ángulo apoyo tapa = 0,645 x 2 = 1,29m
 Tubo = 0,035m

70
 Peso ángulo Según Mott, R. en el Apéndice A5 (p.589) L2x2x1/8=
 ( ⁄ ) según lo establecido por Mott, R.
(2006)
 Longitud total del ángulo = 8,50m +0,9528 9,5m
 Longitud tubo (guía, soporté) = 1,3m + 1,22 = 2,52m
 Longitud perfil C8x11, 5 = 8m
 Área de lámina = 0,56745m2
+ 0,1935m2
+ 0,1264m2
+ 0,1978m2
= 1,085m2
 Volumen de la lámina = 4, 34 .10-3
m3
 Peso W de la lámina=33,33kg
 Barra guía molde = (0,254m)2
/ 4 x 3,1416 x 1,22m = 6,1818.10-2
m3
= 4,7477kg
 Área del Tubo =
 Volumen del Tubo= 2,0968 m3
.10-4
m3

71
 Peso W del Tubo=1,6103kg
 Peso W ángulo =
 Peso W perfil = 8m * 17,11kg/m = 136, 88kg
En segundo lugar se realizaron los cálculos para seleccionar los
perfiles, de la base y columna de la maquina:
Para seleccionar los perfiles se realizo de acuerdo a lo establecido por
Mott, R. (2006); en su Apéndice 16, tabla A16-2 concerniente a las
propiedades de canales de acero estándar estadounidense, perfiles C
(p.A-32). Este perfil seleccionado tiene las siguientes características y los
datos obtenidos de acuerdo a las bases teóricas empleadas, son los
siguientes:
Perfiles= C8X11,5
Área= 3,38 plg2
Espesor Alma=0,220 plg2
I=32,6 plg4
S=8,14 plg3
En donde I=Momento de Inercia y S=Módulo de Sección.
W=11,5 Lb/pie
Material: AISI 1020 por su resistencia, dureza y ductilidad como
características presentadas por el mismo autor en su apéndice 3 referente
a las propiedades de diseño para acero al carbón y aleados (p.A-6).

72
De acuerdo a los Canales de Acero American Standard las
Consideraciones de carga para la selección de la estructura base que
servirán de soporte, se tienen del propio peso de todos los perfiles que
conformaran la máquina, además del peso total de los ladrillos el cual
pesaran aproximadamente 3,5 kg cada uno multiplicado por cinco (5) que
producirán en cada proceso.
El peso de algunos materiales se obtendrá al considerar la longitud y el
peso por unidad de longitud (Lb/pie o kg/m) mientras que para el resto se
realizara al obtener las dimensiones (longitud, área, volumen); tomando
en cuenta la densidad del material, el cual se multiplica por el volumen y
la densidad para lograr el peso (W).
Entonces el peso total se obtiene de sumar los pesos del perfil, el ángulo,
la barra, el tubo, la lámina y el ladrillo.
Una vez obtenido el peso total (WT) se procede a su ponderación, esto
con el fin de incluir cualquier otro peso que no corresponda directamente
a la estructura pero que la pueda afectar en caso de que se vea
solicitada, entonces se tiene:
Resolviendo:

73
Para la Comprobación del perfil, según la carga de trabajo que se
distribuye de forma equitativa. La base de la máquina tiene una forma
rectangular (0,97m x1,0m) para lo cual se considera que la condición mas
critica estaría al lado de mayor longitud(luz) en caso que tuviera que
apoyarse sobre ruedas u otro objeto.
Se puede idealizar la siguiente ecuación de una viga establecida en el
Apéndice 14 referente a las fórmulas para la deflexión de vigas (p.A-18)

74
Mott, R. (2006) que simplemente apoyara como se muestra a
continuación:
Figura Nº 02
Deflexión de Vigas
Resolviendo:
L=1,0m
W=264Kg

75
El Momento máximo ocurre en el punto “c”, que se obtiene por el método
de las áreas. El cual está definido por:
Base x Altura del rectángulo (A1) = 0,5m x 66kg
En estas condiciones la viga se comportaría similar con el caso (a)
establecido según Mott, R. (p.A-18) en donde indica que la deflexión se
obtiene mediante la siguiente ecuación:
En Donde:
P=Carga Aplicada.
L=Longitud total de la viga.
E=Módulo de elasticidad de acero.
I=Momento de inercia de perfil.
Para verificar que la viga no exceda los límites de deflexión
preestablecidos se utiliza la ecuación para casos en los cuales la
viga no excede los 3m de apoyo, se debe cumplir que: .

76
Se obtiene ymax
En Donde:
P=1320N
Gpa=
g=
I=
por ende el perfil C8x11, 5 puede ser
utilizado para resistir las condiciones de flexión que pudiera estar solicitado.
En tercer lugar se realizaron los cálculos de las columnas
Estos cálculos se realizan con la finalidad de evitar que la columna
flexione y sufra pandeo alrededor del eje x.

77
Figura Nº 03
Columna
Para Mott, R. (p.234) se tiene que la columna puede tratarse con ambos
extremos fijos, lo cual implica que k=como factor de fijación de los
extremos es igual 0,65.
El procedimiento se realiza de la siguiente manera:
Un primer paso es determinar qué tipo de columna es, para saber que
fórmula aplicar entre Euler (columna larga) y J.B. Johnson (columna
corta). Esto sería de según la figura que se presenta a continuación de la
siguiente manera:
Figura Nº 04
Columnas
Si Le/rim es mayor Cc, es columna larga.
Si Le/rim es menor Cc, es columna corta.
Fuente: Euler y J.B. Johnson

78
Resolviendo entonces:
1. Se determina K=0,65
2. Se calcula la longitud efectiva Le=KL
Le=0,65x1,5m=0,975m
3. Se calcula el valor mínimo del radio de giro de la sección transversal
por medio de la siguiente fórmula:
√ ⁄
√ ⁄
4. Se calcula la razón de esbeltez, ⁄
⁄
5. Se calcula la constante de columna Cc
√ ;Sy=Resistencia a la cedencia=48KSI/331Mpa
AISI 1020 Laminado en Caliente.
√
⁄
⁄

79
6. Se compara ⁄ , resulta que es una columna corta ⁄
[ ] ; Pcr = Carga Electrica.
⁄
[ ]
[ ⁄ ]
7. Se especifica un factor de seguridad o diseño de N=3
8. Se calcula la carga permisible Pa.
Consideraciones Finales
Se realizo el cálculo considerado al que la columna está sometida a una
carga centrada, lo cual en la realidad no es así, sin embargo; el
procedimiento permite trabajar y evaluar la condición de pandeo.

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