UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE ANZOATEGUI

ESCUELA DE INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE MECANICA

ASIGNATURA: SEMINARIO DE INVESTIGACIÓN

Propuesta de diseño de una máquina automáticapara la realización de adoquines para el

Estado Anzoátegui.

Revisado por:

Prof: Marco Muñoz

Realizado por:

Guardia Amalio

C.I: 20720630,Sección: 01

Velis Victor

C.I: 20712113,Sección:01

Barcelona, julio 2015

PAG

CONTENIDO

Capítulo 1: el problema

Planteamiento del problema……………………………………………….……...3

Objetivos…………………………………………………………………………….4

Justificación…………………………………………………………………………5

Capítulo 2: marco teórico

Antecedentes………………………………………………………………………..6

Bases teóricas………………………………………………………………………7

Capítulo 3: marco metodológico

Tipo de investigación…………………………………………………...…………..9

Diseño de la investigación……………………………………………...………….9

Unidad de análisis…………………………………………………………………10

Técnicas e instrumentos de recolección de datos……………………………..10

Técnica de presentación y análisis deresultados……………………………..11

Procedimiento de la investigación………………………………….……………13

Capítulo 4: marco administrativo

Recursos humanos……………………………………………….……………….15

Recursos materiales………………………………………………………………15

Costo de la maquina ……………………………………………………………..15

Cronograma de actividades……………………………………………………...16

CAPITULO I

EL PROBLEMA

Planteamiento del Problema.

El avance de la ciencia y la tecnología han obligado a que lasindustrias de adoquines de concreto se hayan visto en lanecesidad de que las máquinas que estaban basadas enmecanismos rígidos sean remplazadas a sistemas de potenciahidráulica y comandos eléctricos automatizando los procesos defabricación. Los bloques y adoquines son piezas prefabricadas,que se emplean ampliamente en la construcción de todo tipo deedificios y en el pavimento de suelos. Están fabricados conconcreto, que es una mezcla de cemento, agua y agregados, queresiste bastante bien las cargas de compresión. Para laconstrucción de estos elementos se necesitan tener claros losniveles de humedad, forma, compresión necesaria en la máquinay la técnica de mezclado del concreto. La elaboración de losadoquines es sumamente sencilla pero a la vez costosa por lagran cantidad de mano de obra que se necesita.

De igual manera, para diseñar una automatización de estesistema de elaboración de adoquines se necesita realizar unestudio más preciso de los fenómenos mecánicos producidos enla máquina, así como la cantidad de esfuerzos que estánsometidos las piezas, analizando su comportamiento en eltiempo y las fallas a las que pueden están sometidas. Encuanto a esto, existen métodos muy desarrollados para realizarun cálculo de carga, la cual es definida como la fuerzadistribuida en un área determinada. Generalmente, este cálculosuele variar según: número de piezas, su forma geométrica, sucomposición interna, número de horas a las que está operando,humedad en el ambiente al que está sometido y por último, laóptima operacionabilidad de la máquina.

No obstante, no contamos con la automatización y fabricaciónde este modelo de máquina. Por esta razón, en este trabajo sepretende realizar un estudio mediante el cual se puedasolventar esta situación, definiendo y analizando lasmetodologías existentes para dicho estudio, para luegoseleccionar la máquina de adoquines adecuada y proponer eldiseño de automatización que permita mantener una buenaproducción a corto tiempo, en un ambiente de trabajo másagradable.

Atendiendo a estas consideraciones, ¿Cómo estimaremos la ventade la maquina en el estado?, ¿Cómo determinar las variables,de esfuerzo y vibratorias?, ¿De qué manera establecemos elequipo automatizado para la elaboración de adoquines para elestado?, ¿Cómo diseñaremos la máquina para esta áreainvestigada?

OBJETIVOS

Objetivo General

Proponer el diseño de una máquina automática para larealización de adoquines para el Estado Anzoátegui.

Objetivos Específicos

Efectuar un estudio de mercado de los adoquines en elEstado Anzoátegui

Calcular los tiempos en el sistema de vibración ycompactación de la mezcla a fin de obtener el másadecuado para la utilización en el proceso.

Determinar las condiciones idóneas del prensado delconcreto, y los parámetros de diseño, con el propósito deobtener una mayor resistencia del producto.

Diseñar los sistemas y partes de la máquina. Probar la resistencia mecánicas en los adoquines, con el

fin de comprobar que dicho producto cumple con las normasestablecidas.

Justificación

El presente proyecto pretende mejorar el proceso defabricación de adoquines, de esta manera ayudar al operario enalgunas tareas que forzosamente se hacen en forma manual, porello es necesario la implementación de un sistema automatizadoacorde con las tendencias tecnológicas actuales. En laactualidad, la oferta de los prefabricados de hormigón comolos bloques, adoquines, etc. tiene un crecimientosignificativo, pues la demanda de dichos productos va cada díaen aumento, debido al crecimiento poblacional, así como eldesarrollo arquitectónico de la urbe.

Con la aplicación de este proyecto se solventa un problemaque presentan tanto las vialidades, como las plazas de nuestroestado Anzoátegui, en donde esta situación se presentacomúnmente. Con la realización de este proyecto, la poblacióntendrá unas condiciones más agradables y un mejoramiento desus áreas comunes.

En todo caso, el desarrollo de este tipo de proyecto solo noes aplicable en el espacio que se está estudiando, ya que unproyecto de automatización de una máquina de adoquines ya queno depende directamente de la ubicación geográfica de lamáquina, esto solo depende de las disponibilidad de loscomponentes necesarios para realizar dicha automatización, elespacio disponible para realizar este trabajo, y lacapacitación de las personas dispuestas para el trabajo. Todosestos requisitos se deben cumplir para garantizar una buenarealización del proyecto.

Para tal efecto, con el diseño de esta máquina se lograncontrolar la carga física para evitar la exposición deltrabajador a peligro excesivo en los puestos de trabajo que seconsideren conflictivos y para ello se deben determinar elesfuerzo fisco y mental. Para el esfuerzo físico, se tiene encuenta el peso que debe levantar de manera continua a lo largode una jornada de trabajo, este se determina con la posicióndel cuerpo y el tipo de trabajo efectuado. Para el esfuerzomental, se determina por las horas continuas de trabajo arduo,problemas personales que sean ajenos al ámbito laboral y eltiempo de descanso de cada trabajador. Partiendo de ello seestablecerá el equipo adecuado y se diseñara la máquina. Yaque el objetivo principal minimizar los esfuerzos de lostrabajadores para realizar la elaboración de adoquines deconcreto

Por esta razón, la importancia de este trabajo radica, enprimer lugar en la necesidad que tiene el dueño de la empresa,en conocer la demanda de adoquines, para la selección delequipo más adecuado que se adapte a su requerimiento deconstrucción y en segundo lugar con el fin de garantizar unambiente de óptimas condiciones para sus empleados, clientes yen beneficio propio

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

Antecedentes.

En la actualidad para la construcción de cualquier tipo deequipos se hace necesaria la aplicación de un sistema dediseño, además debe ser económico y eficiente para el tipo detrabajo a realizarse, con la finalidad de conocer los trabajosrealizados anteriormente relacionados con el sistema atrabajar en este proyecto, se procedió a realizar una extensarevisión bibliográfica en diversas fuentes que permite

sustentar y servir de base para el desarrollo. En cada uno deestos, se mostrarán diferentes enfoques que llevan a darsolución a una problemática en específica mediante laejecución de las aplicaciones.

ROJAS FREDDY (2010), realizo una investigación sobre el “Análisis De Rentabilidad YRendimientos Entre Bloques De Mortero Y Sistema Masterblock Realizada,Universidad De Fidelitas, México”. Se determinó que la mamposteríafabricada con el sistema Masterblock, poseía las mismascaracterísticas y procedimiento para la elaboración de bloquesde mortero, con la diferencia en que Masterblock redujo en un19% el peso de la pared con respecto a los bloquestradicionales. El autor afirmo, como resultado de suinvestigación, que Masterblock, al disminuir el peso de pared,reduce proporcionalmente los empujes laterales de las fuerzassísmicas, lo cual permite un diseño más racional y económicodel acero de refuerzo vertical y horizontal, otros resultadosenfatizaron que el porcentaje de diferencia en el rubro demateriales es de un 22,5%, y la mano de obra sobrepasa el 45%.

Este trabajo ayuda a complementar este mediante la fabricaciónde bloques el cual tiene un principio muy parecido al de lasmáquinas de adoquines, es necesario conocer el funcionamientobásico de la máquina para poder proceder a automatizarla

BERRETTA JUAN (2006), elaboro un estudio de la “Evaluación delMuro Térmico-Panel Ecológico, en el Centro de Vivienda Económica del Conicet(CEVE) de Argentina”.El autor referenciado, avaluó los nuevosmateriales, que recibieron el certificado de aptitud técnicaotorgada por Subsecretaría de Vivienda, pueden utilizarse paraconstrucciones de hasta dos pisos, lo que promete no sóloayudar a bajar el déficit de viviendas argentino, sino tambiéncolaborar con el medio ambiente.

Barreta, indico que los desperdicios producidos son infinitosy la fabricación del ladrillo clásico es un verdaderodesastre ecológico, porque se hace con humus que tarda milesde años en formarse y en hornos a cielo abierto, como ocurríaen Babilonia. Es decir, que por un lado se entierra la basuray, por el otro, se devasta la tierra fértil. Se propone unatecnología que ayuda a paliar ambos problemas, pero además esmás económica, muy eficiente desde el punto de vista de laaislación y fácil de fabricar.

Con este trabajo obtendremos conocimientos acerca defortalecer el producto (adoquines), mostrando así laimportancia de la utilización de materiales alternativos.Tomando en cuenta que esto no afecta el principio defuncionamiento de la máquina.

Bases Teóricas.

Para realizar un trabajo de investigación, se hace necesario,tener en cuenta ciertos fundamentos teóricos que permitan ellibre desarrollo, por lo tanto, en los párrafos posterioresse desarrollaran una serie de conceptos, sobre loscomponentes principales de la maquina a diseñar:

Adoquín

Un adoquín, es una piedra o bloque labrado de formarectangular que se utiliza en la construcción de pavimentos.El material más utilizado para su construcción ha sido elgranito, por su gran resistencia y facilidad para eltratamiento. Sus dimensiones suelen ser de 20 cm. de largopor 15 cm. de ancho, lo cual facilita la manipulación con unasola mano.

Pavimentación de carreteras con adoquines

El uso de adoquines para la pavimentación de carreteras esuna práctica que ha existido desde la antigüedad. Losantiguos caminos romanos sirvieron de modelo para lasgeneraciones sucesivas. Se extendieron por toda Europa yllegaron a las colonias americanas en el siglo XVII.Conocidos como guijarros y bloques de piedra, la mayoría delas carreteras en el XVIII y XIX de América utilizaban tantoadoquines naturales como fabricados de granito.

Ventajas de los pavimentos de Adoquines

Las ventajas de estos pavimentos se basan en que su capa derodadura está hecha con adoquines de concreto; es decir,piezas prefabricados, que se pueden producir tanto en equipossencillos y pequeños como en tecnificados y grandes; porparte de productores comerciales, grupos comunitarios oadministradores municipales; sin importar la escala y lalocalización de los proyectos. Para su construcción seutiliza poca maquinaria (básicamente una placavibrocompactadora) y mucha mano de obra local.

Como los adoquines no van pegados sino unidos porcompactación y como deben durar unos 40 años, al reparar elpavimento se pueden reutilizar, por lo cual son muyeconómicos para poblaciones o barrios sin redes de servicioscompletos o en mal estado.

Todos los materiales para este pavimento llegan a la obralistos para ser utilizados por lo cual se puede construir ydar al servicio en un mismo día. Esto permite desarrollar un

programa de pavimentación por etapas, a medida que se vadisponiendo de recursos.

Mezcladora

Es una máquina empleada para la elaboración de la mezcla delconcreto. Su principal función es la de suplantar el amasadomanual de los diferentes elementos que componen el adoquín:cemento, áridos y agua. Los áridos empleados en laelaboración del adoquín suelen ser gruesos y de elevado pesopor lo que la mecanización de este proceso supone una grandescarga de trabajo en la construcción.

Tipos de Mezcladoras

Según el tipo de hormigonera estas pueden ser:

Fijas (o semifijas). Suelen colocarse de formapermanente o semipermanente en el lugar donde se vaconstruir o en un punto desde donde servir a diversasobras en un tiempo no crítico para el fraguado de lamasa del adoquín.

Móviles o portátiles. Son aquellas dotadas de ruedas yque se transportan al lugar donde va a elaborarse eladoquín. Dentro de este tipo podemos destacar losCamiones (mezcladores).

Según el tipo de motor que llevan, éstas pueden ser:

Eléctricas - dotadas con motor eléctrico. Estas seutilizan para trabajos más sencillos, necesitandosiempre una toma de corriente o un generador eléctrico.

Diésel - dotadas con motor que funciona con gasoil.Estas suelen ser de tamaños grandes dado que el motordiésel genera una gran potencia.

Gasolina - dotadas con motor de gasolina. Este tipo esel más común dado su alto rendimiento y la posibilidadde llevar la máquina en cualquier sitio sin la necesidadde disponer de alimentación con corriente eléctrica.

Agrícolas - no llevan motor pero se acoplan al tractorcomo un apero más.

Vibrocompresora

Una vibrocompresora es una máquina robusta y compacta destinada a la fabricación de prefabricados de hormigón, utilizando el proceso de vibrocompresión.

Tipos de Vibrocompresoras.

Las vibrocompresoras pueden ser de dos tipos: fijas ymóviles, el producto se elabora localmente y se lleva hastael lugar de secado por medio de transporte manual o portransportadores mecánicos, mientras que en las móviles,llamadas también ponedoras, la máquina se desplaza a medidaque va fabricando los prefabricados de hormigón los cuales sevan depositando en el piso. Los procesos incluidos en lamáquina son: alimentación de la mezcla, alimentación detableros, vibración, compresión y desmoldeo.

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

Tipo de investigación.

Según Galán (2012), la investigación descriptiva “Es aquellaque reseña las características o rasgos de la situación,fenómeno, objeto, individuo o grupo, con el fin de establecersu estructura o comportamiento”. Los resultados de este tipode investigación se ubican en un nivel intermedio en cuanto ala profundidad de los conocimientos se refiere.

Una vez mencionado lo anterior, se puede considerar deacuerdo al problema planteado, referido a la Propuesta dediseño de una máquina automática para la realización deadoquines para el Estado Anzoátegui, que el presente estudiose encuentra enmarcado dentro del tipo de investigacióndescriptiva, ya que una vez recopilada la informaciónnecesaria, se desarrollan los principales aspectos a tener encuenta para llevar a cabo un correcto análisis de losesfuerzos presentes y se procede a la realización de losobjetivos previos en la investigación para la obtención delos resultados.

Diseño de la investigación.

Por otro lado, Urdaneta (2011), afirma que un diseñodocumental es un proceso basado en la búsqueda, recopilación,análisis, crítica e interpretación de datos secundarios; esdecir, los obtenidos y registrados por otro dosinvestigadores en fuentes documentales. De igual forma, dice

que un diseño de campo consiste en la recolección de datosdirectamente de los sujetos investigados, o de la realidaddonde ocurren los hechos (datos primarios), sin manipular ocontrolar variable alguna, es decir, el investigador obtienela información pero no altera las condiciones existentes.

Según Roldan (2011), el diseño de la investigación constituyeel plan general del investigador para obtener respuestas asus interrogantes o comprobar la hipótesis de investigación.El diseño de investigación desglosa las estrategias básicasque el investigador adopta para generar información exacta einterpretable.

.Asimismo, la presente investigación es documental y decampo; documental, ya que de acuerdo a los objetivospropuestos, se recopilo información mediante la consulta dedistintos documentos (libros y catálogos), y de campo, ya queen la recolección de los datos directamente de los elementosfísicos ya existentes y verificar que límites de esfuerzospermisibles son importantes para la elaboración del Propuestade diseño de una máquina automática para la realización deadoquines para el Estado Anzoátegui.

Unidad de análisis.

En el presente trabajo la unidad de análisis está muy claradado que es el propio objeto investigado, es decir, lamáquina automática para la realización de adoquines, lamuestra es la unidad de análisis o conjunto de personas,contextos, eventos o sucesos sobre los cuales se recolectanlos datos sin que necesariamente sean representativos. Launidad de análisis permite definir cuál y qué es el caso,siendo más fácil de identificar cuando el estudio se realizasobre un objeto concreto, como lo es en esta investigación.

Seguidamente, la observación y el análisis se realizaránmediante la factibilidad económica y temporal de la

realización de la máquina, tomando como objeto de estudio lamejora en la producción de adoquines de la poblaciónseleccionada, una vez terminada se procederá a comparar losresultados de producción contra los de una maquina yaexistente. Entre ellos se encuentran las condicionesinteriores y exteriores de diseño.

Técnicas e instrumentos de recolección de datos.

Arias (2010) menciona que las técnicas de recolecciónde datos “son las distintas formas de obtener información”,mientras que los instrumentos “son los medios que se empleanpara recoger y almacenar la información”.

Por otra parte, considerando los objetivos planteados en elpresente estudio, se utilizó una serie de técnicas einstrumentos de recolección de información, con la finalidadde alcanzar los datos. Estas técnicas e instrumentos seencuentran descritos a continuación:

Observación: Según Pilas (2011), “es una técnica que consisteen visualizar o captar mediante la vista, cualquier hecho,fenómeno o situación que se produzca en la naturaleza o en lasociedad” y para el desarrollo de este proyecto se necesitarecolectar los datos en función de los objetivos deinvestigación pre-establecidos.

La observación se llevara a cabo durante las simulaciones encomputadora que se realizaran a la máquina, todas lasvariables correspondientes a las características ycondiciones tanto del lugar como del sistema de una máquinade automática de adoquines

Lista de cotejo o de chequeo: Pilas (2011), tambiéndenominada lista de control o verificación, es un instrumento

en el que se indica la presencia o ausencia de un aspecto oconducta a ser observada.

Se estructura en tres columnas:

a) En la columna izquierda se mencionan los elementos oconductas que se pretenden observar.

b) La columna central dispone de un espacio para marcar enel supuesto de que sea positiva la presencia del aspectoo conducta.

c) En la columna derecha, se utiliza el espacio paraindicar si el elemento o la conducta.

De esta manera, los datos se tendrán de forma más factibles ala hora de realizar los cálculos.

Escala de estimación: a diferencia de la lista de cotejo quesolo considera la presencia o ausencia, este instrumentoconsiste en una escala que busca medir cómo se manifiestauna situación o conducta.

Considerando los objetivos aplicaremos una escala deestimación para medir la necesidad de una maquina automáticapara la realización de adoquines para el aumento en laproducción

Técnicas de Presentación y Análisis de los Resultados.

De Presentación: una vez recolectada la información serealizara un registro detallado y preciso de lo recolectadodonde se caracterizaron, identificaron y tabularon losdatos. Esta información se procesara de manera cuantitativa ycualitativa a través de cuadros y tablas, permitiendoadquirir unas interpretaciones y conclusiones precisas de losdatos.

De Análisis: con el propósito de que los datos obtenidostengan significado dentro de la presente investigación, seutilizararan algunas técnicas para el análisis de losresultados, ya que, para proponer el diseño de una máquinaautomática para la realización de adoquines, para el cual sedebe determinar algunos factores como:

Esfuerzos Normal

σ=FperA (1)

Siendo:

σ = Esfuerzo normal de la estructura

A= área transversal de la estructura.

Fper= fuerza perpendicular al área

Esfuerzo Cortante

τ=FparA (2)

Con:

τ = esfuerzo cortante.

A= área transversal de la estructura.

Fpar= fuerza paralela al área

Fuerza vibratoria

FC = m. an (3)

Siendo:

Fc = fuerza vibratoria

M= masa exentrica

An= aceleración normal

Potencia necesaria

Pot=Io×w2

2׿¿ (4)

Con

Pot= potencia requerida del motor

Io= inercia del eje excéntrico

W= velocidad angular del eje

To= espesor mínimo del eje

Procedimiento de la investigación.

Para llevar a cabo este proyecto, ha sido necesarioimplementar una serie de pasos, que se describen acontinuación:

Paso 1. Documentación teórica.

En primer lugar, ha sido necesario recopilar documentacióndiversa acerca de los aspectos que se necesitan conocer parapoder alcanzar los objetivos del proyecto. Esta informaciónpor una parte es puramente teórica, y da explicación alproblema del cálculo de esfuerzos, así como muestra elfuncionamiento de los principales sistemas utilizados parasatisfacer las necesidades de adoquines

Asimismo, existe otra parte de la documentación que serequiere utilizar que corresponde a la normativa aplicable altipo de proyectos como el que se va a desarrollar. Esta esuna normativa nacional, internacional, o una serie de pautasque ofrecen organizaciones competentes con el fin defacilitar el diseño de la máquina.

Paso 2. Definición del problema a resolver.

En esta parte del proyecto se estudian y definen claramentecuáles son las características del problema que se pretenderesolver y el tipo de actividad que se desarrolla en el

Estado. Posteriormente se fijan las condiciones a mantener enfuncionamiento la máquina, atendiendo no solo al criterio delcliente, sino a la normativa y recomendaciones de lasprincipales asociaciones de ingeniería que estudian este tipode problemas.

Paso 3. Resolución del problema y selección del sistema.

Por último, tras haber planteado el problema de la forma másaproximada a la realidad posible y con ayuda de losconocimientos teóricos aprendidos se resuelve dicho problema,definiendo los requerimientos de potencia de necesarios parael óptimo funcionamiento de la maquina automática deelaboración de adoquines para aumentar su producción

Conocidos dichos requisitos, se selecciona y dimensiona elequipo más adecuado para el local, cumpliéndose finalmente elobjetivo principal del proyecto

CAPITULO IV

MARCO ADMINISTRATIVO

Recursos humanos

Director del Departamento de Evaluación Interna Docentes

Recursos y medios de trabajo

2 Computadora Entrevistas Software, Solidword 1 Impresora Internet 1 Resma de Hojas

Costo de la maquina

Producto Cantidad Costo (BsF)viga de acero

perfil u6 12000

Motor de 2 hp 1 10000Plancha de

acero1 3000

Gatoshidráulicos

3 15000

Eje excéntrico 1 9000Soportes 15 6000Cepillos 4 4000

Total = 59000 BsF

Cronograma de actividades

Fecha de inicio: 20 de septiembre del 2015

Fecha de culminación: 10 de diciembre del 2015

Actividades

Semanas

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11

12

13

14

15

16

Revisiónde la

literaturaRedaccióndel marcoteórico

Diseño deinstrument

osRecolección de datos

Org yanálisis

deresultadosRedacciónde informeTrascripci

ón deinforme deinvestigac

ión