Quispe Matos.pdf

i
UNIVERSIDADNACIONALDELCENTRODELPERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
TESIS
PRESENTADA POR:
Quispe Matos Richard
Para optar el título de
Ingeniero Mecánico
HUANCAYO – PERÚ
2017
DISEÑO DE UNA MÁQUINA
TRANSPORTADORA DE PAQUETES DE
LÁMINAS DE ZINC A 38Tn/Hr EN LA
REFINERÍA VOTORANTIM METAIS CJM.

ii
ASESOR:
Ing. Rolando Pérez Ñaupa

iii
DEDICATORIA
A mi madre que ha significado amor,
cariño y apoyo incondicional y que es el
motor y motivo para mi superación.
A mi abuelo Fortunato Matos Arroyo que
ha dedicado toda su vida a servir a Dios
y a sus seres queridos, su nombre
siempre ha sido sinónimo de ejemplo,
humildad y carisma.

iv
CONTENIDO
CONTENIDO ............................................................................................................... iv
ÍNDICE DE FIGURAS................................................................................................... v
ÍNDICE DE CUADROS................................................................................................vii
RESUMEN..................................................................................................................viii
ABSTRACT .................................................................................................................. x
INTRODUCCIÓN.........................................................................................................xii
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO.............................................................1
1.1 Planteamiento del problema...........................................................................................................1
1.2 Formulación del problema .............................................................................................................6
1.3 Objetivos de la investigación .........................................................................................................6
1.4 Justificación ...................................................................................................................................7
MARCO TEÓRICO.....................................................................................8
2.1 Antecedentes ..................................................................................................................................8
2.2 Bases teóricas...............................................................................................................................10
2.3 Bases conceptuales.......................................................................................................................32
2.4 Operacionalización de variables...................................................................................................33
METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN.................................................... 35
3.1 Metodología VDI 2221 ................................................................................................................35
DISEÑO DEL TRANSPORTADOR-METODOLOGÍA VDI 2221................ 38
4.1 Tarea 1: Clarificación y definición de la tarea .............................................................................38
4.2 Tarea 2: Estructura de funciones..................................................................................................40
4.3 Tarea 3 Combinaciones de soluciones .........................................................................................44
CÁLCULO DE TRANSPORTADOR DE VIGA GALOPANTE.................... 53
5.1 Tarea 5: Diseño de los módulos clave..........................................................................................53
5.2 Tarea 6: Diseño completo ............................................................................................................95
PRESENTACIÓN DE RESULTADOS..................................................... 105
6.1 Tarea 7: Preparar instrucciones de fabricación y operación.......................................................105
CONCLUSIONES..................................................................................................... 107
RECOMENDACIONES............................................................................................. 108
BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................... 109

v
ÍNDICE DE FIGURAS
Fig. 1.1 Diagrama de Pareto de fallas……..………………………………………..………...4
Fig. 1.2 Transportador de cadenas…….…..………………………………….……………...5
Fig. 2.1 Combinación sistemática – matriz morfológica (G. Pahl-2007)…………………17
Fig. 2.2 Ponderación de criterios de evaluación (G. Pahl-2007)……………………..…..20
Fig. 2.3 Diagrama de valoración aritmético.......……………………………...………..…..22
Fig. 2.4 Diagrama de valoración por línea de valoración e hiperbólico…………..…..…23
Fig. 2.5 Elementos con esfuerzos principales (Shigley-2008)………………………...…24
Fig. 2.6 DCL en cordones de soldadura (Shigley-2008)…….………………………….…25
Fig. 3.1 Etapas de aplicación de la metodología VDI 2221………………………………29
Fig. 2.7 Transportador de bandas MBF-P 2040 (Technology Group MK)………………27
Fig. 2.8 Transportador de bandas (Kair Industrial)…………………………………………27
Fig. 2.9 Transportador por rodillos (Technology Group MK)…………………………….28
Fig. 2.10 Transportador por rodillos (Grupo Atox………………………………………….29
Fig. 2.11 Transportador por rodillos (Hytrol Conveyor Company)………………….……29
Fig. 2.12 Transportador galopante (O. Noé 1977……………………..…………………..30
Fig. 2.13 Transportador de cadenas (Technology Group MK)…………………………..31
Fig. 2.14 Transportador de cadenas (Hytrol Conveyor Company)………………….…...31
Fig. 2.15 Transportador de cadenas (Cintasa S.A)………………….…………………….32
Fig. 3.1 Etapas de aplicación de la metodología VDI 2221………………………………36
Fig. 4.1 Abstracción de caja negra…………………………………………………………. 40
Fig. 4.2 Caja blanca…………………..…………………………………………….…….…. 41
Fig. 4.3 Diagrama de flujo de proceso……………………………………………………….43
Fig. 4.4 Transportador por cadenas……………………………………………….……..….45
Fig. 4.5 Transportador galopante………..…………………………………………………..46
Fig. 4.6 Carro transportador…………………..……………………………………..…….…47
Fig. 4.7 Transportador por rodillos………..……………………………………………...….48
Fig. 4.8 Diagrama de valoración………….…….……………………………………………50
Fig. 4.9 Solución óptima……………………..….……………………………………………51
Fig. 5.1 Biela motriz-movimiento vertical……………...……………………….…………...54
Fig. 5.2 Movimiento horizontal……..…………………………………….………….……….55
Fig. 5.3 Ciclo grama de funcionamiento deslaminadora……..…………….…...…….…..58
Fig. 5.4 Diagrama de caudal requerido en deslaminadora……………………..…….…..59
Fig. 5.5 Cargas aplicadas en la posición 01……………..…………………..……………..60
Fig. 5.6 Diagramas de deformación (método por Superposición)…..…………………...61
Fig. 5.7 Cálculo de reacciones usando Simulation Solidworks 2016……..………….….63

vi
Fig. 5.8 Comportamiento del movimiento vertical de los paquetes…………………..….64
Fig. 5.9 Geometría de biela………………………………………………….……..…….…..65
Fig. 5.10 DCL biela motriz……………………………………………………………………67
Fig. 5.11 Diagramas de fuerza cortante y momento flector de biela motriz…….…...…68
Fig. 5.12 Bulón de accionamiento, corte de la sección (c)……………………..…..…….69
Fig. 5.13 Carga en bulón de accionamiento…………………………………………..…….70
Fig. 5.14 Diagrama de FC y MF de bulón de accionamiento…………………………….70
Fig. 5.15 Ubicación de los esfuerzos máximos……………………………………….…….71
Fig. 5.16 Bulón de carga……………………………………………………………………...72
Fig. 5.17 Diagrama momento cortante y flector bulón de carga…………………………73
Fig. 5.18 Corte axial de biela accionada……………………………………………………74
Fig. 5.19 División de la zona critica de biela accionada……………………………….….75
Fig. 5.20 Datos de rodamientos de eje 45mm, fuente: SKF…………….…………….….78
Fig. 5.21 DCL, DMC, DMF de viga móvil………………………………….…………….….79
Fig. 5.22 Perfil H americano de ancha W 5 x 16……………………….……………….….80
Fig. 5.23 Rodamiento NUP 2209 ECP-fuente SKF…………………….……………….…81
Fig. 5.24 DCL de rueda deslizante……………………………………….…………….……82
Fig. 5.25 DCL Chumacera……………………………………….……………………….…..83
Fig. 5.26 Simulación de factor de seguridad de chumacera, Solidworks…………….....84
Fig. 5.27 Sección transversal de tensor de biela…………………….……………….…...84
Fig. 5.28 DLC de estructura …………………………..…………………….………….…...87
Fig. 5.29 Diagramas FC, MF de miembro B1-B1’plano y-z………………………………88
Fig. 5.30 Diagrama de cargas de miembro A1-A2-A3……………………………….……90
Fig. 5.31 Cargas en el miembro O1-A1…………………………………………….………91
Fig. 5.32 Soldadura en el Miembro B1-B1’sometido a flexión……….……………….…..92
Fig. 5.33 Soldadura en el Miembro A1-A2 sometido a torsión y flexión……………..….94
Fig. 5.34 DCL Perno de chumacera de biela…………………………….……………..….95
Fig. 5.35 DCL Perno de perno de cilindro de levante……………………………….…….97
Fig. 5.36 Esquema simplificado de cilindro tipo CN(S) –fuente: Atos……..…..………..98
Fig. 5.37 Esquema simplificado de cilindro tipo CN (L) –fuente: Atos………………...…99
Fig. 5.38 Selección de mangueras hidráulicas……………………..………………….…100
Fig. 5.39 Electroválvula tipo DKE ISO 4401 size 10 – fuente Atos………………….…101
Fig. 5.40 Elect. Prop. Direccional tipo DKZOR ISO 4401–fuente Atos…………….…..102
Fig. 5.41 Ubicación de sensores de posición………………………………………….…102
Fig. 5.42 Diagrama de variación de caudal real requerido por la UH……………………103

vii
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 1.1 Condiciones de operación deslaminadora G1022-1…..………………...……...….……2
Cuadro 1.2 Peso de paquetes obtenidos en la balanza H135.…………………...…………….……2
Cuadro 1.3 MTBF por Deslaminadora…………………………..…………………...…………....……3
Cuadro 1.4 Costo por repuesto de cadena transportadora G1029…….………...…………….……4
Cuadro 2.1 Factores utilizados para determinar el factor de seguridad (dúctiles)…………….…..12
Cuadro 2.2 Valores Nx criterio Pugsley ……………………….….…….................................……..13
Cuadro 2.3 Valores Ny criterio Pugsley para determinar FS...……..………………................…..13
Cuadro 2.4 Puntos adjudicados análisis costo beneficio - VDI 2225……………….……….…..…21
Cuadro 2.5 Operacionalización de la variable dependiente…………………………………………34
Cuadro 2.6 Operacionalización de la variable independiente………………………………….……34
Cuadro 4.1 Lista de exigencias…………………………………………….………….……………….39
Cuadro 4.2 Estructura de funciones…………………………………………………………….……..44
Cuadro 4.3 Evaluación técnica…………………………………………………….……………...…...49
Cuadro 4.4 Evaluación económica………………………………………..…………………..……….50
Cuadro 4.5 Módulos realizables……………….….……………………………..……………...……..52
Cuadro 5.1 Ficha técnica UH G1022-4 (VM-CJM)……………………………..…………...………..54
Cuadro 5.2 Selección de cilindros hidráulicos…………………………………….………………….55
Cuadro 5.3 Características de cilindros seleccionados…………………………………….………..56
Cuadro 5.4 Caudales de trabajo de cilindros hidráulicos 1ra iteración……………………….……56
Cuadro 5.5 Evaluación de caudal de la bomba 1ra iteración………………………….………..…...57
Cuadro 5.6 Variación de las reacciones según el movimiento de avance…………………………64
Cuadro 5.7 Iteraciones para cálculos de geometría de biela………………………..……………....66
Cuadro 5.8 Resultados de análisis de esfuerzo de biela plancha 10mm……………………...…..76
Cuadro 5.9 Resultados de análisis de esfuerzo de biela con refuerzo………………………....…..76
Cuadro 5.10 Cálculos de esfuerzo y pandeo en tubo SCH40……………………………………….85
Cuadro 5.11 Cálculos de esfuerzo y pandeo en tubo SCH80………………………………..……..85
Cuadro 5.12 Cargas resultantes en estructura…………………………………….…………....……87
Cuadro 5.13 Esfuerzos y factor de seguridad para miembro B1-B1……….……………….………89
Cuadro 5.14 Esfuerzos y factor de seguridad para miembro A1-A2……………………….….……91
Cuadro 5.15 Esfuerzos y factor de seguridad para miembro O1-A1…………………………..……92
Cuadro 5.16 Esfuerzos en soldadura del miembro B1-B1’ a flexión………………………….…….93
Cuadro 5.17 Esfuerzo En soldadura del miembro A1-A2 a flexión y torsión……………………….95
Cuadro 5.18 Factores de par de torsión K para pernos ……………….……………………...…….96
Cuadro 5.19 Factores de par de torsión para pernos ………………….……………………...…….97
Cuadro 5.20 Dimensiones de instalación cilindro CN –fuente: Atos….……………………..….….99
Cuadro 5.21 Parámetros para selección de diámetro de manguera……………..…………….…100
Cuadro 5.22 Evaluación de caudal de la bomba 2ra iteración……………….…………………….104

viii
RESUMEN
La tesis “DISEÑO DE UNA MÁQUINA TRANSPORTADORA PAQUETES
DE LÁMINAS DE ZINC A 38t/h EN LA REFINERÍA VOTORANTIM METAIS CJM”
ha sido elaborado con la finalidad de contar con una máquina que transporte
paquetes de 4 toneladas a 38 toneladas por hora ya que se ha detectado por
medio de análisis de fallas que la línea de deslaminado G1022-1 tiene un MTBF
de 1.9, en comparación con sus similares está por debajo del promedio que es
6.91. En ésta línea de deslaminado se observa que el sistema transportador de
paquetes de láminas de zinc G1029 es el que más fallas presenta y que es
causado por un incremento sustancial en la carga de diseño del paquete de
láminas de 3t a 4t.
El objetivo principal que se persigue en ésta investigación es el diseño de
una máquina transportadora para paquetes de láminas de zinc a 38t/h óptimo
para la necesidad, según la guía VDI 2221-2225.
La presente tesis es de tipo de investigación tecnológica a nivel aplicativa
ya que tiene como propósito aplicar el conocimiento científico para solucionar el
problema que se tiene respecto al transportador, aplicando los resultados de
investigaciones para diseñar los componentes de la máquina transportadora
óptima y así poder trasladar una nueva carga de paquetes de 4t.
Para esta tesis se utilizó la matriz morfológica de la norma VDI 2225
mencionada como instrumento para la evaluación de la máquina óptima, y
software para la evaluación de los esfuerzos y comprobación de los factores de
seguridad.

ix
El transportador que se diseñó funciona bajo el concepto de viga galopante,
este es el que obtuvo mayor puntaje dentro de la evaluación técnica-económica
postulada en el VDI 2225. Se seleccionó materiales de que se encuentran en el
mercado nacional, además se aprovecha la unidad hidráulica instalada para
darle energía al sistema mediante dos cilindros hidráulicos de 125 y 63mm de
diámetro. Se calcularon las cargas en base al traslado de dos paquetes de 4t a
la vez. Las cargas máximas se dan en los inicios del movimiento al romper del
momento de inercia de las masas. Las bielas son las encargadas de trasformar
el movimiento horizontal del cilindro de levante a movimiento vertical para
levantar los paquetes, estas son de acero para maquinaria AISI 1045 así como
los bulones y ruedas. La estructura que soporta todo el sistema es diseñada con
viga H de ala ancha W5x16 ASTM A36 Gr50 que se encuentran fácilmente en el
mercado nacional, la geometría de la viga facilita la fabricación de la estructura.
Finalmente se aplicó la teoría de Von Mises como teoría de falla y se
selecciona factores de seguridad para todos los componentes mecánicos bajo el
criterio de Pugsley y se hace el cálculo de inversión aproximada que es S/.
37321.70 para la fabricación y montaje del transportador de viga galopante.
Palabras claves: Refinería de zinc, línea de deslaminado, láminas de zinc, VDI
2225, Von Misses. Pugsley.

x
ABSTRACT
The thesis "DESIGN OF A CONVEYOR MACHINE PACKAGES FOR 38t/h
ZINC SHEETS AT THE VOTORANTIM METAIS CJM REFINERY” was
elaborated with the purpose of having a machine that transports packages from
4t to 38 t/h since it has been detected by Means of fault analysis that the G1022-
1 delamination line has an MTBF of 1.9, compared to its similar is below the
average which is 6.91. In this delamination line it is observed that the G1029 zinc
sheet pack conveyor system is the one with the most failures and is caused by a
substantial increase in the design load of the 3t to 4t sheet pack.
The main objective pursued in this research is the design of a conveyor for
packages of zinc sheets at 38t/h optimal for the need, according to the VDI
standard 2221-2225.
The present thesis is of technological research type at the application level
since its purpose is to apply the scientific knowledge to solve the problem that
has to the transporter, applying the results of the research to design the
components of the optimal conveyor machine and thus power Transfer a new
packet load from 4t to 38t/h.
For this thesis, the morphological matrix of the VDI standard 2221-2225
mentioned as instrument for the evaluation of the optimum machine was used,
and software for the evaluation of the efforts and checking of the safety factors.
The conveyor that was designed works under the concept of galloping
beam, which is the one that obtained the highest score within the technical-
economic evaluation postulated in the VDI 2225. It selected materials that are in
the national market, also takes advantage of the unit Hydraulics installed to give

xi
power to the system by means of two hydraulic cylinders of 125 and 63mm in
diameter. The charges were calculated based on the transfer of two packets of
4t at a time. The maximum loads are given at the beginning of the movement at
the moment of inertia of the masses. The rods are responsible for transforming
the horizontal movement of the lift cylinder to vertical movement to lift the
packages, these are steel for Aisi 1045 machinery as well as bolts and wheels.
The structure that supports the whole system is designed with w5x16 Astm A36
Gr50 wide wing I beams that are easily found in the national market, the geometry
of the beam facilitates the fabrication of the structure.
Finally the Von Mises theory was applied as fault theory and safety factors
are selected for all mechanical components under the Pugsley criterion and the
calculation of approximate investment is made that is S /. 37321.70 for the
manufacture and assembly of the galloping beam conveyor.
Keywords: zinc refinery, delamination line, zinc sheets, VDI 2225, Von
Misses. Pugsley.

xii
INTRODUCCIÓN
La presente investigación se realizó bajo la necesidad de contar con una
máquina que cumpla con transportar paquetes de 4t a 38t/h y que funcione
dentro de una línea de deslaminado en la refinería de zinc VM- Cajamarquilla.
En el capítulo I se analiza el planteamiento del problema en donde se enfoca el
bajo MTBF de línea de deslaminado G1022-1, donde se determina que el
transportador de láminas es el equipo que más fallas presenta y que es
ocasionado por el incremento en el peso de las láminas. Por ende es necesario
realizar un nuevo diseño con la nueva carga.
En el capítulo II se presentan los antecedentes a la investigación y se compilan
las bases teóricas que ayudaron a la realización de esta investigación. También
se definen los conceptos de variables dependientes e independientes.
En el capítulo III se expone la metodología a utilizar (metodología VDI 2221-
2225), también se define el tipo y nivel de investigación y unidad de observación.
El capítulo IV es la aplicación de la metodología VDI 2221- 2225, se presenta el
estado del arte, listas de exigencias, conceptos de diseño, evaluación técnica-
económica y concepto óptmo.
En el capítulo V se presentan los cálculos del transportador de viga galopante.
En el capítulo VI se presentan los resultados de la investigación, en este caso
son los planos de fabricación y ensamblaje de la máquina y las instrucciones de
operación. Finalmente se expone las conclusiones, recomendaciones y
bibliografía de la investigación.

1
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO
1.1 Planteamiento del problema
Votorantim Metáis - Cajamarquilla S.A. es una refinería dedicada al
procesamiento metalúrgico de concentrados de zinc y a la comercialización de
zinc refinado de alta pureza, aleaciones en diferentes formas y otros
subproductos. Está ubicada en Carretera central Km.9.5 desvío a Huachipa,
distrito de Lurigancho, departamento de Lima. Votorantim Metáis es líder en la
producción de zinc en América Latina y el quinto mayor productor mundial con
320000 t al año. Tiene dentro de los procesos finales 7 líneas de deslaminado1
que trabajan en paralelo pero con tecnologías de operación distintas.
En la línea de deslaminado G1022-1 del proyecto de ampliación 160k se
halla un transportador de láminas denominada 7901-0373G1029 cuyo
1
Línea de deslaminado: Conjunto de equipos que se encargan de procesar láminas de zinc desde la
electrodeposición hasta el traslado final de paquetes hacia la fundición.

2
accionamiento es por cadenas. En el cuadro 1.1 se muestra las condiciones de
operación iniciales para los que fue diseñado todo el sistema aquí se identifica
que el peso máximo de cada paquete de láminas es de 3000Kg.
Cuadro 1.1 –Condiciones de operación deslaminadora G1022-1
Numero de cátodos procesados en cada carga 28
Peso máximo de cada cátodo de zinc recubierto 150 Kg
Máximo peso del paquete en la mesa de apilamiento 3.000 Kg
Distancia entre cátodos en la entrada y salida 180 mm
Tiempo del Ciclo 13.5 seg/cátodo
Ciclo de cosecha de cátodos 48 horas
Voltajes Nominales de Motores:
• Potencia desde 200 kw a 1kw
• Potencia < 1kw
440V, 3hp, 60Hz
220, 1hp, 60 Hz
Fuente: Zincobre, 2007
Todos los paquetes después de salir de la línea de deslaminado son
pesados previamente en la balanza H135 antes de ser fundidos, es aquí donde
se identifica que el peso real supera las 3t. En el cuadro 1.2 se presenta una
muestra de los pesos obtenidos de paquetes.
Cuadro 1.2 Peso de paquetes obtenidos en la balanza H135
Fecha
Paq. 1 Paq. 2 Paq. 3 Paq. 4 Paq. 5 Paq. 6 Paq. 7 Paq. 8 Paq. 9 Paq. 10 Paq. 11 Paq. 12 Promedio
1/01/2015 3471.6 3492.6 3553.0 3600.9 3633.6 3648.9 3646.0 3625.1 3587.3 3535.1 3471.5 3400.6 3555.5
2/01/2015 2345.1 3500.1 3562.3 3610.0 3639.9 3650.0 3639.6 3609.5 3561.6 3499.3 3426.8 3549.1 3466.1
3/01/2015 3255.6 3502.1 3564.7 3612.2 3641.3 3649.9 3637.5 3604.9 3554.3 3489.5 3414.8 3535.6 3538.5
26/01/2015 2508.9 3494.3 3555.1 3603.1 3635.1 3649.4 3589.0 3621.8 3581.8 3527.3 3461.6 3644.8 3489.3
27/01/2015 3197.3 3554.0 3601.9 3634.3 3649.1 3645.5 3520.5 3584.7 3531.4 3466.8 3595.0 3623.5 3550.3
5/02/2015 1586.4 3589.3 3644.8 3638.7 3572.1 3459.0 3346.9 3392.9 3295.5 3251.4 3269.8 3523.1 3297.5
6/02/2015 2500.4 3612.0 3649.9 3605.2 3490.3 3536.7 3576.6 3281.8 3250.7 3302.0 3421.6 3386.7 3384.5
7/02/2015 2092.0 3500.5 3562.8 3610.4 3640.2 3650.0 3546.3 3608.6 3560.1 3497.3 3424.3 3639.2 3444.3
8/02/2015 3497.2 3558.7 3606.5 3637.6 3649.8 3642.5 3492.8 3572.1 3513.7 3444.6 3569.3 3616.0 3566.7
9/02/2015 1591.8 3495.7 3556.8 3604.7 3636.3 3649.6 3579.6 3619.1 3577.3 3520.9 3453.5 3643.8 3410.8
10/02/2015 3496.0 3557.2 3605.1 3636.6 3649.7 3643.5 3501.4 3576.2 3519.3 3451.6 3577.4 3618.5 3569.4
19/02/2015 3351.7 3547.3 3595.2 3629.2 3647.2 3648.4 3559.6 3600.6 3554.4 3496.6 3430.4 3632.5 3557.8
20/02/2015 2818.2 3493.9 3554.5 3602.5 3634.7 3649.3 3592.1 3622.7 3583.3 3529.4 3464.3 3645.2 3515.8
21/02/2015 3212.5 3560.8 3608.5 3638.9 3650.0 3640.9 3480.4 3566.2 3505.5 3434.4 3557.7 3612.3 3539.0
26/03/2015 2024.1 3506.7 3570.2 3617.2 3644.2 3649.1 3503.7 3592.9 3536.1 3465.3 3585.8 3631.6 3443.9
27/03/2015 2695.6 3494.0 3554.8 3602.7 3634.9 3649.3 3590.8 3622.4 3582.7 3528.5 3463.2 3645.0 3505.3
28/03/2015 2403.5 3494.5 3555.3 3603.2 3635.3 3649.4 3587.9 3621.5 3581.3 3526.5 3460.7 3644.7 3480.3
5/04/2015 1603.7 3501.3 3563.8 3611.3 3640.7 3650.0 3638.3 3606.7 3557.2 3493.3 3419.5 3540.8 3402.2
14/04/2015 3612.1 3552.7 3600.7 3633.4 3648.9 3646.2 3625.4 3588.0 3536.0 3472.7 3402.0 3528.1 3570.5
17/04/2015 3514.8 3579.8 3625.4 3648.0 3645.5 3618.2 3568.4 3500.2 3419.5 3532.9 3447.7 3371.2 3539.3
28/05/2015 2547.0 3494.3 3555.0 3603.0 3635.1 3649.4 3644.9 3621.9 3582.0 3527.5 3461.9 3589.3 3492.6
29/05/2015 3616.9 3649.2 3593.7 3466.8 3505.7 3357.5 1145.8 3257.4 3334.8 3475.3 3437.7 3265.8 3258.9
Fuente: Departamento de confiabilidad VM-CJM

3
En el cuadro 1.3 se ve el MTBF de las líneas de deslaminado en donde se
puede observar que la línea que más fallas presenta es la línea G1022-1 con un
promedio de 1.9 días y está relacionado con el incremento de la carga.
Cuadro 1.3 –MTBF por deslaminadora
En la figura 1.1 se muestra las horas de parada de la línea deslaminadora
G1022-1 dividida por subsistema durante el periodo enero 2013, febrero 2016.
El análisis de Pareto expone que el transportador de paquetes es el sub sistema
MTBF (DÍAS)
Real Mes
N° Hrs
del Mes
MTBF Real
G115
MTBF Real
G116
MTBF Real
G117
MTBF Real
G118
MTBF Real
G1022-1
MTBF Real
G2142
MTBF Real
G2143
ene-13 744 10.3 15.5 7.7 10.3 1.3 2.8 2.8
feb-13 672 8.4 11.7 9.8 11.8 1.1 2.3 2.0
mar-13 744 9.9 17.9 10.0 12.8 1.3 2.3 2.2
abr-13 720 11.9 17.0 10.0 12.0 1.6 2.4 2.3
may-13 744 8.3 12.5 8.8 8.8 1.8 2.2 2.0
jun-13 720 7.5 12.8 8.2 9.0 2.0 2.4 2.1
jul-13 744 6.9 10.0 8.5 9.0 2.1 2.4 2.0
ago-13 744 7.3 10.1 8.7 9.6 2.8 2.5 2.2
sep-13 720 6.4 9.5 8.6 8.3 3.0 2.0 2.2
oct-13 744 6.3 9.1 7.9 9.1 2.4 1.7 2.0
nov-13 720 6.5 8.6 7.9 10.7 2.1 1.5 2.1
dic-13 744 5.9 8.7 7.3 10.8 1.9 1.3 1.9
ene-14 744 6.3 10.1 7.6 11.4 1.9 1.3 2.1
feb-14 672 5.8 9.4 7.2 10.6 1.7 1.2 2.0
mar-14 744 6.0 7.2 7.5 8.6 1.7 1.4 1.8
abr-14 720 5.8 7.8 7.5 7.8 2.0 1.6 2.0
may-14 744 6.9 10.0 8.2 7.9 2.0 2.1 2.2
jun-14 720 8.1 10.6 11.2 8.6 1.9 2.6 2.3
jul-14 744 8.5 11.2 12.0 7.5 2.0 2.8 2.4
ago-14 744 7.9 15.3 14.1 7.6 1.9 2.7 2.3
sep-14 720 7.5 22.8 15.2 11.4 1.9 3.0 2.6
oct-14 744 7.0 22.9 18.3 12.2 1.5 2.8 2.4
nov-14 720 6.7 16.6 22.8 16.5 1.6 2.8 2.5
dic-14 744 7.3 14.1 26.2 12.2 1.5 2.5 2.8
ene-15 744 7.0 12.2 23.0 16.7 1.4 2.3 2.7
feb-15 672 9.0 8.5 13.9 12.9 1.5 2.4 3.2
mar-15 744 10.6 7.8 10.7 11.3 1.5 2.2 3.2
abr-15 720 11.2 7.2 10.0 10.0 1.5 2.2 3.3
may-15 744 9.5 7.8 9.0 6.4 1.5 2.3 2.8
jun-15 720 11.3 6.9 6.6 6.9 1.7 2.4 2.6
jul-15 744 8.2 6.6 6.2 6.6 1.6 2.8 2.2
ago-15 744 8.3 8.3 7.9 7.9 1.6 3.1 2.1
sep-15 720 7.9 9.6 8.3 7.6 1.6 3.5 2.0
oct-15 744 9.2 10.2 8.7 9.1 1.8 3.5 2.0
nov-15 720 13.0 10.7 9.6 14.0 2.2 3.8 2.3
dic-15 744 9.6 15.3 13.1 15.3 2.4 4.8 2.7
Ene-16 744 12.2 20.4 13.1 15.3 3.4 4.4 3.9
feb-16 696 12.1 13.9 8.2 13.0 4.5 4.5 5.0
PROMEDIO 8.4 11.8 10.8 10.5 1.9 2.5 2.5

4
que ha ocasionado más horas de parada de la línea con total de 637.7 horas y
representa el 37.1% de todas las horas paradas por mantenimiento correctivo.
Figura 1.1: Diagrama de Pareto de fallas (Dep. Confiabilidad VM-CJM)
En el cuadro 1.4 se muestra las fallas que presentaron los componentes
del transportador en el periodo 2013-2015. Se distingue que las fallas se
presentan en los principales componentes del mismo con lo que se concluye que
todo el sistema se ve perjudicado por el incremento de la carga.
Cuadro 1.4 –Costo por repuesto de cadena transportadora G1029
COMPONENTE N° FALLAS % FALLAS N° CAMBIOS Costo Repuesto Costo total. % COSTO
CADENA 35 32% 9 $ 2,546.20 $ 68,747.4 79.91%
EJE 27 25% 7 $ 982.23 $ 6,875.6 7.99%
PIN 18 17% 18 $ 5.60 $ 100.8 0.12%
ESLABON 14 13% 14 $ 9.15 $ 128.1 0.15%
OTROS 7 6% 0 $ 0.0 0.00%
SPROCKET 4 4% 4 $ 2,541.30 $ 10,165.2 11.82%
RUEDA 2 2% 2 $ 6.70 $ 13.4 0.02%
MOTOREDUCTOR 1 1% 0 $ 0.0 0.00%
TOTAL 108 54 6091.18 86030.51
PROMEDIO/MES $ 2,263.96
637.7
256.1
235.7
190
172.3
135.2
45.2 32.3
12.5
37.1%
52.1%
65.8%
76.8%
86.9%
94.8% 97.4% 99.3%
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
0
100
200
300
400
500
600
700
Transp.
Paq
Strip. Un. Hidr. Cepillado Otros Pre Strip. Outlet Inlet Indexing
Horas de parada G1022-1
Hr Parada %

5
Los principales problemas que aquejan al transportador de paquetes son la
rotura de cadena, rotura de eje, alargamiento de cadena, rotura de pines y
eslabones, etc. También es necesario mencionar el alto costo de los repuestos.
Figura 1.2- Transportador de cadenas (foto propia)
Diseñar un transportador idóneo para un determinado trabajo significa
elaborar los cálculos necesarios y los planos de fabricación de la máquina que
cumpla con la necesidad acorde con la carga de trabajo. La transformación que
se desea realizar es la de proporcionarle a la empresa un diseño de una máquina
que cumpla con los requerimientos de la operación actuales.

6
1.2 Formulación del problema
1.2.1 Problema general
La interrogante principal de la presente investigación es: ¿Cómo diseñar
una máquina transportadora que permite trasladar paquetes de láminas de zinc
a 38t/h en la refinería Votorantim Metáis-Cajamarquilla S.A.?
1.2.2 Problemas específicos:
• ¿Cómo determinar y realizar los cálculos para diseñar una máquina
transportadora que permite trasladar paquetes de láminas de zinc a 38t/h en la
refinería Votorantim Metáis-Cajamarquilla S.A.?
• ¿Cómo elaborar los planos de fabricación de una máquina transportadora
que permite trasladar paquetes de láminas de zinc a 38t/h en la refinería
Votorantim Metáis-Cajamarquilla S.A.?
1.3 Objetivos de la investigación
1.3.1 Objetivo general
Diseñar una máquina transportadora mediante la metodología del diseño
VDI 2221-2225 que permite trasladar paquetes de láminas de zinc a 38t/h en la
refinería Votorantim Metáis-Cajamarquilla S.A.
1.3.2 Objetivos específicos
• Determinar los cálculos para el diseño de los componentes una
máquina transportadora que permite trasladar paquetes de láminas
de zinc a 38t/h en la refinería Votorantim Metáis-Cajamarquilla S.A.

7
• Elaborar los planos de fabricación y ensamble de una máquina
transportadora que permite trasladar paquetes de láminas de zinc a
38t/h en la refinería Votorantim Metáis-Cajamarquilla S.A.
1.4 Justificación
1.4.1 Razones que motivan la investigación
El cuadro 1.1 indica que el diseño original se hizo para un peso máximo de
paquete de 3t sin embargo en el cuadro 1.2 se identifica que el peso real supera
esa cantidad por lo tanto el transportador actual de cadenas está sobrecargado
es por ello que tiene constantes fallas ocasionado alto costo de mantenimiento,
además en el cuadro 1.4 se identifica que no sólo es problema de un componente
sino de todo el equipo. Por lo tanto la razón por la que se hace esta investigación
es para contribuir a VM-CJM con proponer una solución para reducir las paradas
de la línea G1022-1 diseñando un transportador acorde a la carga actual a
transportar.
Se justifica tecnológicamente cuando satisface necesidades sociales como
soluciones que permiten mejorar el sistema productivo (C. Espinoza). Esta
investigación se justifica tecnológicamente ya se propone el nuevo diseño que
permitirá mejorar la producción de la línea G1022-1.
1.4.2 Importancia del tema de investigación
Los resultados de esta investigación servirán para proponer el diseño
completo de todo el sistema de transporte de paquetes con una carga de 4t para
beneficio de la refinería VM CJM y que sea factible en términos de costos,
mantenimiento y operación. Con ello mantener el nivel de producción anual.

8
MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes
En la tesis titulada “DISEÑO DE UN TRANSPORTADOR DE CARGA” del
año 1999 el autor Joel Puente Sánchez menciona que: “El diseño se basa en la
aplicación de un factor de seguridad de 2, dado que según las condiciones y
factores nos pareció apropiado, sin embargo, si no tomamos en cuenta el factor
de concentración de esfuerzos el factor de seguridad en la polea motriz se eleva
a 2.7 aproximadamente, lo cual según la experiencia es bastante alto.”
En la investigación “ADAPTACIÓN, ANALISIS Y PUESTA EN
FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE DE PACAS DE
PAPEL AL PUPER 3 EN LA EMPRESA CARTOPEL” del año 2008 escrito por
Juan Pablo Vargas Guerrero en cuyo trabajo de investigación deduce que: El
análisis de la estructura es muy importante dentro de la reconstrucción ya que la

9
estructura es el sostén de todo transportador, la estructura del transportador fue
analizada con la ayuda de un software (SAP2000), que sirve para el cálculo de
estructuras metálicas, una vez colocadas todas las cargas respectivas a los que
se encuentran sometidos el transportador se concluyó que la estructura si
soporta sin problemas las cargas.
El investigación especial de grado: “DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y
AUTOMATIZACIÓN DE UNA CINTA TRANSPORTADORA PARA LA
SIMULACIÓN MECÁNICA DE UN PROCESO INDUSTRIAL” del año 2008
escrito por Gómez P. Dani y Fava G. Sergio, concluyen lo siguiente: Mediante el
uso de la matriz morfológica pudimos seleccionar el sistema más adecuado y
que se adaptará a los requerimientos propuestos. Se consultaron las
bibliografías y se logró realizar los cálculos necesarios para la construcción.
En la investigación titulada “DISEÑO Y MONTAJE DE UNA CINTA
TRANSPORTADORA DE SAL EN LA PLANTA DE LA EMPRESA
QUIMOALCALI, S.A. UBICADA EN EL PARCELAMIENTO SANTA ISABEL
PUERTO SAN JOSÉ” del año 2007 escrita por Elmer David Gonzáles Orozco,
en cuyo trabajo de investigación menciona lo siguiente: “El equipo de manejo de
materiales será seleccionado con base en la capacidad que éste tenga para
mover materiales en la forma, cantidad y velocidad deseada al menor costo
posible.”
En la tesis titulada: “DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN DEL
SISTEMA DE BANDAS TRANSPORTADORAS PARA CODIFICACIÓN DEL
PRODUCTO TERMINADO” del año 2006 mostrada por Antonio Jorge Herrera
concluye lo siguiente: Antes de comenzar cualquier proceso de diseño se deben

10
analizar todas las limitaciones y opciones disponibles para la solución del
problema, de manera que se pueda hacer un diseño completo y que pueda ser
integrado a planes futuros.
2.2 Bases teóricas
2.2.1 Diseño de máquinas:
El diseño de máquinas se ocupa de la creación de maquinaria que
funcione segura y confiablemente bien. El objetivo del diseño de máquinas es
dimensionar y formas las partes (elemento de máquinas) y escoger materiales y
procesos de manufactura apropiados, de manera que la máquina se comporte o
lleve a cabo sin falla de su función pretendida. Esto obliga que se efectúe un
análisis de esfuerzo y deflexión para cada pieza. Dado que los esfuerzos son
una función de las cargas aplicadas, inercia, así como la geometría de la misma,
deberá llevarse a cabo un análisis de fuerzas, momentos, pares de torsión y
dinámica de sistema antes de calcular completamente los esfuerzos y
deflexiones. (R. Norton, 1999).
2.2.2 Diseño óptimo
Un diseño óptimo cumple con todas las exigencias de la lista de
necesidades, así como la mayor parte de los deseos, se puede realizar por la
empresa dentro de las limitaciones de presupuesto (costeo objetivo), tiempo de
salida al mercado, las instalaciones de producción, etc. Se requieren varios
pasos para realizar una solución de este tipo, en primer lugar, una serie de
posibles soluciones para la tarea dada tiene que ser generado la base de esto
es la estructura de funciones que se utiliza para dividir la tarea global en sub

11
tareas manejables. La estructura también proporciona la función de interrelación
funcional entre las sub tareas, describiendo la relación entre las entradas y
salidas de cada sub función con respecto a los flujos de materiales, energía y
señales (Pahl, Beitz, 2007).
2.2.3 Falla de un sistema
Cada activo tiene más de una función, por lo tanto al ser posible que cada
una de éstas falle, se deduce que cualquier activo puede tener una variedad de
estados de fallas diferentes. Entonces es preciso definir una falla en términos de
“pérdida de una función específica” y no con la “falla del activo como un todo”.
Dado que este se aplica a funciones individuales, podemos definir una falla
funcional como: “la incapacidad de cualquier activo de cumplir una función según
un parámetro de funcionamiento aceptable para el usuario” (J. Moubray, 1997).
2.2.4 Factor de seguridad
Se trata de una relación de dos cantidades que contienen las mismas
unidades, como resistencia/esfuerzo, carga crítica/carga aplicada, velocidad
máxima de seguridad/velocidad de operación. Un factor de seguridad siempre
carecerá de unidades. (R. Norton, 1999).
2.2.4.1 Selección de un factor de seguridad
Es posible definir algunas guías para la elección de un factor de
seguridad en el diseño de máquinas, con base en la calidad y apropiado
de los datos y propiedades de los materiales disponibles, en las
condiciones de entorno esperadas en comparación con las existentes al
obtenerse los datos de prueba de los materiales y en la precisión de los

12
modelos de análisis, de cargas y esfuerzos aplicados para los estudios.
A continuación se escoge el factor general de seguridad, como el mayor
de los tres factores seleccionados (R. Norton, 1999).
Cuadro 2.1 Factores utilizados para determinar el factor de seguridad (dúctiles)
Información Calidad de la información Factor
Datos del material disponible
en pruebas
F1
El material realmente utilizado fue probado 1.3
Datos representativos del material disponible a partir
de pruebas 2
Datos suficientemente representativos del material
disponible a partir de pruebas 3
Datos poco representativos del material disponible a
partir de pruebas 5
Condiciones del entornos en
el cual se utilizará
F2
Idénticas a las condiciones de prueba del material 1.3
Esencialmente en un entorno de ambiente de
habitación 2
Entorno moderadamente agresivo 3
Entorno extremadamente agresivo 5
Modelos analíticos para
cargas y esfuerzos
F3
Los modelos han sido probados contra experimentos 1.3
Los modelos representan al sistema con precisión 2
Los modelos representan al sistema
aproximadamente 3
Los modelos son una burda aproximación 5
Fuente: R. Norton, 1999
2.2.4.2 Método de Pugsley
Según L.Rios-E. Roncancio (2007), este criterio menciona que el
factor de seguridad es el producto de dos valores Nx y Ny donde el factor
Nx es el que obtiene de los criterios A, B, C Y Ny de los criterio D y E.
en donde:
• A: calidad de los materiales, destreza, mantenimiento e inspección.
• B: control sobre la carga aplicada a la parte.
• C: exactitud del análisis del esfuerzo, información experimental o
experiencia con dispositivos similares.
• D: peligro para el personal.
• E: impacto económico sobre las consecuencias del diseño.

13
Cuadro 2.2-Valores Nx criterio Pugsley para determinar factores de seguridad
Donde:
• Mb: muy bien.
• B: bien.
• R: regular.
• P: pobre.
Cuadro 2.3-Valores Ny criterio Pugsley para determinar factores de seguridad
Donde:
• Ns: no serio.
• S: serio
• Ms: muy serio.
Fuente: L.Rios, E. Roncancio, 2007
Fuente: L.Rios, E. Roncancio, 2007

14
2.2.5 Línea de deslaminado
Llamado máquina de arrancado de cátodos. La función de la máquina de
arrancado de cátodos es la de procesar automáticamente la cosecha diaria de
cátodos provenientes de las celdas electrolíticas de la nueva nave de celdas
correspondiente al proyecto de ampliación 160K. La nave dispone de treinta y
seis (36) celdas electrolíticas dispuestas en dos (2) filas de dieciocho (18) celdas
cada una, con cincuenta y seis (56) cátodos de 3.6 m2 de superficie catódica en
cada celda y cincuenta y siete (57) ánodos. La separación entre cátodos en el
interior de las celdas es de 90mm. Sobre la superficie de los cátodos se deposita
una doble lámina de zinc que es arrancada en la máquina de arrancado de
cátodos cada cuarenta y ocho (48) horas. Para ello, los cátodos de cada celda
son transportados hasta la Máquina y devueltos a las celdas mediante el puente
grúa principal en dos (2) tandas compuestas por veintiocho (28) cátodos cada
una. Por lo tanto, cada tanda constará de la mitad de los cátodos presentes en
cada celda. La distancia entre los cátodos seleccionados en cada tanda es de
180mm. La máquina recibe las tandas de cátodos en dos (2) posiciones distintas,
alternadas cada día, puesto que un día se procesan los cátodos “pares” de cada
celda y al día siguiente los cátodos “impares”. Los cátodos provenientes de las
celdas electrolíticas son transportados por el puente grúa principal que los
deposita en la mesa de recepción de cátodos, o “Inlet Conveyor”, de la máquina
de arrancado de cátodos (Zincobre, 2008).
2.2.5.1 Mesa de recepción de cátodos (“Inlet conveyor”)
Es un mecanismo tipo viga galopante dotado de los adecuados
alojamientos para recibir cincuenta y seis (56) cátodos separados 90 mm,

15
aunque los cátodos, tal y como se ha descrito, se procesan en tandas de
veintiocho (28) cátodos, separados 180mm. La mesa de recepción de cátodos
(“inlet conveyor”), mediante avances sucesivos de 180 mm, va procediendo a
entregar los cátodos a la mesa de arrancado, o “indexing” (Zincobre, 2008).
2.2.5.2 Mesa de arrancado (“Indexing”)
Es otro mecanismo tipo viga galopante donde los cátodos pasan de tener
una separación de 180 mm a 360 mm y donde los cátodos son procesados
mediante el penetrador vertical de pre-arrancado, o “pre-stripping”, y el
arrancador vertical, o “stripping”. Mediante avances consecutivos de 360mm.
2.2.5.3 “Pre-Stripping”
Los cátodos son sometidos a un arrancado previo de la parte superior de
la doble lámina de zinc mediante un penetrador vertical (Zincobre, 2008).
2.2.5.4 “Stripping”
Una cuchilla de desplazamiento vertical se encarga de completar la
operación de despegado de la doble lámina de zinc. Las láminas de zinc así
obtenidas caen al nivel inferior (por medio de una rampa recientemente
instalada) (Zincobre, 2008).
2.2.5.5 Cadena de evacuación
Es una cadena transportadora que recepciona las láminas de la rampa y
traslada las láminas hasta ponerlas a disposición del manipulador de la siguiente

16
estación de la máquina que es el conjunto formado por el manipulador y la mesa
de apilado (Zincobre, 2008).
2.2.5.6 Manipulador de apilado
Es el responsable de trasladar una a una las láminas de zinc desde la
cadena de evacuación hasta la mesa apiladora, donde se van formando
paulatinamente paquetes de veintiocho (28) láminas. La mesa apiladora es una
mesa del tipo tijera que a medida que va recibiendo láminas, va descendiendo
hasta que se forma el paquete. Una vez formado el paquete, la mesa apiladora
desciende hasta poner el paquete de láminas a disposición de la cadena de
pesaje y acumulación de paquetes (Zincobre, 2008).
2.2.5.7 Cadena de pesaje y acumulación de paquetes
Es una cadena transportadora que traslada el paquete de láminas hasta
ponerlo a disposición de los vehículos de transporte responsables de su envío a
la fusión. La cadena cuenta con tres (2) posiciones para el paquete:
• Posición de recepción: posición que coincide con la mesa apiladora.
• Posición de pesaje: posición en la que una mesa elevadora dotada de
cuatro (4) células de carga realiza el pesaje del paquete (actualmente
en fuera de operación) (Zincobre, 2008).
2.2.6 Guías VDI 2221
Propone un enfoque genérico para el diseño de sistemas y productos,
haciendo hincapié en la aplicabilidad general del enfoque en los campos de la
mecánica, precisión, control, software e ingeniería de procesos. El enfoque
incluye siete pasos básicos de trabajo. Se hace especial hincapié en la
naturaleza iterativa del enfoque y la secuencia de los pasos no debe

17
considerarse rígida. Algunos pasos podrían ser omitidos, y otros repetidos
frecuentemente. Dicha flexibilidad se ajusta a la práctica y es muy importante la
aplicación de todo el diseño. Los metodólogos de diseño y diseñadores senior
de la industria que colaboraron para producir estas directrices VDI a menudo
representaban diferentes escuelas (Pahl, Beitz, 2007).
2.2.7 Combinación sistemática
Las sub funciones, por lo general limitadas a las funciones principales y
soluciones apropiadas (principios de solución) se introducen en las filas de la
figura 2.1. Si este esquema se va a utilizar para la elaboración de soluciones
globales, al menos debe elegirse un principio de solución para cada sub función
(es decir, para cada fila). Para proporcionar la solución global, estos principios
(sustitutos) deben ser combinados sistemáticamente en una solución completa.
Los principios de solución se disponen adecuadamente con la ayuda de
columnas adicionales, los principios de la solución no se expresan simplemente
en palabras sino también en bosquejos
Fig. 2.1 Combinación sistemática-matriz morfológica (Pahl, Beitz, 2007)

18
2.2.8 La evaluación de la solución de variantes
Las soluciones prometedoras que resultan del procedimiento de selección
general tienen que ser confirmado antes de la evaluación final, esto se hace con
criterios que son más detallados y posiblemente cuantificados. Esta evaluación
consiste en una evaluación técnica, de seguridad, medio ambiente y los valores
económicos (N. Roozenburg, 1990).
2.2.8.1 Principios básicos
Una evaluación pretende determinar el "valor", la "utilidad" o la
"fuerza" de una solución con respecto a un objetivo dado. Un objetivo es
indispensable puesto que el valor de una solución no es absoluto, sino
que debe medirse en función de ciertos requisitos. Una evaluación
implica una comparación de variantes conceptuales o, en el caso de una
comparación con una solución ideal imaginaria, una "calificación" o
grado de aproximación a ese ideal Por lo tanto, es necesario contar con
métodos que permitan una evaluación más completa, o en otras
palabras, abarcan un amplio espectro de objetivos (requisitos
específicos de las tareas y limitaciones generales). Estos métodos tienen
por objeto elaborar no sólo las propiedades cuantitativas, sino también
cualitativas de las variantes, permitiendo así aplicarlas durante la fase
conceptual. Los métodos más importantes hasta la fecha son Análisis
costo-beneficio basado en el enfoque de sistemas y la técnica de
evaluación técnica y económica combinada especifica en la Guía VDI
2225 (Pahl, Beitz, 2007).

19
2.2.8.2 Identificación de criterios de evaluación
El primer paso en cualquier evaluación es la elaboración de un
conjunto de objetivos de las que se pueden derivar criterios de
evaluación. En el campo de la técnica, tales objetivos son principalmente
derivados de la lista de requisitos y limitaciones general. La Directriz VDI
2225, no introduce ningún orden jerárquico para los criterios de
evaluación, pero se deriva una lista de ellos de las exigencias mínimas
y deseos y también de las propiedades técnicas generales. (Pahl, Beitz,
2007).
2.2.8.3 Ponderación de criterios de evaluación
Los criterios de evaluación son "factores de ponderación” que se
tendrán en cuenta en la etapa de evaluación posterior. Un factor de
ponderación es un número real, positivo que indica la importancia
relativa de un criterio de evaluación en particular (objetivo). Se ha
sugerido que tales ponderaciones deben ser asignadas a los deseos
cuando que se registran en la lista de requisitos pero eso sólo es posible
si tales deseos pueden ser clasificados en orden de importancia cuando
esa lista de requisitos es primero elaborado (Pahl, Beitz, 2007).
Directriz VDI 2225 intenta prescindir de ponderaciones y se basa
más bien en criterios de evaluación de los factores de aproximadamente
de igual importancia. Los factores de ponderación que ejercen una
influencia significativa siempre que las variantes para ser evaluados

20
tienen propiedades muy distintas, y siempre que los criterios de
evaluación correspondientes tienen gran importancia (Pahl, Beitz, 2007).
Fig. 2.2 Ponderación de criterios de evaluación (Pahl, Beitz, 2007).
2.2.8.4 La evaluación de valores
El Análisis Costo-Beneficio emplea una gama de 0 a 10; Directriz
VDI 2225 un rango de 0 a 4 (ver cuadro 2.4) La ventaja de la gama más
amplia es que, como la experiencia ha demostrado la clasificación y
evaluación se ha facilitado en gran medida por el uso de un sistema
decimal que refleja los porcentajes. La ventaja de la gama más pequeña
es que al tratar con soluciones cuyas características no se conocen con
detalle, las evaluaciones aproximadas son suficientes y de hecho, puede
ser el único enfoque significativo. Implican la siguiente evaluación:

21
Cuadro 2.4 Puntos adjudicados análisis costo beneficio - VDI 2225
Escala de valores
Análisis Costo Beneficio Guía VDI 2225
Pts. Significado Pts. Significado
0 Solución absolutamente inútil
0 Insatisfactorio
1 Solución muy inadecuada
2 Solución débil
1 Tolerable
3 Solución tolerable
4 Solución adecuada
2 Adecuado
5 Solución satisfactoria
6
Buena solución con pocos
inconvenientes 3 Bueno
7 Buena solución
8 Muy buena solución
4 Excelente (ideal)
9 Solución excede requerimiento
10 Solución ideal
Fuente: Pahl, Beitz, 2007
2.2.8.5 Determinación del valor general
Cuando se han determinado los subvalores para cada variante, el
valor general ahora debe ser calculado. En la evaluación de los
productos técnicos, la suma de subvalores se ha convertido en el método
habitual de cálculo, pero sólo puede considerarse preciso si la
evaluación de los criterios son independientes. Sin embargo, aun cuando
esta condición sólo se satisface aproximadamente, la suposición de que
el valor global tiene una estructura aditiva parece estar justificado. El
valor global de una variante j se puede determinar de la siguiente
manera:

22
Ponderado:
= ∗
2.2.8.6 Comparación del concepto de variantes
• El método de línea recta, con base en la media aritmética:
=
+
2
• El método hiperbólico, que implica multiplicar ambas
calificaciones y luego reducir a valores entre 0 y 1:
= √ ∗
Fig. 2.3 diagrama de valoración aritmético (Pahl, Beitz, 2007)

23
Fig. 2.4 Diagrama de valoración por línea de valoración e hiperbólico (Pahl, Beitz, 2007)
Los dos métodos aparecen en la figura 2.4. Donde hay grandes
diferencias entre las calificaciones técnicas y económicas, el método de
línea recta puede calcular una calificación general más alta que es el
caso con puntuaciones parciales inferiores, pero equilibrados. Debido a
soluciones equilibradas debe ser preferido, sin embargo, el método
hiperbólico es el mejor de los dos en situaciones de grandes diferencias
ya que ayuda a equilibrar las grandes diferencias en la calificación por
su efecto de reducción progresiva. Cuanto mayor es el desequilibrio
mayor será el efecto de reducción en el valor general.

24
2.2.9 Teoría de falla, energía de distorsión para materiales dúctiles
La teoría de la energía de deformación máxima predice que la falla por
fluencia ocurre cuando la energía de deformación total por unidad de volumen
alcanza o excede la energía de deformación por unidad de volumen
correspondiente a la resistencia a la fluencia en tensión o en compresión del
mismo material (Shigley, 2009).
Sy: Esfuerzo a la fluencia del material
Fig. 2.5 Elementos con esfuerzos principales (Shigley, 2008)
Usando las componentes XYZ del esfuerzo tridimensional el esfuerzo Von
Mises puede escribirse como:
2.2.10 Esfuerzo en uniones soldadas a tope y filete
En la figura 2.6 se presenta una soldadura en una ranura en V sometida
a una carga de tensión F. En el caso de cargas de tensión o de compresión, el

25
esfuerzo normal está dado por:
Donde h es la garganta de la soldadura y l es la longitud de la soldadura,
como se muestra en la figura. Observe que el valor de h no incluye el refuerzo.
Éste puede ser deseable, pero varía un poco y produce concentración de
esfuerzo en el punto A de la figura. Si existen cargas de fatiga, una buena
práctica consiste en esmerilar o maquinar el refuerzo (Shigley, 2009).
Fig. 2.6 DCL en cordones de soldadura (Shigley, 2008)
El esfuerzo promedio en una soldadura a tope debido a carga cortante
está dado por:
El esfuerzo de von Mises a un ángulo θ, se calcula mediante:

26
2.2.11 Esfuerzo en uniones soldadas sujetas a torsión
La fuerza cortante produce una cortante primaria en la soldadura y el
momento produce una cortante secundaria a torsión:
En el anexo 7 se detalla el segundo momento polar unitario de área (J)
para los diferentes perfiles de soldadura.
2.2.12 Esfuerzo en uniones soldadas sujetas a flexión
La fuerza cortante produce un cortante primario en las soldaduras y el
momento induce una componente de esfuerzo cortante en la garganta de 0.707τ,
donde están las soldaduras:
En el anexo 7 se detalla el segundo momento unitario de área (Iu) para
los diferentes perfiles de soldadura (Shigley-2009).
2.2.13 Estado del arte
a) Transportadores de bandas
Los principales fabricantes de estos equipos son:
• Technology Group MK: el sistema de transporte MBF-P 2040 con
cadena de banda modular en la industria alimenticia y en el transporte de
productos a altas temperaturas hasta 105°C. Por lo general, las cadenas
de banda modular son más resistentes al desgaste que correas; además
pueden caer líquidos del material de transporte a través de la cadena. A
causa de la guía de la banda, no se produce un desplazamiento lateral,

27
por lo que piezas también pueden transportarse lateralmente. Debido a
su accionamiento en unión continua, el MBF-P 2040 también puede
soportar altas cargas con un ancho de banda bajo. (Technology Group
MK, 2015 )
Fig. 2.7 Transportador de bandas MBF-P 2040 (Technology Group MK, 2015)
• Kair Industrial, Los transportadores son fabricados según las normas
CEMA e ISO, según los requerimientos de los usuarios con rodillos
plásticos o metálicos de 3.1/2”, 4”, 4.1/2”, 5” y 6” de diámetro, en anchos
de banda que varían entre 12” y 72” según la capacidad requerida
(Fuente: Kair Industrial, 2016).
Fig. 2.8 Transportador de bandas (Kair Industrial, 2016).
• Reyflex S.A.C: Están fabricadas con material reforzado de poliéster,
nylos y revestidas con caucho, resistentes al transporte de rocas,
minerales, carbón, etc. Sus tipos de cubierta Grado 1 y Grado 2 le dan
alta resistencia al desgaste y otorgan gran durabilidad, medidas
disponibles en stock Ancho: 18”, 20 “, 24”, 30”, 36”, 42”, 48”, 60”, Lonas:

28
2, 3, 4, 5, 6. (Reyflex S.A.C, 2013).
b) Transportadores rodillos
Los fabricantes principales de estos transportadores son:
• Technology Group MK: los rodillos motorizados RBM-P 2255 acciona
hasta nueve rodillos adicionales mediante una correa redonda. A causa
de la segmentación es posible realizar un tramo de transporte con
diferentes velocidades o funciones de arranque y de parada. De esta
manera es posible visualizar un flujo complejo de materiales en el sistema
de control. Anchuras de vía: 480-680 mm , longitud de vía: 500-10.000
mm (Technology Group MK, 2015)
Fig. 2.9 Transportador por rodillos (Technology Group MK, 2015)
• Atox Group: Los transportadores de rodillos inteligentes de ATOX
soluciones tecnológicas pueden combinar tramos accionados por
gravedad, tramos de giro libre para los puestos de picking y tramos de
rodillos motorizados. En el caso de los tramos autopropulsados, los
rodillos se dividen en grupos. En cada grupo un rodillo motriz transmite el
movimiento a varios rodillos esclavos mediante correas Poly-V. Esto,
unido a la integración de sensores, permite que cada grupo de rodillos
detecte cuándo tiene carga que transportar, accionándose y
desactivándose automáticamente según la necesidad real. Esta
característica convierte a los transportadores de rodillos de ATOX en un
sistema de gran eficiencia energética, a la vez que reduce el nivel de
ruido contribuyendo a la mejora de la ergonomía del almacén. (Grupo
Atox, 2015)

29
Fig. 2.10 Transportador por rodillos (Grupo Atox, 2015)
• Hytrol: El transportador de rodillo conductor modelo 190-E24 de 24 V
CC usa una serie de motores de 24 V CC para impulsar los rodillos de
desplazamiento, lo que elimina la necesidad de correas y cadenas de
transmisión o ejes de línea. Operación silenciosa y facilidad de
instalación y mantenimiento son solo algunas de sus ventajas. (Hytrol
Conveyor Company, 2014)
Fig. 2.11 Transportador por rodillos (Hytrol Conveyor Company, 2014)
c) Transportadores galopantes
• Oskar Noé: El transportador galopante se constituye de varios tramos
de viga con apoyos laterales y pueden desplazarse longitudinalmente
sobre rodillos de soporte por medio de un accionamiento y que estando
acoplados entre sí pueden ser elevados y bajados independientemente
uno del otro por medio de dispositivos elevadores estacionarios. El
accionamiento de la viga está estructurado como cilindro hidráulico, este
cilindro debe estar dispuesto siempre detrás del transportador o de sus
tramos alineados con el plano del piso. Otra característica es del

30
accionamiento por cremallera y un piñón que se engrana con ella y motor
de impulsión para el piñón, así se conforma su mecanismo de avance.
Las ventajas conseguidas por este transportador de viga galopante para
fardos de chapa hasta 50t o similares mercancías pesadas a transportar.
(O. Noé, 1977)
Fig. 2.12 Transportador galopante (O. Noé, 1977)
d) Transportadores de cadenas
Los principales fabricantes de máquinas son:
• Technology Group MK: el transportador de cadena KTF-P 2010 sirve
principalmente como elemento base para el montaje de distancias de
transporte. Este sistema está a su disposición como sistema de una, dos
o varias vías. Como en todos los transportadores de MK, también en este
es posible usar las ranuras longitudinales del perfil del portador (en este
caso MK 2015) para fijar travesaños, guías, iniciadores y otros
accesorios. Las dimensiones son las siguientes:
-Ancho de banda B: 200 a 2000 mm
-Longitud de banda: individualmente de 500-10000 mm
-Cadena: 1/2" simple o dúplex
-Carga total: hasta 1000 kg

31
-Accionamiento y velocidad: hasta 30 m/min
Fig. 2.13 Transportador de cadenas (Technology Group MK, 2015)
• Hytrol Conveyor Company: El Modelo DCEZ-63 es un transportador con
cadena de acoplamiento, diseñado para el manejo de estibas. El módulo
de acumulación acumula las estibas con cero-presión reduciendo la
posibilidad de colisiones que podrían ocasionar daños en el producto.
Motor 1-1/2 HP Estándar, capacidad 11,000 lbs. de carga máxima,
Cadena del transportador de doble paso #60 (Hytrol Conveyor Company,
2014).
Fig. 2.14 Transportador de cadenas (Hytrol Conveyor Company, 2014)

32
• Cintasa S.A: Transportador especialmente concebido para el transporte
de grandes volúmenes tales como palets, cajas, etc., en que un sistema
de cadenas hace mover el producto que se coloque sobre las mismas.
Su utilización es apropiada en diversos sectores y para distintos
productos, si bien es el movimiento de grandes dimensiones o elevados
pesos donde más se aconseja su utilización, estacionario pero tiene
elementos de pivote hidraulico, cuenta con variador de velocidad y
sistema eléctrico de protección, soportes de apoyo regulables en altura,
(Cintasa S.A, 2010).
Fig. 2.15 Transportador de cadenas (Cintasa S.A, 2010)
2.3 Bases conceptuales
2.3.1 Definiciones conceptuales
VI - Máquina transportadora:
Sistema que mueve en forma rectilínea paquetes de láminas de zinc bajo
un movimiento controlado y preciso. Sus dimensiones son la estructura, unidad

33
motriz, unidad de control, sistema de transmisión, órgano de trabajo y control de
posición.
VD - Trasladar paquetes de láminas de zinc a 38t/h.
Es el movimiento de paquetes de láminas de zinc desde la salida de la
mesa de apilado hasta la zona de despacho por montacargas. Su dimensión es
la carga máxima transportada de 4t por paquete en un intervalo de tiempo no
mayor a 378s.
2.4 Operacionalización de variables
VI –Máquina transportadora
• Tipo de energía: Identificación y selección de las energías disponibles
en la planta de VM-CJM (eléctrica, neumática o hidráulica)
• Estructura o bastidor: Diseño de geometría y selección de perfiles y
criterios de soldadura.
• Elemento motriz: Determinación de la capacidad y selección de un
elemento convencional y estándar que se ajuste al tipo de energía.
• Unidad de control: Selección de un controlador de dirección y
velocidad convencional y estándar.
• Sistema de transmisión: Cálculo y diseño de elementos libres o con
bajos niveles de abrasión.
• Órgano de trabajo: Diseño de elemento estándar y de fácil
mantenimiento y que trabaje con poca abrasión
• Control de posición: Selección de componentes estándares con
protección a ambientes corrosivos
VD - Trasladar paquetes de láminas de zinc a 38 t/h
Variable que expresa la capacidad de transporte de carga del
transportador de paquetes, se mide en toneladas por hora.

34
Cuadro 2.5 Operacionalización de la variable dependiente
Variable Dependiente: Trasladar paquetes de láminas de zinc a 38 t/h
Definición conceptual Dimensión Indicador
Es el movimiento de paquetes de láminas de zinc desde la salida
de la mesa de apilado hasta la zona de despacho por
montacargas. Su dimensión es la carga máxima transportada de
4t por paquete en un intervalo de tiempo no mayor a 378s.
Capacidad de
transporte
38 t/h
Fuente: Elaboración propia
Cuadro 2.6 Operacionalización de la variable independiente
Variable Independiente: Máquina transportadora
Definición conceptual Dimensión Actividades
Sistema que mueve en forma
rectilínea paquetes de láminas
de zinc bajo un movimiento
controlado y preciso. Sus
dimensiones son la estructura,
unidad motriz, unidad de
control, sistema de
transmisión, órgano de trabajo
y control de posición
Tipo de
energía
Identificación y selección de las energías
disponibles en la planta de VM-CJM (eléctrica,
neumática o hidráulica)
Estructura
o bastidor
Diseño de geometría y selección de perfiles y
criterios de soldadura.
Unidad
motriz
Determinación de la capacidad y selección de un
equipo convencional y estándar que se ajuste al
tipo de energía.
Unidad de
control
Selección de un controlador de dirección y
velocidad convencional y estándar.
Sistema de
transmisión
Cálculo y diseño de elementos libres o con bajos
niveles de abrasión, elementos que puedan ser
reparados ante cualquier falla.
Órgano de
trabajo
Diseño de elemento estándar y de fácil
mantenimiento, que trabaje con poca abrasión.
Control de
posición
Selección de componentes estándares con
protección a ambientes corrosivos

35
METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN
3.1 Metodología VDI 2221
La metodología VDI 2221 (Verein Deutscher Ingenieure), es desarrollado
en Alemania y se basa en un enfoque sistemático para el diseño de sistemas
técnico y productos. La figura 3.1 explica las etapas a seguir y cuya aplicación
se ejecutará en el capítulo 4.
3.1.1 Tarea 1: clarificación y definición de la tarea
En la tarea 1 se elaborará la descripción y declaraciones sobre la maquina
a diseñar el propósito de esta tarea es aclarar la información sobre los requisitos,
restricciones e importancia de la máquina. Todo esto será plasmado en la lista
de exigencias cuyo modelo se muestra en anexo 16.

36
Figura 3.1 Etapas de aplicación de la metodología VDI 2221 (Pahl, Beitz, 2007)
3.1.2 Tarea 2: Determinar estructura de funciones
En la tarea 2 se elaborará la estructura de funciones que es una
representación esquemática de un diagrama de flujo esto se realizará partir de
la abstracción del problema, la división de la función principal en subfunciones
secundarias permitan estudiar mejor el objeto.
3.1.3 Tarea 3: Búsqueda de soluciones principales y sus combinaciones
En la tarea 3 se elaborará la matriz morfológica la cual se basa en la
búsqueda de principios de soluciones adecuadas para cada subfunción obtenida
en la tarea anterior. Esta búsqueda de las soluciones adecuadas o prometedoras
será hecha por métodos intuitivos, convencionales o discursivos. La combinación

37
sistemática se hará en base a la compatibilidad de los elementos y será
esquematizada a mano alzada para tener mayor nivel de concretización.
Finalmente cada solución será evaluada mediante la metodología VDI 2225 para
obtener el principio de solución ganador.
3.1.4 Tarea 4: Dividir en módulos realizables
En esta tarea se definirán los elementos principales de que darán
funcionalidad y forma a la máquina y los elementos secundarios que generarán
el diseño completo de esta.
3.1.5 Tarea 5: Desarrollar el diseño de los módulos clave
En la tarea 5 se realizará el diseño de los elementos clave o principales
que son los que fueron seleccionador en la tarea 4. Esta tarea es muy importante
ya que a partir aquí se podrá diseñar los demás elementos de la máquina. Cabe
mencionar que este es el paso más iterativo de la metodología.
3.1.6 Tarea 6: Diseño completo
Al igual que en la tarea 5, en este paso se elaborará el diseño de los
elementos secundarios de la máquina.
3.1.7 Tarea 7: Preparar instrucciones de elaboración y operación
En la tarea 7 se definen la lista de partes, los planos de fabricación de la
y el procedimiento de operación de la máquina. Estas especificaciones debe ser
lo más claro posible y acorde con normas nacionales y/o internacionales, todo
ello para que no haya errores de fabricación.

38
DISEÑO DEL TRANSPORTADOR-METODOLOGÍA VDI 2221
En este capítulo se desarrolla la metodología VDI 2221 cumpliendo con lo
expuesto en el capítulo 3. Las tareas son elaboradas de acuerdo realidad esta
investigación.
4.1 Tarea 1: Clarificación y definición de la tarea
En el anexo 16 se presenta el modelo de lista de exigencias que se usa
para el desarrollo de esta tarea. La aclaración principal es que el transportador
será diseñado solo para traslado de láminas de zinc en la línea de deslaminado
G1022-1 y que será montado en la parte final de la línea y cuyo cimiento es
concreto armado en terreno compactado.
En el cuadro 4.1 se muestra la lista de exigencias o requerimientos del
transportador para que pueda ser instalado, montado, operado y mantenido en
la planta de Cajamarquilla.

39
Cuadro 4.1 Lista de exigencias
VOTORANTIM
METAIS CJM.
PROYECTO: DISEÑO DE UNA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE PAQUETES
DE LÁMINAS DE ZINC A 38 t/h EN LA REFINERÍA VOTORANTIM METAIS CJM.
Fecha de entrega:
30/11/2016
UT: 7901-0373G1029
Ítem D/E REQUERIMIENTOS RESPONSABLE
1
E
E
E
FUNCIÓN
Transportar paquetes de 56 láminas de zinc con un peso total de 4000Kg a una
distancia de 3120 mm con un ratio de 6.3 min/paq (38 t/h).
Funcionar de manera sincronizada con la mesa apiladora de láminas por medio
de controladores de movimiento y posición.
La posición final del paquete deberá permitir la operación de despacho por un
montacargas.
R. QUISPE
2
E
E
E
E
E
E
GEOMETRÍA
ANCHO; 1500 mm (-15)
LARGO: 4600 mm (+-100)
ALTURA: 900 mm (+50)
Compatible con medidas de la mesa apiladora:
ANCHO; 580 mm x 2
LARGO: 1320 mm x 2
ALTURA: 604mm (abajo), 1033mm (arriba)
R. QUISPE
3
E
E
D
E
E
CINEMÁTICA
Precisión de movimientos y posiciones.
Transportar los paquetes de manera segura, sin movimientos bruscos.
Transportar los paquetes bajo un movimiento lineal.
El movimiento del paquete iniciara cuando la mesa de apilado se encuentre en
la posición máxima inferior.
El transportador no debe funcionar si hay un paquete en la última posición.
R. QUISPE
4
E
FUERZA
Peso máximo de paquete: 4000 Kg R. QUISPE
5
D
ENERGÍA
La energía debe estar instalada y disponible en el lugar de trabajo de
transportador Eléctrica / Neumática / Hidráulica.
R. QUISPE
6
E
MATERIALES
De fácil adquisición en mercado nacional.
R. QUISPE
7
E
D
D
SEGURIDAD
La operación debe ser segura.
Los componentes móviles no deben estar expuestos al operador.
Debe presentar daños mínimos al medio ambiente en caso de una falla o
colapso.
R. QUISPE
8
D
D
ERGONOMÍA
Baja producción de ruido.
Los componentes o repuestos de cambio o mantenimiento constante deben
estar al alcance.
R. QUISPE

40
9
E
D
D
MANTENIMIENTO
Mantenimiento (montaje / desmontaje) sencillo y rápido
Componentes reparables.
Los componentes deben tener alternativos y/o paliativos de emergencia.
R. QUISPE
10
E
FABRICACIÓN
El transportador debe contar con componentes sencillos y estándares
presentes en el mercado nacional.
R. QUISPE
11
E
MONTAJE
El transportador debe ser prefabricado en taller, ensamblado en su punto de
operación.
R. QUISPE
12
E
E
SEÑALES
La señal de entrada será cuando la mesa apiladora esté en la posición más
baja, se usarán sensores de posición.
La señal de salida será cuando el paquete haya llegado al final del
transportador, se usarán sensores de posición.
R. QUISPE
Fuente: Elaboración Propia.
4.2 Tarea 2: Estructura de funciones
4.2.1 Abstracción de caja negra
Fig. 4.1 Abstracción de caja negra (elaboración propia)
Entradas:
• Energía: Se encuentra disponible en planta, Eléctrica, Neumática o
Hidráulica.
• Materia: paquetes 4t de zinc.
• Señales: Señal de posición inferior de la mesa de ailado.

41
Salidas:
• Energía: Ruido, calor, energía cinética.
• Materia: movimiento de paquetes de 4t a 38 t/h
• Señales: Señal de segunda posición de paquetes, señal visual
4.2.2 Caja blanca
Fig. 4.2 Caja blanca (elaboración propia)
4.2.3 Secuencia de principios tecnológicos
1) Se da la señal de la mesa de apilado en posición inferior. La mesa
de apilado tiene que estar en posición inferior, esto ocurre cuando
se acumula en forma apilada 28 láminas dobles que provienen
desde el manipulador de láminas, cada vez que la mesa recibe una
descarga de láminas desciende progresivamente hasta llegar a su
posición final inferior. Esta posición es detectada por un sensor final
de carrera instalado en el equipo.
2) Se energiza el sistema. Después de recibida la señal de la mesa

42
de apilado de láminas, se pone a disponibilidad la energía
seleccionada que está instalada en la zona de trabajo.
3) Funcionamiento la unidad motriz. Se pone en funcionamiento la
unidad motriz que proporcionará potencia necesaria para
movimiento de los componentes.
4) Transmisión de la potencia y movimiento. Los elementos de
transmisión llevan la potencia desde la unidad motriz hasta el
órgano de trabajo.
5) Accionamiento del órgano de trabajo. El paquete se encuentra en
contacto directo con el órgano de trabajo cuya función es la de
trasladar el paquete de láminas.
6) Traslado de paquetes. Desde la posición inicial en la mesa
apiladora hasta la zona de embarque de montacargas, en un
movimiento es rectilíneo.
7) Señales de posición. Los sensores ubicados en el transportador
detectan la posición de los paquetes, cuando el paquete haya
finalizado su recorrido debe detenerse automáticamente, de lo
contrario hay riesgo de volcadura del paquete. Este dispositivo
también controla el nuevo arranque del equipo vale decir que
mientras haya un paquete en la zona final del transportador éste no
se volverá a encenderse.

43
8) Control por el PLC. La memoria de los comandos ejecutados serán
almacenados en el PLC del equipo ya instalado: G1022-14.
4.2.4 Estructura de funciones
De forma resumida se enumera la estructura de funciones:
1) Señal de la mesa de apilado.
2) Energía disponible en planta.
3) Unidad motriz.
4) Transmisión.
5) Accionamiento del órgano de trabajo.
6) Traslado del paquete.
7) Control de posición.
8) Control de señales PLC.
4.2.5 Diagrama de flujo de proceso
Fig. 4.12 Diagrama de flujo de proceso (elaboración propia)

44
4.3 Tarea 3 Combinaciones de soluciones
4.3.1 Matriz morfológica
Cuadro 4.2 Estructura de funciones (Elaboración propia)
N°
ESTRUCTURA DE
FUNCIONES
PORTATADORES DE FUNCIONES
1 2 3 4
1 Señal de la mesa de apilado
Limit swich
2 Energía disponible en planta
Eléctrica Hidráulica Neumática
3 Unidad motriz
Motoreductor Bomba hidráulica Actuador lineal Multiplicador
4
Transmisión de potencia.
Eje Biela Manguera
5
Accionamiento Órgano de
trabajo.
Cilindro Sprocket Rueda
6 Traslado del paquete
Cadena Vigas Rodillos Carro transportador
7
Control de posición.
Limit swich Sensor de proximidad
8
Control de señales PLC.
PLC
Fuente: Elaboración propia.
S1 Solución 1
S2 Solución 2
S3 Solución 3
S4 Solución 4

45
4.3.2 Concepto de solución 1
El concepto de solución 1 muestra el Sistema que está trabajando
actualmente, en el que el órgano de trabajo es la cadena transportadora
y es accionado por un motoreductor. Se puede observar que el elemento
más crítico es justamente el que está más expuesto a altas fricciones ya
que presenta guías metálicas. Al estar en contacto directo con los
paquetes y siendo arrastrado por una fuerza de tracción está propenso
al colapso. Además al estar los sprockets unidos rígidamente hacen que
ante cualquier estiramiento de cadena o ruptura de la misma se tiene
que hacer el cambio de los tres elementos que son complicados en su
montaje. Los paquetes son arrastrados de dos en dos, la detención de
sistema se hace por medio de un limit swich.
Fig. 4.4 Transportador por cadenas (elaboración propia)

46
El concepto de solución 2 ofrece un sistema con vigas galopantes
que son accionados con 2 cilindros hidráulicos, lo que hace que el
movimiento sea preciso y controlado, las bielas ayudan a tener un
movimiento vertical uniforme y favorecen para el uso de un solo
actuador. Además los elementos de rodadura no están expuestos al
ambiente agresivo ni a contacto directo con el paquete, la fricción puede
controlarse con una buena lubricación. Ante un eventual colapso se
pueden cambiar sus piezas por separado haciéndolo más rápido y
menos costoso. La energía hidráulica puede ser aprovechada de la
unidad hidráulica que se tiene ya instalada en planta (G1022-4). El
órgano de trabajo que está en contacto directo con el paquete es una
barra simple lo cual puede ser protegida con una pintura anticorrosiva.
Fig. 4.5 Transportador galopante (elaboración propia)

47
La solución 3 muestra un sistema neumático accionado por un
multiplicador de presión que aprovecha el aire comprimido que está
disponible en planta. El accionamiento del órgano de trabajo que es
carrito, viene dado por un cilindro neumático. El carrito es de fácil diseño
y material estándar pero por la distancia del paquete a transportar que
es más de 3m se usa dos cilindros en serie, que por su longitud pueden
ocasionar flexiones de vástago. El sistema puede soportar ataques
corrosivos con lubricación y pintado de estructuras. Las electroválvulas
son controladas por el PLC y según las señales de los sensores de
posición, se hace necesaria la instalación de un sistema multiplicador de
presión para darle la potencia requerida al sistema.
Fig. 4.6 Carro transportador (elaboración propia)

48
La solución 4 expone el uso de rodillos como órgano de trabajo
que son accionados por medio de un motoreductor y transmitidos por
catalinas y cadenas. El rodillo está expuesto a la fricción y al ambiente
agresivo ya que siendo elemento de rodadura está en contacto directo
con los paquetes lo que también puede provocar flexiones y
atascamientos. Los rodillos se pueden cambiar según sea la necesidad
y desgaste. Por el uso de abundantes cadenas y catalinas se hace
costosa la fabricación. Por las características del diseño puede ser
inestable y ocasionar caída de láminas. La detención del sistema se
ejecuta por medio de sensores de proximidad.
Fig. 4.7 Transportador por rodillo (elaboración propia)

49
4.3.6 Evaluación técnica
En esta sección se ejecutarán las evaluaciones técnicas según la norma
VDI 2225 correspondientes a cada concepto de solución para determinar cuál es
el diseño que se adapta mejor a nuestro requerimiento. Se utilizará como criterios
de evaluación la lista de exigencias mostrada en el cuadro 4.1.
Cuadro 4.3 Evaluación técnica
PONDERACIÓN TÉCNICA DE ALTERNATIVAS
0= no satisface, 1= aceptable, 2 = suficiente, 3= bien y 4=perfecto o ideal
N° Lista de exigencias Ponderado S1 S2 S3 S4 IDEAL
1 FUNCIÓN 12% 3 3 3 3 4
2 GEOMETRIA 10% 3 3 1 1 4
3 CINEMATICA 12% 2 3 2 1 4
4 FUERZA 5% 2 3 2 3 4
5 ENERGIA 10% 3 3 3 3 4
6 MATERIALES 8% 1 3 2 1 4
7 SEGURIDAD 10% 1 3 3 2 4
8 ERGONOMIA 8% 2 3 2 3 4
9 MANTENIMIENTO 10% 1 2 1 2 4
10 FABRICACIÓN 7% 2 3 2 3 4
11 MONTAJE 6% 2 3 3 3 4
12 SEÑALES 2% 4 3 4 4 4
Puntaje total PT=Σpi*Pond(%)/100 100% 2.08 3.14 2.22 2.22 4
Puntaje unitario PU =PT/4 0.52 0.77 0.56 0.56 1
4.3.7 Evaluación de económica
En el cuadro 4.4 se evalúa el criterio económico para cada una de las
soluciones propuestas. Para la elaboración de los criterios se toma cuenta los
diferentes costos como del material, fabricación, montaje y mantenimiento los
cuales se da una estimación de costo aproximada a la realidad.

50
Cuadro 4.4 Evaluación económica
PONDERACIÓN ECONOMICA DE ALTERNATIVAS
0= no satisface, 1= aceptable, 2 = suficiente, 3= bien y 4=perfecto o ideal
N° Lista de exigencias Ponderado S1 S2 S3 S4 IDEAL
1 COSTO DE MATERIALES-REPUESTOS 40% 1 2 3 2 4
2 COSTOS DE FABRICACIÓN 15% 3 3 3 2 4
3 COSTO DE MANO DE OBRA 10% 3 3 3 3 4
4 COSTO POR MANTENIMIENTO 35% 1 3 2 3 4
Puntaje total PT=Σpi*Pond(%)/100 100% 1.5 3.0 2.65 2.45 4
Puntaje unitario PU =PT/4 0.38 0.70 0.66 0.61 1
4.3.8 Diagrama de valoración de soluciones
En la figura 4.17 se muestra que la alternativa óptima es la solución 2, ya
que ésta tiene mejores puntajes considerando el método de la media aritmética
y el método hiperbólico mencionado en la sección 2.2.8.
Fig. 4.8 Diagrama de valoración (elaboración Propia)
S1
S2
S3
S4
IDEAL
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
Evaluación
Económica
Evaluación Técnica
Diagrama de Valoración

51
4.3.9 Concepto óptimo (Tarea 4-módulos realizables)
Fig. 4.9 Solución óptima (elaboración Propia)
La solución 2 es la que se obtuvo más ponderación así es que se convierte
en la solución óptima, en la figura 4.18 se muestra los componentes principales
de la máquina que se diseña. En el cuadro 4.5 se detallan la división de los
módulos realizables, además los principales parámetros son:
• á = 1020 1780 5
• " # $% # # = 3120
• ' #" = 2(% )* 4000," = 8000,"
• - $% . / # 0 = 100

52
Cuadro 4.5 Módulos realizables
Módulos Componentes Actividad
Tipo de energía
Unidad hidráulica
Evaluar capacidad de la unidad hidráulica
sin que afecte a los demás sistemas.
Bomba hidráulica
Evaluar capacidad de la bomba hidráulica
sin que afecte a los demás sistemas
Estructura o
bastidor
Estructura
Dimensionar, calcular los esfuerzos y hallar
el factor de seguridad
Soporte de biela
Soporte de cilindro de levante
Soporte de cilindro de avance Seleccionar componente.
Elemento motriz Cilindros hidráulicos Dimensionar y seleccionar
Unidad de control
Válvula direccional de levante Seleccionar componente.
Válvula direccional de
Avance
Seleccionar componente.
Mangueras hidráulicas Seleccionar componentes
Sistema de
transmisión
Barra de empuje Dimensionar y calcular los esfuerzos y FS.
Biela motriz, biela accionada Dimensionar y calcular los esfuerzos y FS.
Barra tensora Dimensionar y calcular los esfuerzos y FS.
Bulones Dimensionar y calcular los esfuerzos y FS.
Rueda de carga Dimensionar y calcular los esfuerzos y FS.
Rodamientos y accesorios de
rueda de carga
Seleccionar componentes
Órgano de trabajo Viga móvil Dimensionar y calcular los esfuerzos y FS.
Control de posición Sensor de posición Seleccionar sensores de posición

53
CÁLCULO DE TRANSPORTADOR DE VIGA GALOPANTE
5.1 Tarea 5: Diseño de los módulos clave
5.1.1 Cálculo de la capacidad hidráulica (primera iteración)
En la línea de deslaminado se encuentra instalada una unidad hidráulica
denominada G1029, acoplada a esta se tiene una bomba hidráulica. El objetivo
de ésta sección es de determinar si la unidad va a cubrir la nueva necesidad
incluyendo los dos cilindros que se quiere adicionar.
La capacidad de una unidad hidráulica con su respectiva bomba se calcula
en función de la carga a transportar y la velocidad con la que se mueve la carga,
para ello se plantea una primera iteración para el cilindro de levante y avance. El
cilindro de levante es el cilindro que acciona una biela para transmitir su
movimiento hacia la viga que hará subir los paquetes. Como no se tiene aún las
medidas exactas de la biela, se aproxima sus dimensiones:

54
Fig. 5.1 Biela motriz-Movimiento Vertical (Elaboración propia)
Cuadro 5.1 Ficha técnica UH G1022-4
UNIDAD HIDRAULICA
DATOS GENERALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD HIDRAULICA
TAG 7500-0373G1022-4
FECHA DE TOMA DE DATOS 06-08-09
SECCIÓN 73
FUENTE DE DATOS DATO DE PLACA
DATOS DE ACTIVO
MARCA HIDRASA-HIDRAVICK SA.
MODELO 07/0127
FABRICANTE HIDRASA-HIDRAVICK SA.
DATOS ESPECÍFICOS
AÑO DE FABRICACIÓN 2007
CAPACIDAD TANQUE HIDRAULICO
(m3)
0.66
DIMENSIONES TANQUE
HIDRAULICO (mm)
1100x800x750
TIPO DE LUBRICANTE MOBIL DTE-26
CANTIDAD DE LUBRICANTE (GAL) 45
CANTIDAD DE BOMBAS
HIDRAULICAS
1
TEMP. MÁXIMA DE OPERACIÓN (°C) 90
BOMBA HIDRAULICA
DATOS GENERALES
DESCRIPCIÓN BOMBA HIDRAULICA
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
BOMBA HIDRAULICA DE MÁQUINA
DESLAMINADORA DE CATODOS
TAG 7500-0373G1022-4M1
MARCA VICKERS
MODELO PVH141R13AF30B252000001001AB010A
Nº SERIE 02-334368
FABRICANTE ESTON HYDRAULICS INC
DATOS ESPECÍFICOS
TAMAÑO 300X230X240
POTENCIA (KW) 45
PRESIÓN MÁXIMA DE ASPIRACIÓN
(BAR)
0.8-2
PRESIÓN MÁXIMA DE DESCARGA
(BAR)
280
MONTAJE HORIZONTAL
CAUDAL (m3/h) 0.03
PISTON
NUMERO DE PISTONES 2
MATERIAL 316SS
DIÁMETRO (mm) ENTRADA 76.2
DIÁMETRO (mm) SALIDA 38.1
Fuente: Dep. Confiabilidad VM-CJM

55
Cilindro de levante:
• 1 = 48.5645
• = 240 %#
• = 0.24 /$
El cilindro de avance es el que se encarga de proporcionar el movimiento
horizontal para transportar el paquete:
Fig. 5.2 Movimiento horizontal (Elaboración propia)
• 5 = 784805
• - $ 0 # $%. = 3120
• 7 $ 0 $ # $ = 4 ; ' ## # = 780m
• 9 % % #0 = 3$
• 1 = ∗ = 8200 ∗ 2 = 16400 N
Cuadro 5.2 Selección de cilindros hidráulicos
Fuente: B. Barriga

56
De acuerdo al cuadro 5.3 se selecciona los cilindros alternativos con una
presión tentativa de 100 bares, lo cual cumple con la máxima presión de la
bomba que es 293.1 bar.
Cuadro 5.3 Características de cilindros seleccionados
Cilindro Fuerza
(KN)
Presión
(bar)
Diam.
Cil. (mm)
Diam.
Vástago
(mm)
Área
embolo
(cm2)
Área
anular
(cm2)
Carrera
(mm)
Cilindro de levante 50.24 100 100 40 50.24 37.68 240
Cilindro de avance 31.16 100 63 32 31.16 23.12 780
Los cilindros hidráulicos que están funcionando en la línea de
deslaminado están distribuidos en varios sub sistemas los cuales dan
funcionalidad a la máquina general y todos ellos son alimentados por la unidad
hidráulica mencionada, los cilindros se muestran en el cuadro 5.4.
Cuadro 5.4 Caudales de trabajo de cilindros hidráulicos 1ra iteración
ctd Sub sistema Movimiento
Diam.
Cil. (m)
Diam.
Vástago
(m)
Carrera
(m)
Tiempo
salida
(seg)
Tiempo
Entrada
(seg)
Caudal
entrada
(lts/min)
Caudal
salida
(lts/min)
2 Inlet Elevación 0.08 0.045 0.085 0.8 0.8
64.09 43.81
2 Inlet Avance 0.05 0.03 0.2 1.8 1
26.18 30.16
2 outlet Elevación 0.08 0.045 0.085 0.8 0.8
64.09 43.81
2 outlet Avance 0.05 0.03 0.2 1.75 1
26.93 30.16
2 Indexing Subir/Bajar 0.05 0.036 0.1 0.5 0.5
47.12 22.69
2 Indexing Avance 0.05 0.036 0.4 2 1
47.12 45.39
1 Pre Stripping Adelante/atrás 0.05 0.036 0.7 1.5 1.5
54.98 26.48
1 Pre Stripping Cuchillas 0.05 0.036 0.1 0.5 0.5
23.56 11.35
1 Pre Stripping Subir/Bajar 0.063 0.036 0.5 1.5 1
62.34 62.98
2 Stripping Vertical 0.075 0.05 2.3 5 3
108.4 225.8
2 Mesa apilado Vertical 0.1 0.056 0.1 1 2.75
94.25 23.52
1 Transp. Laminas Subir/Bajar 0.08 0.04 0.24 1 1
72.38 54.29
1 Transp. Laminas Avance 0.063 0.032 0.780 3 2
48.63 54.12

57
Cuadro: 5.5 Evaluación de caudal de la bomba 1ra iteración
Sub
sistema
Movimiento
Ciclo de tiempo (s)
1
2
3
4
4.5
5
6
6.8
7
7.5
8
9.5
9.75
10.5
12
13.5
14.5
15.5
16.5
17
17.5
18.5
19.3
19.5
20
20.5
22
22.25
23.0
24.5
26
27
28
29
29.5
30
31
31.8
32
32.5
33
34.5
34.75
35.5
37
I L 64 64 44 44 64 64 44 44 64 64 44 44
A 27 27 27 27 30 30 27 27 27 27 30 30 27 27 27 27 30 30
O L 64 64 44 64 64 44 64 64 44
A 27 27 30 30 30 27 27 30 30 30 27 27 30 30 30
IX L 47 23 47 23 47 23
A 47 47 47 45 47 47 47 45 47 47 47 45
PS
A 55 55 55 26 26 26 55 55 55 26 26 26 55 55 55 26 26 26
C 24 11 24 11 24 11
S 62 62 63 63 62 62 63 63 62 62 63 63
S V 108 108 108 108 108 108 108 108 226 226 226 108 108 108 108 108 108 108 108 226 226 226 108 108 108 108 108 108 108 108 226 226 226
M L 94 94 24
T L 72 72 54 72 54
A 58 58 58 54 54 54 58 58 58 58 58 54 54
Total
(l/min) 94 47 70 216 235 223 198 174 261 271 288 349 282 296 26 94 47 70 216 235 223 198 174 261 366 382 421 355 377 84 152 101 124 270 289 295 256 231 319 329 346 403 337 350 26
Total
(l/s) 1.6 0.8 1.2 3.6 3.9 3.7 3.3 2.9 4.4 4.5 4.8 5.8 4.7 4.9 0.4 1.6 0.8 1.2 3.6 3.9 3.7 3.3 2.9 4.4 6.1 6.4 7.0 5.9 6.3 1.4 2.5 1.7 2.1 4.5 4.8 4.9 4.3 3.9 5.3 5.5 5.8 6.7 5.6 5.8 0.4
Qb-Tot -1.6 -2.4 -2.0 0.4 0.7 0.5 0.1 -0.3 1.2 1.4 1.6 2.6 1.5 1.8 -2.7 -1.6 -2.4 -2.0 0.4 0.7 0.5 0.1 -0.3 1.2 2.9 3.2 3.9 2.7 3.1 -1.8 -0.6 -1.5 -1.1 1.3 1.6 1.8 1.1 0.7 2.1 2.3 2.6 3.6 2.4 2.7 -2.7
Caudal de la bomba: 190 L/min=3.17 L/seg
Presión de la bomba: 120 Bar.
Acumuladores: 100L

58
Fig. 5.3 Ciclo grama de funcionamiento deslaminadora (Fuente: Zinc Cobre 2008)

59
En el cuadro 5.5 se muestra la evaluación de los caudales requeridos por
el sistema para su funcionamiento correcto, en donde se identifica que desde el
segundo 4 hasta el segundo 9, el caudal requerido supera al máximo de la
bomba, por lo que en esos picos se hace necesario operación de los dos
acumuladores de presión cuyo volumen suma 100L. En el grafico 5.4 se
muestran los picos de máximos de requerimiento del sistema.
Fig. 5.4 Diagrama de caudal requerido en deslaminadora (elaboración propia)
La conclusión para esta sección es que transportador galopante no
afectará la capacidad de la unidad hidráulica ya que trabajará en una zona menor
a la capacidad nominal de la bomba. En cuanto al tanque, la suma de los
volúmenes de todos los cilindros instalados es de 33.9L, aceite atrapado en las
6.7
7.03
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
CAUDAL
(L/seg)
TIEMPO (seg)
VALORES DE CAUDAL REQUERIDO EN DESLAMINADO
Qreq (L/s) Qbomba(L/s)
LOS PICOS ALTOS SON ABASTECIDOS
POR LA INCORPORACION DE DOS
ACUMULADORES DE 50L CADA UNO
ZONA DE TRABAJO DE CILINDROS DE
TRANSPORTADOR GALOPANTE

60
tuberías y mangueras 95.3L, los acumuladores 100 litros. En total de 229.2L que
es menor a la capacidad del tanque que es de 660 litros.
5.1.2 Determinación de cargas
El sistema en estudio es de comportamiento variable en cuanto a las
cargas, para el cálculo de las fuerzas que ejercen en cada viga se partirá del
análisis estático, el movimiento horizontal hace que se presenten diferentes
posiciones para el análisis se hace necesario el estudio posición por posición
cuando la viga carga dos paquetes a la vez. Para determinación de las
posiciones se partirá de la figura 5.5 y se irá desplazando las cargas. Se asume
el peso de la estructura 191Kg
• Análisis estático en la posición (01)
Fig. 5.5 Cargas aplicadas en la posición 01 (elaboración propia)
Se ve en la figura 5.5 que se trata de una viga estáticamente
indeterminada o hiperestática, por lo que además de las ecuaciones de equilibrio
se hará uso de una ecuación de deformación, para lo último se aplicará el método

61
de superposición.
1: = 0 ; 1<= + 2<= + 3<= = 40176.86 5
>(?@ ABC* = 0 ; 1<= − 3<= = 28046.8 5
Ecuaciones de deformación (viga hiperestática) MÉTODO DE
SUPERPOSICIÓN:
Fig. 5.6 Diagramas de deformación (elaboración propia)
R11E
R21E R31E
R21E
R31E
R11E
R21E R31E

62
Para el gráfico (b)
CEF = 68223.7 5 ; GEF = −28046 5
Ecuaciones de deformación:
HI J
C
:
C
K = >( *
HI J
C
:
C
K = ( CEF − 40176.86* − 2,325 CEF + 56249.2
HI N
:
O = ( CEF − 40176.86*
2
C
− (2,325 CEF − 56249.2* + '1
HI(:* = ( CEF − 40176.86*
6
G
− (2,325 C − 56249.2*
C
2
+ '1 + '2
Para: x = 2.325m y = 0 ; Para x = 3.65m y = 0
Resolviendo:
HI(:* = (28046*
3
G
− (102370*
C
2
+ (178617.4* − 197248 … . . 0(Q*
Para el gráfico (c),
CEF = −2 EEF ; EEF = CEF + GEF
EEF = CEF + GEF
Ecuaciones de deformación:
HI J
C
:
C
K = >( *
HI J
C
:
C
K = ( EEF + CEF* − ( EEF + 2.325 C*
HI N
:
O = ( EEF + CEF*
2
C
− ( EEF + 2.325 CEF* + '1
HI(:* = (− EEF*
6
G
+ (3.65 EF*
C
2
+ '1 + '2
Para x = 2.325m y = 0 ; Para x = 3.65m y = 0
Resolviendo:
'1 = −6.37 EEF ; '2 = 7.04 EEF
HI(:* = (− EEF*
6
G
+ (3.65 EEF*
C
2
− (6.37 EEF* + 7.04 EEF … . . 0(R*
Para la deformación en x = 1, y = 0 igualando las ecuaciones (Q* y (R*
EEF = 28453.35
CEF = 11315 5
GEF = 408.56 5

63
Para evitar cálculos repetitivos se hace uso de software de
simulaciones para calcular las comprobar las reacciones.
Fig. 5.7 Cálculo de reacciones usando (Simulation Solidworks 2016)
A partir del cálculo en la posición 1, se hace necesario que se definan los
demás puntos de evaluación (por tratarse de un sistema móvil) para los cálculos
de las reacciones respectivas y así definir cuál es el mayor valor que toma R1E,
R2E y R3E. Para ello se elabora el cuadro 5.6 con las variaciones de 6cm a 15cm
por cada posición. Los cálculos se realizaron con la ayuda del software de
simulación Solidworks 2016 para evitar cálculos repetitivos. El cilindro de avance
llega a su carrera de 0.780 m. y regresa a su posición inicial después que el
cilindro de levante desciende. Esta nueva posición se muestra en la iteración 10.
Los paquetes permanecen en la viga fija mientras se ejecuta estos movimientos.
Las posiciones 1 y 10 son resaltadas por ser posiciones de inicio de movimiento

64
de elevación. Cabe mencionar que todos los cálculos se realizan con una sola
viga por ser simétrico.
• Análisis Dinámico: Como se mencionó en la posición 1 y 10 se ubican
las iteraciones en donde se rompe la inercia por lo que se hace
necesario la determinación de las cargas, en la figura 5.8 se hace una
proyección del comportamiento cinemático de los paquetes:
Cuadro 5.6 Variación de las reacciones según el movimiento de avance
Fig. 5.8 comportamiento del movimiento vertical (elaboración propia)
Pos
X(m) Reacciones
m1
(19620
N)
m2
(936.86
N)
m3
(19620N)
Pos
(R1)
Pos
(R2)
Pos
(R3)
R1 (N)
ESTÁTICO
R2 (N)
ESTATICO
R3 (N)
ESTATICO
∑ Reacciones
ESTATICO
k(R2+R3)
ESTATICO
1 0.605 2.03 2.165 1.000 2.325 3.650 28453.3 11315 408.56 40176.86 4667.4
2 0.605 2.03 2.165 0.940 2.265 3.590 26737.1 12927.76 512 40176.86 5350.6
3 0.605 2.03 2.165 0.840 2.165 3.490 24017 15337.86 822 40176.86 6433.6
4 0.605 2.03 2.165 0.705 2.030 3.355 20618.63 18041.13 1517.1 40176.86 7786.5
5 0.605 2.03 2.165 0.605 1.930 3.255 18339 19619.66 2218.2 40176.86 8694.1
6 0.605 2.03 2.165 0.505 1.830 3.155 16100 21012.56 3064.3 40176.86 9585.5
7 0.605 2.03 2.165 0.405 1.730 3.055 14058 22063.96 4054.9 40176.86 10398.4
8 0.605 2.03 2.165 0.305 1.630 2.955 12167 22813.46 5196.4 40176.86 11151.3
9 0.605 2.03 2.165 0.220 1.545 2.870 10672 23226.66 6278.2 40176.86 11746.5
Retorno a la posición inicial
10 1.385 2.03 2.945 1.000 2.325 3.650 10903 23316.16 5957.7 40176.86 11654.5
11 1.385 2.03 2.945 0.940 2.265 3.590 9875.5 23553.36 6748 40176.86 12063.6
12 1.385 2.03 2.945 0.880 2.205 3.530 8903.1 23678.76 7595 40176.86 12450.7
13 1.385 2.03 2.945 0.850 2.175 3.500 8427.8 23719.66 8029.4 40176.86 12639.9
14 1.385 2.03 2.945 0.705 2.030 3.355 6348 23487.86 10341 40176.86 13467.9
15 1.385 2.03 2.945 0.555 1.880 3.205 5299.7 21031.16 13846 40176.86 13885.3
16 1.385 2.03 2.945 0.495 1.820 3.145 3863.3 22084.56 14229 40176.86 14457.2
17 1.385 2.03 2.945 0.435 1.760 3.085 3273.1 21475.76 15428 40176.86 14692.1
18 1.385 2.03 2.945 0.295 1.620 2.945 2096.8 19552.6 18527.46 40176.86 15160.4
19 1.385 2.03 2.945 0.220 1.545 2.870 1762 18706.35 19708.51 40176.86 15293.7

65
Ecuaciones cinemáticas:
/E = /S + T( * ; /E = 0.1 /$
E = 0.2$ ( % 0 # 0 / # 0 *
Resolviendo: : = 0.5 /$C
Ecuaciones cinéticas (posición 1 y 10):
1 = ∗
2 EEU + 2 CEU + 2 GEU − ( ? + V*" = ( ? + V* ∗ T
? = 8000 4" → $ $ % ) $
V = 191 4" → $ / " ó/
Resolviendo:
EEU + CEU + GEU = 42219.45 (Y #. á 0 * → 0. 1
5.1.3 Diseño de la biela motriz 1 iteración
En la figura 5.1 se muestra la biela motriz en una primera iteración, el
objetivo en esta sección es la de presentar la geometría óptima de la biela ya
que a partir de éste se calcularán los componentes posteriores.
Fig. 5.9 Geometría de biela (elaboración propia)
La figura 5.9 muestra la geometría propuesta de la biela del transportador,
en el punto pivotante se ve una diferencia marcada con respecto a la primera
iteración a razón de mejorar el soporte del sistema. Como la geometría no está
definida por completo se elaboró el cuadro 5.7 donde se calcula reacciones y

66
movimientos óptimos haciendo las iteraciones, aplicando como variables los
ángulos α y β, por lo tanto según los resultados es en la iteración Nº 86 en la que
se encontró los mejores parámetros.
Cuadro 5.7 Iteraciones para cálculos de geometría de biela
Parámetros geométricos
Análisis de
cinético Análisis cinemático
It d L α (sex) β (sex) α (rad) β(rad) W (N) F (N) β2(rad) β2(sex) x (m)
1 0.25 0.45 30 33 0.524 0.576 80353.7 37439.05 0.66053 37.8458 0.5022692
2 0.25 0.45 30 30 0.524 0.524 80353.7 38660.2 0.59617 34.1581 0.4779797
3 0.25 0.45 30 27 0.524 0.471 80353.7 39775.38 0.55237 31.6484 0.461165
20 0.25 0.45 25 12 0.436 0.209 80353.7 43665.44 0.44399 25.4387 0.3834761
21 0.25 0.45 25 9 0.436 0.157 80353.7 44091.35 0.43301 24.8096 0.3790004
36 0.25 0.45 20 0 0.349 0 80353.7 44641 0.41152 23.5782 0.334072
37 0.25 0.45 15 33 0.262 0.576 80353.7 37439.05 0.66053 37.8458 0.4004939
38 0.25 0.45 15 30 0.262 0.524 80353.7 38660.2 0.59617 34.1581 0.3743532
39 0.25 0.45 15 27 0.262 0.471 80353.7 39775.38 0.55237 31.6484 0.35634
40 0.25 0.45 15 24 0.262 0.419 80353.7 40781.54 0.51973 29.7783 0.3428058
49 0.25 0.45 10 33 0.175 0.576 80353.7 37439.05 0.66053 37.8458 0.3649564
50 0.25 0.45 10 30 0.175 0.524 80353.7 38660.2 0.59617 34.1581 0.3382967
69 0.25 0.45 5 9 0.087 0.157 80353.7 44091.35 0.43301 24.8096 0.2314922
70 0.25 0.45 5 6 0.087 0.105 80353.7 44396.4 0.42412 24.3001 0.2276228
85 0.25 0.45 0 33 0 0.576 80353.7 37439.05 0.66053 37.8458 0.2918661
86 0.25 0.45 -5 30 -0.09 0.524 80353.7 38660.2 0.59617 34.1581 0.2265437
87 0.25 0.45 -5 27 -0.09 0.471 80353.7 39775.38 0.55237 31.6484 0.2074146
99 0.25 0.45 -10 27 -0.17 0.471 80353.7 39775.38 0.55237 31.6484 0.1690165
100 0.25 0.45 -10 24 -0.17 0.419 80353.7 40781.54 0.51973 29.7783 0.1545683
107 0.25 0.45 -10 3 -0.17 0.052 80353.7 44579.77 0.41702 23.8937 0.1088534
Según la iteración 86 del cuadro 5.7 se diseña preliminarmente la biela
motriz y para fines de simulación de esfuerzo se colocan algunas medidas según
muestra la figura 5.10.

67
Fig. 5.10 DCL biela motriz (diseño preliminar)
F: fuerza del cilindro
k: Constante de proyección de fuerza vertical a horizontal
, =
250 ∗ 0 $30
543.82
= 0.39812
E(250*(cos 30* + ,( C + G*(543.82* =
1
2
(416.67*
,( E + C + G*(543.82* =
1
2
(416.67*
- 0. 1 … . . ( E + C + G* = 42219.5 5
]
C
= 21937 ( Y #. 0 . *
El análisis de esfuerzo se hace en las condiciones más críticas (posiciones
1 y 10) (figura 5.8). La fuerza total entre la estática y la dinámica se incrementa
en un 5.1 %, por lo que las reacciones para el análisis dinámico también se
incrementarán en el mismo coeficiente. Por lo tanto en la posición 1 se tiene:
E = 29899.9 5
C = 11890.2 5
G = 429.3 5
T = 26083.4 5
^ = 30014.5 5

68
Fig. 5.11 diagramas de FC y MF de biela motriz (elaboración propia)

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