Proyecto Parte 1 Imp Capitulo 3

PROYECTO INTEGRADOR II

“CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE UNA ZARANDA AUTOMATIZADA PARA LA SEPARACIÓN DE MATERIAL PÉTREO EN CANTERAS.”

INTEGRANTES: 

GUSTAVO QUICALIQUIN 

DANIEL SANDOVAL

PERÍODO: OCTUBRE 2018 – FEBRERO DEL 2019.

LATACUNGA – ECUADOR

CAPITULO I 1.1 TEMA Construcción de un prototipo de una zaranda automatizada para la separación de material pétreo en canteras. 1.2 ANTECEDENTES En la actualidad, los procesos y herramientas al momento de construir máquinas han ido evolucionando conforme a la tecnología, todo esto para tener la mayor eficiencia con menos costo y tiempo en los trabajos que se realiza. Con la importancia del tema se han realizado trabajos como el que se expone a continuación: Leon, C. (2013). Factores que influyen en la salud de los empleados en canteras durante largas jornadas. Cartagena. Quicaliquin menciona que las empresas tiene un déficit con respecto al proceso de zarandeo; debido a que uno de los principales problemas fue la necesidad de que dos operarios se encuentren constantemente moviendo la malla, a fin de que pueda pasar el material; además de problemas en la salud que conlleva esto, otro de los problemas fue la fragmentación de la arena la cual generaba reprocesos. Para la realización de este estudio se tuvo en cuenta las técnicas de recolección de datos como la observación, análisis documental y estudio de tiempos; con la finalidad de poder comprobar si a través del diseño automatizado de zarandeo se incrementaría la productividad en la Cantera Casa Blanca. Finalmente, se recomienda automatizar el equipo. Almeida Jiménez, D. (s.f.). Diseño y construcción de una criba vibratoria para materiales pétreos. QUITO: QUITO EPN 1987. Mediante su proyecto buscan métodos adecuados para clasificar los áridos en diferentes dimensiones es por medio de las cribas vibratorias el mismo que se realiza en base al número de áridos, montaje, tamaño y costo se determinan los parámetros funcionales de diseño: capacidad total: 80 Tn\\hora, capacidad parcial 40 Tn\\hora, rpm parcial 900(máxima eficiencia), número de áridos: 4 tipos. Se ha provisto la posibilidad de

transformarla en criba plana a vibratoria de masa excéntrica. Se ha diseñado y seleccionado ejes bastidores, excéntrica así como rodamientos y resortes. Rodolfo Mendoza, A. A. (20 de Junio de 2014). PREZI. Obtenido de https://prezi.com/5zlgmmosz7vv/zaranda-electrica/ Indican en su proyecto “Construcción de una zaranda eléctrica” que su idea nace como una necesidad de no hacer esfuerzo físico al separar la materia prima. Menor esfuerzo mejor rendimiento mayor productividad. Con este equipo de extracción, ofrecen soluciones para el tratamiento de material en canteras. Y concluyen que con la elaboración de este proyecto se estaría previniendo muchos dolores maltratos y cortaduras al operario y el cual sería más fácil la extracción de minerales de diámetros pequeños, también ayudaría aquí en la institución CASD a las otras especialidades que necesiten de extracción de minerales como la arena con la china para construcciones. 1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En la actualidad las canteras en Ecuador han generado cierta controversia y se estaban siendo cerradas por las autoridades ya que generan problemas ambientales, además de los riesgos que están expuestos sus trabajadores por los trabajos forzados que realizan, y a pesar de que exista un control y que se vuelvan a abrir las minas que cumplan con la normativa no se logra eliminar por completo estos problemas ya que las enfermedades respiratorias, las afectaciones en las articulaciones de los trabajadores de las minas continúan, pero esto pasa a segundo plano para muchas personas que es su fuente de empleo y todo esto es por no aprovechar la tecnología que existe en la actualidad y la oportunidad de automatizar ciertos procesos que se realizan de manera manual y son trabajos

muy

forzados

para

los

empleados

y

a

bajo

costo.

1.4 JUSTIFICACIÓN El interés para la construcción de un prototipo de una zaranda automatizada para canteras viene debido a que el proceso de separar material en las canteras es muy importante para determinar la calidad del producto pero al mismo tiempo pensando en los trabajadores expuestos a riesgos en su salud por los sobrepesos que cargan, de ahí la decisión de realizar este proyecto ya que este problema es actual y afecta a un gran

número de personas en nuestro país y aprovechando la tecnología y abaratando costos podemos realizar una herramienta automatizada. Esta zaranda está diseñada con el propósito de hacer más fácil el trabajo a los empleados al momento de separar el material y al mismo tiempo ganar tiempo ya que reduce el número de personas en esta área los cuales podrían realizar otras actividades y obtener mayor material. Al momento en que reducimos la mano de obra forzada por los trabajadores pues también evitamos que exista alguna anomalía como por ejemplo alguna lumbalgia en los trabajadores ya que ellos permanecen en constante movimiento entonces con dicha zaranda ahorramos, tiempo en la entrega del material pétreo por lo tanto tendríamos más clientela y habría más ganancia en cada cierta cantidad de material que se venda. 1.5 OBJETIVOS 1.5.1 OBJETIVO GENERAL Construir un prototipo de una zaranda automatizada para la separación de material pétreo en canteras con el uso de un motor trifásico. 1.5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Diseñar la estructura metálica en acero negro para que la abrasión entre la parte fija y móvil de la estructura sea mínima.



Dimensionar correctamente el motor para que produzca un torque suficiente para empujar el peso de la estructura metálica.



Acoplar todos los elementos de acuerdo a los planos diseñados para el ensamble final de la zaranda.

1.6 ALCANCE Este proyecto está orientado a la construcción de una zaranda automatizada específicamente diseñada para separar arena de piedras, sus mediadas serán aproximadamente 1m x 0.80 m y una altura de 0.80 con una estructura metálica en acero negro junto a una malla galvanizada con una apertura de 2 mm y un diámetro de

alambre de 0.45 mm, esta estructura será capaz de soportar alrededor de 50 lbs de peso, el sistema va a constar de un motor eléctrico el cual va a ser controlado a través de un panel de control que va a estar constituido por un paro de emergencia y dos pulsadores designados para marcha y paro del sistema, así como luces de señalización de encendido de la zaranda.

CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1 ZARANDA Una zaranda sirve para limpiar las impurezas de ciertos materiales sólidos gracias a un sistema de filtrado por una malla de determinado grosor lo que permite separar uno de otro de diferente diámetro. El proceso básico es el mismo que el de cernir o filtrar cualquier producto, el material de menor diámetro va pasando a través de la malla quedando dentro de la zaranda el material de mayor diámetro y cae a través de la malla el material más fino. Grupo Víctor, (2014). 2.1.1. FUNCIÓN DE LA ZARANDA Ryuzaki Light (2015) menciona que: Las zarandas han probado ser el medio más sencillo y confiable para remover materiales grandes o gruesos de pequeños. La eficiencia de la zaranda está determinada por: • El patrón de vibración de la zaranda. • Tamaño y configuración de la cubierta. • Eficiencia del procesamiento de la zaranda. • Características de la malla de la zaranda. 2.1.2. TIPOS DE ZARANDA Según (PROCESO MINERALES, 2010) las zarandas, se clasifican de acuerdo a sus características de la manera siguiente:

a) Por su movimiento: Estacionarias: sin movimiento. Vibratorias: movimiento ondulatorio circular ó rectilíneo por medio de excéntricas ó alta frecuencia. b) Por su posición: Inclinadas: las más usadas, alta capacidad y aplicación (gama de tamaños), movimiento vibratorio circular. Horizontales: alta eficiencia y precisión de separación, permanencia prolongada del material. Movimiento vibratorio rectilíneo, Cuando la limitación es la altura. c) Por el número de cubiertas: simples y múltiples. 2.2. TIPOS DE ACERO El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono. Según Juan Carlos Rodríguez (2014) el acero se clasifica de acuerdo a los elementos de aleación que producen distintos efectos en el Acero: 2.2.1 ACEROS AL CARBONO: Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas. 2.2.2 ACEROS ALEADOS Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. 2.2.2.1

LOS ACEROS DE ALEACIÓN SE PUEDEN SUBCLASIFICAR EN: a) Aceros Estructurales: aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios b) Aceros para herramientas son aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Tales como taladros, fresas, terrajas y machos de roscar.

c) Aceros Especiales: son aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente estos aceros son de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos. 2.2.3 ACEROS DE BAJA ALEACIÓN ULTRATERRESISTENTE: Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero y son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. 2.2.4 ACEROS INOXIDABLES: Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. 2.3 MOTORES ELÉCTRICOS Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. 2.3.1 FUNCIONAMIENTO Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor. Vertigo2040 (2012). 2.3.2 CLASIFICACIÓN DE MOTORES Según Jessica Sireec (2012) los motores se clasifican en: 2.3.2.1 Motores de corriente alterna, se usan mucho en la industria, sobretodo, el motor trifásico asíncrono de jaula de ardilla.

2.3.2.2 Motores de corriente continua, suelen utilizarse cuando se necesita precisión en la velocidad, montacargas, locomoción, etc. 2.3.2.3 Motores universales, son los que pueden funcionan con corriente alterna o continua, se usan mucho en electrodomésticos. Son los motores con colector.

FIG.1 Motor de corriente alterna. 2.3.2.4 Por su velocidad de giro Asíncronos: Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo magnético generado por el estator supera a la velocidad de giro del rotor. Síncronos: Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnético del estator es igual a la velocidad de giro del rotor. Dentro de los motores síncronos encontramos: 

Motores síncronos trifásicos.



Motores asíncronos sincronizados.



Motores con un rotor de imán permanente.

2.3.2.5 Por el tipo de rotor 

Motores de anillos rozantes.



Motores con colector.



Motores de jaula de ardilla.

2.3.2.6Por su número de fases de alimentación. 

Motores monofásicos.



Motores bifásicos.



Motores trifásicos.



Motores con arranque auxiliar bobinado.



Motores con arranque auxiliar bobinado y con condensador.

2.3.2.7 Motor de corriente continua. La clasificación de este tipo de motores se realiza en función de los bobinados del inductor y del inducido: 

Motores de excitación en serie.



Motores de excitación en paralelo.



Motores de excitación compuesta.

2.3.3 Motores de inducción monofásicos de corriente alterna “Los motores de inducción son el sistema de accionamiento más utilizado, desde menos de un caballo hasta cientos de caballos de potencia, cuando no se requiere variación de la velocidad de giro. Los motores de inducción monofásicos son muy utilizados en aplicaciones de baja potencia”. José Rosales (2016). Los tipos de motores según Richard Tamayo (2015) son: 2.3.3.1 Motores de inducción de fase partida Este tipo de motor tiene una buena eficacia y un par de arranque moderado. Son muy utilizados como motores de accionamiento para lavadoras, secadoras y lavavajillas. 2.3.3.2 Motores de inducción de arranque por condensador Tienen el mismo rendimiento durante el funcionamiento que los motores de fase partida, pero un par de arranque más elevado. Se utilizan principalmente en sistemas de accionamiento de lavadoras. 2.3.3.3 Motores de condensador dividido permanente Las principales características de este motor son su alta eficiencia, el funcionamiento silencioso y la reversibilidad continua. Esto hace que sea adecuado para una amplia gama de electrodomésticos, tales como lavadoras, secadoras, ventiladores y aparatos de aire acondicionado.

2.3.3.4 Motores de polos partidos Son adecuados para aplicaciones de baja potencia (menos de 200 W). Se utilizan habitualmente en ventiladores domésticos pequeños. 2.3.4 Aplicaciones motor monofásico Este tipo de motor es muy utilizado en electrodomésticos porque pueden funcionar con redes monofásicas algo que ocurre con nuestras viviendas. En los motores monofásicos no resulta sencillo iniciar el campo giratorio, por lo cual, se tiene que usar algún elemento auxiliar. Dependiendo del método empleado en el arranque, Los motores monofásicos tienen un gran desarrollo debido a su gran aplicación en electrodomésticos, campo muy amplio en su gama de utilización, al que se suma la motorización, la industria en general y pequeñas máquinas herramienta. 2.4 CONTACTOR Es un mecanismo cuya misión es la de cerrar unos contactos, para permitir el paso de la corriente a través de ellos. Esto ocurre cuando la bobina del contactor recibe corriente eléctrica, comportándose como electroimán y atrayendo dichos contactos. Si hacemos llegar corriente a la bobina, está que está formada por un electroimán, atrae hacia sí el martillo arrastrando en su movimiento a los contactos móviles que tirará de ellos hacia la izquierda. Esta maniobra se llama "enclavamiento del contactor". Todos los contactos que estaban abiertos ahora serán contactos cerrados, y el último que estaba cerrado ahora será un contacto abierto. Enrique Bickles (2007). 2.5 RELÉ TÉRMICO

FIG. 2 RELE TERMICO Vertigo2040 (2012) dice que los relés térmicos son los aparatos más utilizados para proteger los motores contra las sobrecargas débiles y prolongadas. Se pueden utilizar en corriente alterna o continua. Este dispositivo de protección garantiza:



Optimizar la durabilidad de los motores, impidiendo que funcionen en condiciones de calentamiento anómalas.



La continuidad de explotación de las máquinas o las instalaciones evitando paradas imprevistas.



Volver a arrancar después de un disparo con la mayor rapidez y las mejores condiciones de seguridad posibles para los equipos y las personas.

2.6 ELEMENTOS DE MANIOBRA Roberto Bickels (2007) menciona que los pulsadores son elementos de accionamiento que sirven para cerrar o abrir un circuito permitiendo el paso o no de la corriente a través de ellos. Existen tres tipos:

FIG.3 PULSADORES 2.7 SOLDADURA ELECTRICA Soldar es unir dos o más metales, asegurando la continuidad de la materia. Para realizar este proceso es necesario producir calor a través del paso de una corriente eléctrica que genera un arco entre el electrodo y la pieza, alcanzando una temperatura que varía entre 4000 y 5000 °C. Existen dos tipos de soldadura, homogénea, la cual se realiza cuando el metal de aporte es igual al metal de base y, heterogénea, cuando el metal de aporte es diferente al metal de base. El arco produce la unión del metal de aporte en forma instantánea y progresiva y del metal base. Durante esta tarea, si se quiere calentar más se aportara más metal y no abra calentamiento sin aporte. Ángel Almaraz (2017).

CAPITULO III DESARROLLO DEL TEMA 3.1 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN La construcción de la zaranda automatizada permite controlar de forma automática el proceso de separación de material pétreo. Al presionar un pulsante P1 de marcha se encenderá el motor para mover la zaranda; el movimiento circular, dado por el motor, será transformado en movimiento lineal a través del mecanismo biela-manivela. La velocidad del motor es reducida aplicando un sistema de poleas. Un pulsante P2 de paro, será utilizado para parar el sistema en cualquier momento, además el control tiene un pulsador tipo seta para en caso de emergencia. Un guarda motor es conectado al motor para protegerlo en caso de sobrecarga.

FIG. 4 ESTRUCTURA DE LA ZARANDA Motor eléctrico monofásico de arranque por condensador Para la selección del motor es importante considerar la carga que va a soportar la zaranda y mediante cálculos se busca el motor adecuado con la potencia y torque necesario que permita mover la estructura y carga de material. El dimensionamiento inicia con buscar el tipo de motor factible para el movimiento de cargas, de acuerdo a sus características técnicas buscar la potencia necesaria para poder mover la carga y el tipo de voltaje que maneja para realizar el circuito de control de acuerdo a esto.

FIG. 5 MOTOR MONOFÁSICO

DATOS: P= 1 HP V= 1720 RPM

PAR DEL MOTOR 𝑇=

𝑃(𝐻𝑃)∗716 𝑣 1 𝐻𝑃∗716

𝑇 = 1720 𝑅𝑃𝑀 = 0,416 𝐾𝑔 ∗ 𝑚 PAR MOTOREDUCTOR 𝑇=

𝑃(𝐻𝑃)∗716 𝑣

𝑇=

1 𝐻𝑃∗716 100 𝑅𝑃𝑀

= 7,16 𝐾𝑔 ∗ 𝑚

Por tanto, el motor que cumple estos requerimientos es un motor monofásico de arranque por condensador ya que este tipo de motor tiene buen torque y la potencia necesaria para permitir el movimiento eficiente de la zaranda. Características técnicas Voltaje: 115 / 230 V Corriente: 13, 6 / 6,8 A Potencia: 1 HP Factor de potencia 0,78 Velocidad nominal: Rendimiento 64%

1720 rpm

BANDAS Para la selección de la banda fue importante tomar en cuenta la tensión a la que va a estar sometida entre el motor y las poleas, además de la velocidad que va a transmitir para determinar el material y tipo de banda a usar. El dimensionamiento de la banda se da por el cálculo de la velocidad de las poleas y la distancia que van a estar separadas entre sí para determinar el tamaño, ya que lo primordial es el tipo de banda para evitar pérdidas de potencia. POLEAS

FIG. 6 POLEA MECÁNICA

Datos: N1= 1720 rpm N2= 100 rpm D1= 1 pulg D2= ?

Diámetro polea: 𝑁1 ∗ 𝐷1 = 𝑁2 ∗ 𝐷2 𝐷2 =

1720 𝑅𝑃𝑀∗1 𝑝𝑢𝑙𝑔 100 𝑅𝑃𝑀

𝐷2 = 17,2 𝑝𝑢𝑙𝑔 ≅ 18 𝑝𝑢𝑙𝑔

Longitud de la correa 𝐿 = 1,57 (𝐷 + 𝑑) + 2𝐴 +

(𝐷−𝑑)2 4𝐴

𝐿 = 1,57 (18 𝑝𝑢𝑙𝑔 + 1 𝑝𝑢𝑙𝑔) + 2 ∗ 15 𝑝𝑢𝑙𝑔 +

(18 𝑝𝑢𝑙𝑔−1 𝑝𝑢𝑙𝑔)2 4∗15 𝑝𝑢𝑙𝑔

𝐿 = 64,64 𝑝𝑢𝑙𝑔 ≅ 164 𝑐𝑚

Velocidad tangencial 𝐷∗𝑁

𝑉 = 19100 𝑉=

𝑂,4572 𝑚∗100 𝑟𝑝𝑚 19100

= 2,4 𝑚𝑚/𝑠

La banda que cumple las características necesarias es una banda de tipo dentada ya que es la que nos garantizan una relación de transmisión constante al disminuir el riesgo de deslizamiento sobre la polea. Características: Longitud: 164 cm Material: Caucho Tipo: Correa dentada C: Sistema de movimiento Mecanismo de transformación de movimiento Los puntos que se tomó en cuenta para buscar este mecanismo es el de ahorrar espacio y convertir el movimiento circular producido por el motor en un movimiento lineal que necesita la zaranda. Este mecanismo biela manivela es el más apto para el trabajo que va a realizar la zaranda por el espacio y nos permite tener un control sobre la distancia de desplazamiento en el movimiento lineal que podemos tener. 3.2 ELEMENTOS ELÉCTRICOS Los dimensionamientos de los diferentes elementos que conforman el circuito de control y potencia se basan en las características del motor y en especial de su corriente nominal. 𝐼𝑛 =

𝐼𝑛 =

𝑃 𝐾 ∗ 𝑉 ∗ 𝑓𝑝 ∗ 𝑛

746 [𝑊] 1 ∗ 115[𝑉] ∗ 0,78 ∗ 0,64

𝐼𝑛 =

746 [𝑊] 1 ∗ 115[𝑉] ∗ 0,78 ∗ 0,64

𝐼𝑛 = 12, 99 𝐴 ≈ 13 𝐴

Interruptor Magneto térmico

Para la selección del interruptor fue importante tomar en cuenta la corriente nominal del motor. 𝐼𝑐 = 250 % ∗ 𝐼𝑛 𝐼𝑐 = 2,5 ∗ 13 𝐴 𝐼𝑐 = 32,5 𝐴 ≈ 30 𝐴 El Interruptor a usar será uno de 30 A. Contactor Este dimensionamiento también es dependiente de la In del motor. 𝐼𝑔 = 1,25 ∗ 𝐼𝑛 𝐼𝑔 = 1,25 ∗ 13 𝐴 𝐼𝑔 = 16,25 𝐴 ≈ 18 𝐴 Conductor 𝐼𝑔 = 1,25 ∗ 𝐼𝑛 𝐼𝑔 = 1,25 ∗ 13 𝐴 𝐼𝑔 = 16,25 𝐴 => 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠: 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟: 2𝑥#14 𝐴𝑊𝐺 El conductor que cumple las características es uno de calibre # 14. Guarda motor

𝐼𝑔 = 1,25 ∗ 𝐼𝑛 𝐼𝑔 = 1,25 ∗ 13 𝐴 𝐼𝑔 = 16,25 𝐴 ≈ 16 𝐴 Un guarda motor de 16 A es necesario para la protección del motor.

Circuito del sistema

El circuito de control consta de: Nombre

Descripción

Función

PEM

Pulsador de emergencia

Apaga el sistema en cualquier momento en caso de emergencia

P1

Pulsador de marcha

Inicializa o prende el sistema el sistema

P0

Pulsador de paro

Apaga el sistema

C1

Contactor eléctrico

Controla el encendido o apagado del motor M

H1 y H2

Luces de señalización

Son luces de aviso H1 cuando esta encendido el sistema y H2 en caso de activarse el guardamotor.

El circuito de potencia está constituido por: Nombre

Descripción

Función

F

Interruptor

Protección del conductor.

Magnetotérmico C1 (NA)

Contactos abiertos de C1

Controla el encendido del motor

F2

Relé térmico

Protege el motor de sobrecargas.

M

Motor monofásico de

Movimiento del sistema

arranque por condensador

METODOLOGÍA



Diseñar la estructura metálica en acero negro para que la abrasión entre la parte fija y móvil de la estructura sea mínima.



Dimensionar correctamente el motor para que produzca un torque suficiente para empujar el peso de la estructura metálica.



Acoplar todos los elementos de acuerdo a los planos diseñados para el ensamble final de la zaranda.

BIBLIOGRAFIA: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn47.html http://www.colmallas.com/mallas/malla-zaranda.html

http://aulas.uruguayeduca.edu.uy/mod/book/view.php?id=34282&chapterid=9340 https://es.vbook.pub.com/doc/97149877/zaranda https://procesaminerales.blogspot.com/2012/08/clasificacion-seca.html