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PROYECTO FINAL DE

CARRERA

(Tomo I)

TÍTULO: Diseño de un sistema de agitación mecánica isotérmico para la obtención de

lodo semisólido

AUTOR: Raul Quindos Ramos

TITULACIÓN: Ingeniería técnica industrial, especialidad mecánica

DIRECTOR: Maria Teresa Baile Puig

PONIENTE: Sergi Menargues Muñoz

DEPARTAMENTO: 702, Ciència dels materials i enginyeria metal·lúrgica

FECHA: 27/06/2011

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TÍTULO: Diseño de un sistema de agitación mecánica isotérmico para la obtención de

lodo semisólido

APELLIDOS: Quindos Ramos NOMBRE: Raul TITULACIÓN: Ingeniería Técnica Industrial ESPECIALIDAD: Mecánica PLAN: 95

DIRECTOR: Maria Teresa Baile Puig PONIENTE: Sergi Menargues Muñoz DEPARTAMENTO: 702, Ciència dels materials i enginyeria metal·lúrgica

CALIFICACIÓN DEL PFC

TRIBUNAL

PRESIDENTE SECRETARIO VOCAL

FECHA DE LECTURA: Este proyecto tiene en cuenta aspectos medioambient ales: Sí No

7

Resumen

En el presente trabajo se realizará el estudio del estado actual de los diferentes procesos

existentes de agitadores mecánicos para proceder al diseño, desarrollo, fabricación y

puesta en marcha de un agitador mecánico que se utiliza en la conformación de materiales

en estado semisólido Rheocasting.

Actualmente estos agitadores están limitados a una cierta temperatura de trabajo y un

cierto tiempo de exposición a esta, dependiendo del material en el que están fabricados.

Por lo tanto estos están formados por una estación que dispone de más de un agitador. Los

tiempos de ciclo son excesivamente largos.

La conformación de aleaciones de aluminio en estado semisólido es un proceso híbrido que

incorpora elementos de varias técnicas clásicas de conformado. Permite libertad en el

diseño del molde y en la velocidad de producción de la fundición así como una calidad

metalúrgica y unas propiedades mecánicas superiores a las de la fundición en molde

permanente o en fundición inyectada [1].

El interés de estas técnicas radica en la necesidad de producir nuevos componentes con

menos defectos y a un coste inferior, y se fundamenta en las propiedades reológicas de los

materiales cuando coexisten una fase líquida.

El objetivo principal es desarrollar un procesos polivalente que permita obtener el lodo

semisólido para el conformado para diferentes familias de aleaciones unas ya utilizadas y

otras hasta ahora no utilizadas tanto de Al como de Mg. Esto se consigue con un diseño

innovador de un agitador mecánico, con sistema de refrigeración interno mediante un fluido

o gas y la incorporación de una vaina fabricada en una aleación de cobre berilio que

dispone de un recubrimiento que no pueda ser disuelto por el caldo y a su vez que nos

hace de aislante térmico. Todas estas mejoras hacen que el precio del prototipo sea inferior

al de otros procesos ya implantados en la industria, reduciendo con este los tiempos de

ciclo, minimizando el coste y la energía necesaria para la obtención del lodo.

Deberemos estudiar el tipo de material del cual estará hecho, sus dimensiones y el sistema

de refrigeración que tendrá para mantenerlo a la temperatura adecuada (agitador-aluminio).

Palabras clave (máximo 10)

Agitador Semisólido Rheocasting Cobre-Berilio

Diseño Ranura Hendidura Lodo

9

Sumario

1. INTRODUCCIÓN _________________________________________ 13

1.1. Objetivos del proyecto ............................................................................................ 13

1.2. Alcance del proyecto .............................................................................................. 13

2. CONFORMACIÓN EN ESTADO SEMISÓLIDO__________________ 14

2.1. Procesos por agitación mecánica (MSC) ............................................................... 16

2.1.1. Proceso Semi Solid Rheocasting .................................................................... 17

2.1.2. Proceso Rotation Barrel Rheomoulding Machine (RBRM) [4] ......................... 19

2.1.3. Proceso Gas Induced Semi-Solid (GISS) [5]................................................... 20

2.1.4. Proceso Melt Spreading and Mixing Technique (MSMT) [6] ........................... 21

2.1.5. Agitador Advanced Semi-solid Casting Technology (ASCT) [7] ...................... 22

2.2. Sistema de medida de la viscosidad [www2] ......................................................... 25

2.2.1. Viscosímetros de cilindros concéntricos .......................................................... 25

2.2.2. Viscosímetros de placas paralelas. ................................................................. 26

2.2.3. Viscosímetro de cono-placa ............................................................................ 27

2.2.4. Otros viscosímetros rotacionales .................................................................... 28

2.2.5. Resultados destacables del análisis bibliográfico ............................................ 28

3. SELECCIÓN DE MATERIALES Y COMPONENTES DEL AGITADOR

MECÁNICO ______________________________________________ 29

3.1. Material del agitador ............................................................................................... 29

3.1.1. Selección de material ...................................................................................... 29

3.1.2. Propiedades del Cobre-Berilio ........................................................................ 29

3.1.3. Cálculo de flujo de calor .................................................................................. 30

3.1.4. Cálculos para un correcto funcionamiento del agitador en el interior del

aluminio ........................................................................................................... 35

3.2. Selección electrobomba del sistema de refrigeración y conductos ........................ 39

3.2.1. Conductos de refrigeración ............................................................................. 40

3.2.2. Electrobomba de refrigeración ........................................................................ 40

3.2.3. Convertidor de frecuencia de la electrobomba ................................................ 42

3.3. Platos de fijación, transmisión de movimiento y refrigeración ................................ 43

3.3.1. Selección del material del plato ....................................................................... 44

3.3.2. Selección del rodamiento del plato superior .................................................... 44

3.4. Material de las juntas ............................................................................................. 45

3.4.1. Selección de material de las juntas de los platos ............................................ 46

3.4.2. Aplicaciones, características y propiedades del polietileno de Ultra Peso

Molecular (UHMW) [www3]. ............................................................................ 46

3.5. Selección del motor del sistema ............................................................................. 48

10

3.5.1. Motor rotacional y agitación ............................................................................. 48

3.5.2. Convertidor de frecuencia del motor ................................................................ 50

4. DISEÑO DEL SISTEMA DE AGITACIÓN ISOTÉRMICO ________ __ 52

4.1. Diseño del plato de fijación, transmisión de movimiento y refrigeración .................. 52

4.1.1. Plato superior ................................................................................................... 53

4.1.2. Plato inferior ..................................................................................................... 56

4.2. Diseño de las juntas ubicadas entre los platos de refrigeración .............................. 58

4.3. Diseño de la alimentación del sistema refrigeración ............................................... 59

4.3.1. Tubo de entrada de agua en el agitador .......................................................... 59

4.3.2. Tubo de salida de agua en el agitador ............................................................. 60

4.4. Diseño de la barra agitadora ................................................................................... 61

4.5. Diseño del nervio de fijación al motor ...................................................................... 63

4.6. Diseño de Ranura en eje del motor ......................................................................... 65

4.7. Diseño del crisol ...................................................................................................... 66

5. MONTAJE DE LA MÁQUINA _____________________________ ___ 67

6. CONDICIONES AMBIENTALES Y SEGURIDAD _______________ _ 70

6.1. Ecodiseño ............................................................................................................... 70

6.1.1. Ventajas del ecodiseño .................................................................................... 70

6.1.2. Ecodiseño en el diseño del sistema de agitación isotérmico ............................ 71

6.2. Seguridad................................................................................................................ 71

6.2.1. Seguridad de la máquina ................................................................................. 71

6.2.2. Seguridad del operario ..................................................................................... 74

7. PRESUPUESTO __________________________________________ 76

7.1. Coste del material ................................................................................................... 76

7.2. Coste de piezas y máquinas estandarizadas .......................................................... 76

7.3. Coste de la mano de obra ....................................................................................... 76

7.4. Coste de ingeniería de diseño................................................................................. 77

7.5. Precio total .............................................................................................................. 77

8. PERSPECTIVAS __________________________________________ 78

9. CONCLUSIONES _________________________________________ 79

10. AGRADECIMIENTOS ______________________________________ 80

11. BIBLIOGRAFÍA_______________________________________ ____ 81

ANEXO I. PLANOS

ANEXO II. COBRE-BERILIO PROTHERM

11

ANEXO III. CATÁLOGO SAER M4000

ANEXO IV. CATÁLOGO DELTA VFD-S

ANEXO V. CATÁLOGO SFK 68105

ANEXO VI. CATÁLOGO ABB M3000

ANEXO VIII. CATÁLOGO CELO

ANEXO IX. CATÁLOGO ROTOR CLIP

Diseño de un sistema de agitación mecánica isotérmico para la obtención de lodo semisólido

13

1. Introducción

La conformación en estado semisólido (SSM) es una tecnología innovadora que combina las

ventajas de la fundición y la forja para la producción de componentes de formas complejas.

Los componentes producidos por este proceso presentan mejores propiedades mecánicas

que los de inyección convencional [1].

En la actualidad, gran parte de las industrias han empezado a producir componentes con

estas técnicas pero todavía faltan parte de los conocimientos de base, como para que la

técnica se extienda y muestre todas sus posibilidades reales de aplicación.

Dentro de estos procesos de conformación se encuentra la tecnología Rheocasting. Este proceso implica la agitación de la aleación durante la solidificación para producir una mezcla

semisólida. Esta mezcla es inyectada directamente dentro del molde.

En este proyecto se pretende desarrollar un nuevo proceso Rheocasting mediante la

agitación mecánica y enfriamiento controlado del caldo en estado líquido, para de esta

manera obtener un lodo semisólido óptimo para ser conformado.

1.1. Objetivos del proyecto

Este proyecto tienen como objetivo realizar un análisis exhaustivo del estado de la técnica

actual de los diferentes procesos de conformación en estado semisólido, para de esta forma

proceder a diseñar y dimensionar un agitador mecánico tubular, que sea capaz de aguantar

los diferentes esfuerzos y temperaturas del proceso Rheocasting y permita de una forma

simple y eficaz obtener lodo semisólido en estado óptimo para ser inyectado

1.2. Alcance del proyecto

El proyecto pretende contribuir en el diseño y construcción de un agitador mecánico

refrigerado. Mejorando de esta forma los procesos actuales e innovar dentro de los procesos

de conformación en estado semisólido por Rheocasting.


14

2. Conformación en estado semisólido

Los principios para la aplicación industrial del conformado en estado semisólido fueron

expuestos por M.C. Fleming y D.B. Spencer en 1972. En 1972 se descubre, de forma

accidental, este proceso en el Massachussets Institute of Technology (MIT), durante el

estudio del desgarro en caliente o “hot tearing”. Dicho proceso consiste en el control de la

pseudoplasticidad del material cuando se mantiene a la temperatura adecuada en estado

semipastoso (aproximadamente 60% sólido/40% líquido). En estas condiciones, la

viscosidad decrece con la velocidad de deformación, dependiendo de las condiciones de

agitación del material, y su tixotropía depende de la tensión de cizalla y del tiempo. La

viscosidad del lodo semisólido se incrementa con el aumento de la fracción sólida y con

la esferoidización de los glóbulos sólidos, y decrece al disminuir el tamaño de partícula.

La estructura resultante consiste en partículas globulares dispersas en una matriz de

líquido próximo a la composición eutéctica [2].

Para este estudio Spencer y otros utilizaron un viscosímetro tipo Couette y una aleación

Sn-15%Pb. Este viscosímetro consiste en 2 cilindros concéntricos donde el cilindro

exterior gira continuamente en un rango de velocidades que puede variar desde 0,4 hasta

1000 r.p.m (Figura 2.1). La aleación se vertía en estado fundido en el espacio existente

entre los dos cilindros. Al mismo tiempo se hacía girar el cilindro exterior para producir

fuerzas de cizalladura y se dejaba enfriar la aleación. Estos investigadores midieron la

viscosidad de la aleación en función de la fracción de sólido presente y según la

velocidad de agitación. Durante los experimentos se observó que la viscosidad de la

aleación disminuía con la agitación y se atribuyó a la estructura globular producida

durante el experimento. Es decir, la viscosidad disminuye al aumentar las fuerzas de

cizalla que actúan sobre el material, con lo que se comporta, prácticamente, como un

sólido en ausencia de estas fuerzas de cizalla, y puede entonces manipularse fácilmente.

En cuanto al comportamiento mecánico, la estructura dendrítica semisólida exhibe una

tensión de cizalla (shear stress) de aproximadamente 200 KPa para una fracción sólida

de 0,4% mientras que una estructura no globular muestra menos de 0,2 KPa con la

misma fracción sólida, es decir tres órdenes de magnitud menos. Estos son los

antecedentes de la conformación en estado semisólido pero no fue hasta 1990 cuando la

industria tomó conciencia de las potenciales ventajas que podían ofrecer estas

tecnologías [2].

Posteriormente Joly y otros publicaron un estudio más exhaustivo sobre la reología de las

aleaciones parcialmente solidificadas. En sus experimentos mostraron que la viscosidad era

también muy sensible a la velocidad de enfriamiento, además de a la velocidad de


15

cizalladura: bajas velocidades de enfriamiento y altas velocidades de cizalladura hacen

disminuir la viscosidad para una fracción de sólido dada. No obstante, lodos semisólidos

producidos a diferentes velocidades de cizalladura iniciales, muestran diferente

comportamiento: altas velocidades iniciales dan lugar a viscosidades aparentes menores.

Figura 2.1 Viscosímetro tipo Couette

El proceso de conformado en estado semisólido de materiales puede dividirse en dos tipos.

Cuando la aleación sometida a velocidades de cizalladura es conformada directamente para

obtener una pieza o un lingote se denomina Rheocasting. Como consecuencia de la

reversibilidad de las propiedades tixotrópicas adquiridas por la aleación, el lingote de

Rheocasting puede calentarse a la temperatura adecuada y recuperar las características

tixotrópicas. Por lo tanto una aleación solidificada con estructura no dendrítica (de

Rheocasting) puede calentarse hasta la temperatura de estado semisólido y conformarse

mediante un proceso de forja (Thixoforging) o inyección (Thixocasting). Un esquema

explicativo se muestra en la Figura 2.2. [2].


16

Figura 2.2 Esquema de procesos Thixoforming [Bai05].

2.1. Procesos por agitación mecánica (MSC)

La agitación mecánica (MSC) es la técnica más sencilla para la producción de metales

semisólidos. Aunque no ha llegado a ser una técnica popular para la fabricación de lingotes,

es empleada como una aproximación económica para la producción en masa de partes en

las industrias de la automoción y electrónica.

La técnica MSC se fundamenta en la agitación de la aleación mediante agitadores de

paletas, hélices o rotores cilíndricos. En ella el material es fundido y llevado hasta una

temperatura superior a la temperatura de liquidus para introducir un agitador.

Posteriormente, durante la solidificación incompleta hasta el intervalo semisólido, seguida de

un sostenimiento isotérmico, el material es agitado vigorosamente hasta conseguir la

deseada transformación de la microestructura.

Las ventajas de la agitación mecánica son las siguientes [3]:


17

• Reducción de rutas de proceso. Una aleación puede alcanzar mejoras en calidad

y comportamiento mecánico suficientes para ciertas aplicaciones, aún sin la

necesidad de técnicas secundarias de procesamiento.

• Uso a nivel experimental. La agitación mecánica sigue utilizándose principalmente

a nivel experimental para la investigación de la transformación dendrítica, como para

el estudio de los aspectos reológicos y las variables de proceso.

• Extensión a la fabricación de metales reforzados. Aunque no es el único proceso

que permite la fabricación de composites metálicos, cuando se usan agitadores de

paletas o rotores cilíndricos, la agitación mecánica permite la fácil incorporación de

partículas o fibras cortas, ya que la viscosidad resulta bastante controlable en

función de la velocidad de agitación utilizada.

• Economía e implementación. Entre las diferentes rutas, la agitación mecánica

resulta en general mucho más económica, debido a que es posible utilizar agitadores

de diversos tipos que no se comparan en costo a los generadores de campos

magnéticos requeridos en la técnica Agitación electromagnética (EMS) o a los

sistemas de atomización de la técnica Fundición en Spray (SP) y por otro lado,

porque en general los equipos y rutas de procesamiento son muy similares a las que

convencionalmente se utilizan en el sector de fundición.

La técnica MSC presenta dos desventajas principales [3]:

• Tendencia a atrapar impurezas y óxidos como producto de la agitación.

• Degradación de los agitadores utilizados.

2.1.1. Proceso Semi Solid Rheocasting

El proceso SSR consiste en sumergir un cilindro de grafito dentro del caldo líquido, cuya

temperatura supera ligeramente la temperatura liquidus. El caldo, al hacer contacto con el

cilindro, que se agita vigorosamente, se enfría unos pocos grados por debajo de la

temperatura liquidus, iniciándose la solidificación. El rodillo se mantiene en el caldo durante

intervalos de tiempo muy cortos, y la velocidad de agitación no debe superar las 60 rpm [2].

Fleming propuso una variante del método SIMA (Strain Induced Melt Activation) para

obtener estructuras no dendríticas. En la Figura 2.3 se muestra un esquema del ciclo de

agitación y un esquema gráfico del ciclo de enfriamiento del proceso SSR.


18

Figura 2.3 a) Esquema ciclo de agitación. b) Esquema gráfico ciclo de enfriamiento [2].

La parte más crítica del proceso está en la obtención del primer 1% en volumen de fracción

sólida no dendrítica. La licencia para este procedimiento, fue adquirida en 2002 por Idra

Casting Machines, que ha desarrollado el equipo necesario para aplicarla, con el nombre

SSRTM, Semi-Solid Rheocasting. En la Figura 2.4 se muestra una fotografía de una célula de

trabajo formada por una máquina de 1400 Tm i una estación SSRTM [2].

Figura 2.4 Máquina de inyección de 1400 Tm con una estación SSRTM integrada [2].

Este sistema de agitación ha sido diseñado sobre la base de investigación MIT. La función

de las barras es extraer el calor del lodo de aluminio, y por eso reciben el nombre de barras

de enfriamiento. Estas barras están hechas de grafito ya que tiene la característica de que

no se adhiere el aluminio líquido y una alta difusión térmica. Esta máquina está compuesta

de cuatro agitadores (barras) para poder aguantar todo el proceso provocando el mínimo

desgaste en ellos [www1] (Figura 2.5).


19

Figura 2.5 Esquema estación SSRTM [www1].

El aluminio líquido llega a la estación en un crisol, acto seguido se introduce la primera barra

de grafito y empieza a rotar para conseguir un enfriamiento óptimo, y se mantiene así

alrededor de cuatro segundos. Una vez ha acabado su ciclo la primera barra, se realiza el

mismo proceso con la segunda barra, que está a una temperatura menor que la anterior

puesto que permanece a temperatura ambiente. El proceso es el mismo para las dos barras

restantes, consiguiendo así, una solidificación del lodo de aluminio del 2%

aproximadamente. Finalmente el aluminio se introduce en la cámara del pistón con el cual

será inyectado, donde se solidificará un 10% más consiguiendo el estado óptimo del

aluminio para ser inyectado.

2.1.2. Proceso Rotation Barrel Rheomoulding Machine (RBRM) [4]

Este proceso consta de un horno de fundición, un motor de accionamiento, un sistema de

corte y una unidad central de control de temperatura. El núcleo del sistema se compone

principalmente de dos cilindros cónicos de rotación relativa que tienen un perfil

especialmente diseñado, los conductos y elementos de calefacción y refrigeración para

mantener los cilindros a la temperatura deseada para el tratamiento SSM, una unidad de

protección de gas para evitar la oxidación y un sistema de elevación con el fin de controlar el

espacio entre los dos cilindros. La Figura 2.6 muestra esquemáticamente el proceso. Los

cilindros están hechos acero inoxidable de concretamente de OCr25Ni20. La función

principal del sistema de agitación es la de convertir la aleación líquida a una mezcla

semisólida. Los dos cilindros cónicos han sido diseñados para crear una gran intensidad de

turbulencia y una alta velocidad de agitación. Cuando la dosis de metal fundido se vierte en


20

la ranura de lo cilindros, el líquido se enfría rápidamente en un pre-tratamiento determinado

para obtener la fracción sólida deseada. Los elementos y conductos de calefacción y

refrigeración controlados por una unidad central de control de temperatura comienzan a

formar partes de enfriamiento y calentamiento, que mantienen la aleación líquida a la

temperatura deseada para el proceso SSM.

Figura 2.6 Esquema de agitador RBRM [4].

2.1.3. Proceso Gas Induced Semi-Solid (GISS) [5]

Este sistema de agitación se basa en la combinación de gas con agitación mecánica. Un

difusor de grafito se sumerge en el aluminio líquido y extrae una cantidad de gas inerte del

depósito. Al mismo tiempo el difusor empieza a rotar produciendo una gran agitación y el

gas que va saliendo va creando una bajada de temperatura del agitador y el aluminio en

estado líquido.

El difusor está sumergido dentro del lodo de aluminio alrededor de unos 10 segundos

creando así una solidificación de este de un 10%. Acto seguido este lodo será colocado en


21

la camisa del pistón para su inyección. La Figura 2.7 muestra un esquema de un agitador

GISS.

Fig. 2.7 Esquema agitador GISS [5]

2.1.4. Proceso Melt Spreading and Mixing Technique (MSMT) [6]

Este sistema de agitación consta de dos partes, una placa cónica de rotación y un recipiente

en el cual va anclada esta placa como se observa en la Figura 2.8. El líquido (lodo de

aluminio) se introduce en un pequeño depósito, y por gravedad va a parar al recipiente. El

lodo llega a la placa que está en movimiento (rotación) dispersando todo el aluminio por la

cámara. Así, se consigue un tanto por ciento de solidificación, debido a que entra en

contacto con las paredes que se encuentran a una menor temperatura. La dispersión del

aluminio con la placa en rotación también ayuda a la solidificación del material. Después de

este proceso, el recipiente o cámara deja pasar el material en estado semisólido a través de

un conducto que está situado en la parte inferior del mismo, para poder ser inyectado.


22

Figura 2.8 Esquema agitador MSMT [6]

2.1.5. Agitador Advanced Semi-solid Casting Technol ogy (ASCT) [7]

En este proceso el metal fundido se mantiene a una temperatura determinada en un horno.

Después se vierte en un crisol una cantidad específica del metal. Refrigeradores y

agitadores se sumergen en el metal fundido. Estos giran mientras se deslizan a través del

metal en una trayectoria de conjunto, lo que permite la obtención de un lodo semisólido

uniforme. La Figura 2.9 muestra una visión general del proceso. La dificultad del proceso es

cómo crear una mezcla semisólida con un mayor grado de aplicabilidad a la conformación.

En el proceso de producción convencional, lo habitual, es que se controle la temperatura del

metal fundido directamente antes de su formación, pero la presencia en la aleación de

aluminio de Mg, Cu o Si en cantidades diferentes, produce que a la misma temperatura

algunos componentes sean más sólidos que otros.


23

Figura 2.9 Esquema agitador ASCT [7]

La Figura 2.10 muestra las diferencias de fracción sólida para las diferentes temperaturas.

Para producir un lodo semisólido que no se vea afectado por el grado de solidificación de

cada material el control se hace durante el proceso de agitación como se puede observar en

la Figura 2.11. El dispositivo de medición se compone de una unidad de medida de

viscosidad inmersa en el metal fundido, una célula de carga vinculada a las medidas de la

carga, y un amplificador, lo que aumenta la tensión distorsionada de la célula de carga. El

aumento de la viscosidad cinemática debido a la mayor solidez del metal fundido hace

produce una fuerza en los agitadores. Esta fuerza es detectada por la célula de carga, y

amplificada y transformada por el amplificador. La realización de estas medidas durante el

proceso de agitación y el enfriamiento del semisólidos significan que el proceso puede ser

detenido cuando el lodo llega a la viscosidad necesaria, lo que permite una mezcla de

viscosidad uniforme.


24

Figura 2.10 Diferencias de solidificación de materiales [7]

Figura 2.11 Esquema de medidor de viscosidad [7]


25

2.2. Sistema de medida de la viscosidad [www2]

Los viscosímetros rotacionales constan básicamente de dos partes que se encuentran

separadas por el fluido a estudiar. Estas partes pueden ser dos cilindros, dos superficies

paralelas, una superficie y un cono de pequeño ángulo, un rotor en el interior de un cilindro.

El movimiento de una de estas partes provoca la aparición de un gradiente de velocidades a

lo largo del fluido. Para determinar la viscosidad del fluido se mide el esfuerzo necesario

para producir una determinada velocidad angular. Este tipo de viscosímetros son muy

versátiles y pueden ser utilizados para fluidos no Newtonianos, aunque su principal

inconveniente es el precio.

Los tipos de viscosímetros más utilizados son los viscosímetros de cilindros concéntricos,

viscosímetros de placas paralelas y viscosímetros de cono-placa [www2]. En el sistema de

conformado Rheocasting el utilizado es el viscosímetro de cilindros concéntricos.

2.2.1. Viscosímetros de cilindros concéntricos

Los primeros viscosímetros rotacionales fueron de cilindros concéntricos; constan de dos

cilindros concéntricos, uno exterior hueco y otro interior macizo. Por el movimiento de uno

de los cilindros se genera una cizalla en el líquido situado en el espacio anular.

Este tipo de instrumentos pueden realizar las medidas de dos formas:

- Haciendo girar uno de los elementos con un cierto par de fuerzas y midiendo la

velocidad de giro provocada.

- Provocando una velocidad de giro en uno de los elementos y midiendo el par de

fuerzas opuesto.

Ambos métodos ya fueron estudiados antes de la Segunda Guerra Mundial, y sus

fundamentos fueron introducidos por Couette en 1888, en cuyo honor, al flujo provocado

entre los cilindros concéntricos (Figura 2.12), se denomina Flujo de Couette [www2].

En la mayoría de los casos, el equipo se diseña de manera que la distancia entre los dos

cilindros sea lo suficientemente pequeña como para que la velocidad de deformación sea

aproximadamente constante a lo largo del espacio anular, al igual que el esfuerzo de

deformación.


26

Figura 2.12 Esquema de viscosímetro de cilindros concéntricos [www2].

2.2.2. Viscosímetros de placas paralelas.

En este caso el fluido se encuentra entre dos placas paralelas, la superior gira (Figura 2.13)

y la inferior permanece inmóvil. Los elementos de fluido cercanos a la placa móvil tendrán

una velocidad superior a la que tienen los que se encuentran próximos a la placa fija. Así

pues, la cizalla se produce desde la placa de abajo hacia la de arriba. Al igual que en los

viscosímetros de cono-placa, este tipo de instrumentos son fáciles de limpiar y requieren

pequeñas cantidades de muestra. La capacidad de fijar el espesor de muestra (GAP) de

acuerdo a las características de la misma es una ventaja en suspensiones de partículas de

gran tamaño o en líquidos que tienden a ser expulsados fuera de las placas. Sin embargo la

viscosidad de la muestra es difícil de evaluar ya que la velocidad de cizalla cambia de

acuerdo a la distancia al centro de la placa [www2].


27

Figura 2.13 Esquema de viscosímetro de placas paralelas [www4].

2.2.3. Viscosímetro de cono-placa

Su funcionamiento se basa en la cizalla presente en un líquido situado en el espacio

comprendido entre un cono y una placa, siendo el ángulo (α) entre ambos muy pequeño

(inferior a 4º, ya que para ángulos mayores, los cálculos se complicarían excesivamente).

En la Figura 2.14 se muestra de forma exagerada la geometría del sistema. Si el cono gira

con cierta velocidad angular (Ω), se generará un movimiento de rotación en el fluido de tal

forma que éste girará a una velocidad mayor cerca de las paredes del cono.

Todos los instrumentos de cono-placa permiten extraer el cono para un cambio de la

muestra, lo que facilita en muchos casos la limpieza del mismo, siendo ésta, junto con la

pequeña cantidad de muestra necesaria las principales ventajas que presentan este tipo de

equipos. En la mayoría de los viscosímetros rotacionales la velocidad de cizalla cambia con

la distancia al centro de rotación. Sin embargo, en el viscosímetro de cono-placa la

velocidad de cizalla a lo largo del espaciado del cono es constante, ya que el espaciado

entre el cono y el plato aumenta al aumentar la distancia al centro [www2].


28

Figura 2.14 Esquema de viscosímetro de cono-placa [www2].

2.2.4. Otros viscosímetros rotacionales

Existen viscosímetros comerciales (Brookfield, Ikavisc,…) que emplean como accesorios de

medida que giran en el interior del fluido discos, paletas y otros accesorios de diversa

geometría. Las geometrías no estándar son difíciles de estudiar. Concretamente para el

viscosímetro Brookfield se han desarrollado ecuaciones que incluyen correcciones para

fluidos no newtonianos. Independientemente de la geometría del accesorio, prácticamente

todos estos viscosímetros basan su medida en la fuerza necesaria para hacer girar un

accesorio en el interior del fluido a una velocidad de giro dada [www2].

2.2.5. Resultados destacables del análisis bibliogr áfico

Una vez analizados todos los procesos existentes basados en la agitación mecánica del

lodo se ha seleccionado como base para el inicio del estudio de este proyecto el proceso

Semisolid Rheocasting SSR, por su simplicidad de diseño así como las posibilidades que

ofrece el mismo de ser mejorado.


29

3. Selección de materiales y componentes del

agitador mecánico

3.1. Material del agitador

Con el objetivo de iniciar el diseño del prototipo se ha procedido a la selección de los

materiales.

3.1.1. Selección de material

Con el objetivo de encontrar el material que más se ajuste a nuestras necesidades se han

estudiados diferentes aleaciones de cobre-berilio de entre todas ellas la que mejor se ajusta

por sus características es la de denominación industrial PROTHERM.

3.1.2. Propiedades del Cobre-Berilio

La aleación PROTHERM es una aleación de cobre berilio de alta conductividad y

moderada resistencia fabricada por Brush Wellman Inc., para moldes cuyas

características físicas se muestran en la Tabla 3.1 . Sus principales características

incluyen (Anexo II ).

• extremadamente alta conductividad térmica.

• excelente resistencia a la corrosión.

• buena pulibilidad y mecanibilidad.

• buena resistencia contra las melladuras.

• excelente capacidad de soldadura.

• transferencia de calor rápida e uniforme.

• resistencia a altas temperaturas.

• posibilidad de utilizar recubrimientos de superficie.

• para obtener una mayor resistencia al desgaste.


30

Tabla 3.1 . Propiedades físicas de la aleación cobre-berilio

Temperatura 20ºC 200ºC 300ºC

Densidad (kg/m3) 8 820 8 737 8 682

Módulo de Elasticidad (N/mm2)

138 400 131 000 117 200

Coeficiente de expansión térmica

de °C a 20°C – 17,2 x 10–6 18 x 10–6

Conductividad Térmica

W·(m°C) -1 245 268 275

Calor específico J·(kg°C) -1 380 480 535

Su dureza tras ser templado es aproximadamente 20 HRC.

3.1.3. Cálculo de flujo de calor

En este apartado se procede al cálculo del flujo de calor del agitador. El agitador estará

fabricado de una aleación de cobre-berilio como ya se ha comentado en el apartado 3.1.1 .

El modo de funcionamiento es el siguiente: El agitador se introduce dentro de un crisol que

contiene aluminio en estado líquido, a una temperatura de 650ºC aproximadamente. Este

agitador, hueco en su interior, será llenado de agua a 22ºC aproximadamente para evitar un

calentamiento excesivo y así obtener una correcta refrigeración. El agua estará circulando

continuamente a través de un circuito, manteniendo así una temperatura óptima para

nuestro proceso.

Las ecuaciones utilizadas para el cálculo de flujo de calor son:

= = (Ecuación 1)

= · + + ·! (Ecuación 2)


31

Donde:

: Flujo de calor.

Ti: Temperatura interior.

Te: Temperatura exterior.

RT : Resistividad térmica de los materiales.

h: Coeficiente transferencia de calor.

k: Conductividad térmica.

L: Longitud de la barra en contacto con el material.

Se ha tomado como referencia el agitador SSR de IDRA CASTING MACHINES,

manteniendo su longitud, aumentado los diámetros y disminuyendo el espesor del agitador

para conseguir una mejor refrigeración del sistema.

Figura 3.1 Esquema de agitador cobre-berilio


32

Sistema SSR

Ti = 22 ºC

Te = 650 ºC

r1 = 40.5 mm

r2 = 46.5 mm

L = 459 mm

Para calcular el coeficiente de transferencia de calor del agua y del cobre-berilio se han

utilizado los gráficos siguiente [8]:

En la Figura 3.2 muestra que para una temperatura de 650ºC aproximadamente el tiempo

que está sumergida la barra en el lodo es alrededor de 100 segundos, por lo tanto tomamos

este valor para poder aplicarlo en los siguientes gráficos.

Figura 3.2 Temperatura calculada en experimento en función del tiempo [8]


33

En la Figura 3.3 se muestra el gráfico con los valores del coeficiente de transferencia de

calor entre el metal del agitador (Cobre-berilio) y el agua en función del tiempo. El valor

obtenido es alrededor de 2000 "#° w·(m2ºK)-1.

Figura 3.3 Coeficiente de transferencia de calor entre metal y agua en función del

tiempo [8]

La Figura 3.4 muestra el valor del coeficiente de transferencia de calor entre un metal

(aluminio líquido en nuestro caso) y otro metal con base de cobre (cobre-berilio) en función

del tiempo. Para 100 segundos el coeficiente de transferencia de calor es aproximadamente

de 800 "#° según el experimento en el que se basan estos datos.


34

Figura 3.4 Coeficiente de transferencia de calor entre metal y metal con base de cobre en

función del tiempo [8].

Por lo tanto los valores de transferencia de calor son:

h1= 2000 "#° (entre agua y cobre-berilio)

h2= 800 "#° (entre cobre-berilio y aluminio)

Una vez se han conseguidos estos valores se procede al cálculo del flujo de calor.

= %& − %( = 22 − 6500,138 = −12234, 52 6

= 17 8 129: · ℎ + <= :: 29>?@A + 129: · ℎB = 0,138


35

El flujo de calor para la aleación estudiada es de -45516,25 W este valor nos lleva a la

conclusión de que esta aleación es correcta para conseguir una buena refrigeración.

3.1.4. Cálculos para un correcto funcionamiento del agitador en el interior del

aluminio

Al cambiar los diámetros del agitador se ha procedido a los cálculos pertinentes para

comprobar el límite de profundidad al que puede estar sumergido el agitador.

En primer lugar se ha determinado el volumen que tendrá el agitador utilizando las

ecuaciones 3 y 4 .

El agitador está dividido en dos partes, una parte tiene forma cilíndrica y la otra parte tiene

forma cónica.

Parte cilíndrica:

C = 9:ℎ (Ecuación 3)

V= 3016,05 cm3

Parte cónica:

C = D (Ecuación 4)

V= 33,96 cm3

El volumen total del agitador será la suma de los dos volúmenes, Vtotal = 3050.01 cm3.

Debido a su forma irregular el crisol se ha considerado que es cilíndrico a pesar de que

tenga forma trapezoidal. Se han tomado como referencia las medidas del crisol estándar

utilizado en el proceso SSR, pero sobredimensionando el radio superior e inferior en

proporción al aumento del radio exterior del agitador, es decir, 18 mm para cada radio.

Se ha realizado una media del radio superior e inferior.

: = 9,8 FG

: = 6,3 FG

: = 9,8 + 6,32 = 8.05 FG; JK. 2 LL


36

A partir de aquí se procede a los cálculos para diferentes cantidades de aluminio.

Para calcular el volumen del aluminio se utiliza la ecuación 5 :

M = #N (Ecuación 5)

Donde

M = densidad

G = masa

C = volumen

Sabiendo la masa y la densidad se despeja el volumen.

C = GM

Para calcular la altura a la que alcanza el aluminio dentro del crisol en función de volumen

de aluminio se ha utilizado la fórmula del volumen del cilindro.

C = 9:ℎ (Ecuación 3) despejando la ℎ

La Tabla 3.2 nos muestra todos los cálculos para las diferentes cantidades de lodo de

aluminio.

Con los parámetros de la Tabla 3.2 se determinara la longitud del agitador sumergido en el

caldo. El agitador debe estar a 2 cm del fondo del crisol evitando el contacto con este. Se

han restado 1.5 cm que es la altura del cono.

Como ejemplo para 2500 gramos de aluminio:

ℎO. PQR OSTOUV − 2 FG − 1.5 FG = 1,1 FG; 11GG

de igual forma se realizará para cada masa de aluminio.


37

Tabla 3.2 . Cálculos del agitador sumergido en el lodo de aluminio

G Al.

(gr)

M Al.

(gr/cm3)

C Al.

(cm3)

ℎ Al. sin

agitador

(cm)

ℎ a la que

está

sumergido

el

agitador

(cm)

:

agitador

(cm)

C

cono

(cm3)

C

agitador

inmerso

(cm3)

C

total

(cm3)

ℎ Al.

con

agitador

(cm)

2500 2,67 936 4,60 1,1 4,65 33,96 75 1045 5

3000 2,67 1124 5,52 2,0 4,65 33,96 137 1295 6

3500 2,67 1311 6,44 2,9 4,65 33,96 200 1545 8

4000 2,67 1498 7,36 3,9 4,65 33,96 262 1794 9

4500 2,67 1685 8,28 4,8 4,65 33,96 325 2044 10

5000 2,67 1873 9,20 5,7 4,65 33,96 387 2294 11

5500 2,67 2060 10,12 6,6 4,65 33,96 450 2544 13

6000 2,67 2247 11,04 7,5 4,65 33,96 512 2793 14

6500 2,67 2434 11,96 8,5 4,65 33,96 575 3043 15

7000 2,67 2622 12,88 9,4 4,65 33,96 637 3293 16

7500 2,67 2809 13,80 10,3 4,65 33,96 700 3543 17

8000 2,67 2996 14,73 11,2 4,65 33,96 762 3792 19

8500 2,67 3184 15,65 12,1 4,65 33,96 825 4042 20

9000 2,67 3371 16,57 13,1 4,65 33,96 887 4292 21

10000 2,67 3745 18,41 14,9 4,65 33,96 1012 4791 24

10500 2,67 3933 19,33 15,8 4,65 33,96 1075 5041 25


38

Para el cálculo del volumen de agitador inmerso se ha utilizado la ecuación 3 :

C = 9:ℎ (Ecuación 3)

el valor de h es la longitud de cilindro sumergido en el caldo de aluminio.

Para el volumen total se realiza la suma del volumen de aluminio, el volumen del agitador

inmerso y el volumen del cono.

Finalmente se obtiene como resultado la altura que alcanzará la masa de aluminio con el

agitador en su interior.

La cota máxima del caldo de aluminio es de 260 mm, alturas por encima de esta

provocarían el derrame de caldo de aluminio.

La masa máxima de aluminio con la que se puede hacer la agitación es de 10,5 kg, al

introducir el agitador en el aluminio este sube hasta alcanzar una altura de 250 mm,

teniendo 10 mm de margen de seguridad antes de que se derrame el caldo de aluminio.

Con 11 kg de aluminio la altura que alcanzaría sería de 260 mm coincidiendo con el límite

de capacidad del crisol, provocando que el aluminio se derrame al poner en marcha la

agitación.

En la Figura 3.5 se muestra un esquema donde se puede observar el desplazamiento del

volumen de aluminio al introducir el agitador en su interior.

Figura 3.5 Esquema de altura obtenida


39

Para saber la altura a la que debe estar el nivel del agua en el interior del agitador

dependiendo de la cantidad de aluminio que se encuentra en el interior del crisol, se han

realizado los siguientes cálculos, siendo h la altura:

ℎ W<. FX= YZ&[Y\X: − 2FG ]Y<[^:Y Y <Y _^( (`[á (< YZ&[Y\X: \(< bX=\X \(< F:&`X<c −0.6FG ](`d(`X: \(< YZ&[Y\X:c =ℎ Y <Y _^( \(e( (`[Y: (< YZ^Y FXGX Gí=&GX \(=[:X \(< YZ&[Y\X:

Para 10500 gramos de Aluminio

25FG − 2FG − 0,6FG = 22,4 FG; 224 GG

El volumen de agua que se tendrá como mínimo en el interior del agitador se calcula

utilizando la ecuación 3 desestimando la forma cónica, tratando todo el agitador como

cilíndrico, para esta fórmula utilizaremos el radio interior del agitador.

C = 9 · ]4.05 FGc · 22,4 FG = 1154,27 FGD

El volumen del agua en el interior del agitador aumentará al introducir las varillas de los

conductos de entrada y salida de agua este volumen es desestimado será mínimo, estas

varillas de refrigeración serán de un diámetro muy pequeño y aumentará muy poco el

volumen.

Finalmente se ha decidido que el agitador esté prácticamente lleno de agua en su interior

para conseguir la máxima refrigeración posible, sin que se supere el límite superior evitando

posibles fugas. Esta altura será de 419 mm a partir del cilindro dejando 25 mm de margen

hasta llegar al plato de refrigeración.

3.2. Selección electrobomba del sistema de refriger ación y

conductos

Este diseño de agitador estará provisto de una entrada y una salida de agua. El agua del

interior del agitador debe tener una recirculación constante para conseguir que se mantenga

a la temperatura.


40

Figura 3.6 Circulación de agua dentro del agitador.

3.2.1. Conductos de refrigeración

El cálculo del caudal de agua viene expresado por la ecuación de continuidad:

= C · i (Ecuación 6)

= Caudal ]GD · ` c

C = Velocidad ]G · ` c

i = Sección ]Gc

Para que se mantenga el nivel interior de agua del agitador a un nivel constante, Q1 debe

ser igual a Q2, en este caso las secciones de entrada y salida serán las mismas, por lo tanto

la velocidad también.

Para una adaptación adecuada al nuevo diseño de agitador los conductos deben tener un

diámetro de 5 mm.

3.2.2. Electrobomba de refrigeración

Es necesaria una electrobomba que genere un caudal constante para refrigerar el sistema.

Se ha calcula el volumen de agua en el interior del agitador. Para ello se utiliza la ecuación

3 para la sección cilíndrica y la ecuación 4 para la forma cónica.


41

C = 9:ℎ (Ecuación 3) ℎ = 41.9FG; 419GG

C = D (Ecuación 4) ℎ = 0.9 FG; 9GG

CjOT kíUkO = 2159,1FGD CjOT kókO = 15,45 FGD CTVTO = CjOT kíUkO + CjOT kókO = 2174,55FGD = 2,17 <&[:X`

Una vez calculado el volumen de agua que hay que mantener dentro del agitador se ha

seleccionado una electrobomba marca Saer modelo M400 (Anexo III) que cumple con las

exigencias del sistema de refrigeración. Se utilizarán dos bombas de este tipo, una para la

entrada de agua y otra para la salida, manteniendo así los mismos caudales de entra y

salida.

La Tabla 3.3 muestra las características principales de este tipo de bombas.

Tabla 3.3 . Características de electrobomba marca Saer modelo M400 C

Caudal / GD/ℎ 9.6

Altura / G 52

Temp. líquido bombeado / Entre -15 y +50

Presión máxima de func. / eY: 8

Temp. ambiente máxima / 40

Alimentación (50Hz) / C 1×230

Potencia máxima / >o 1,9

Potencia nominal / >o 1,1


42

La bomba debe cambiar el agua del interior del agitador cada segundo, consiguiéndose que

la temperatura del agua se mantenga a una temperatura constante (22ºC), en un segundo

no hay tiempo suficiente para que se caliente el agua de una manera excesiva. Para que

esto sea posible, la bomba debe sacar el volumen total de agua del interior del agitador, que

es 2174 cm3. La bomba seleccionada saca un caudal máximo de 2666 cm3/s es regulada

por un potenciómetro es idónea para el volumen de agua interior del agitador requerido.

La Tabla 3.4 muestra las medidas en mm y el peso del motor seleccionado esquematizado

en la Figura 3.7.

Tabla 3.4 Dimensiones y peso de electrobomba marca Saer modelo M400 C (Anexo III)

DNA DNM f a b n1 n2 H h1 h2 w d

G1”1/2 G1”1/4 246,5 160,5 168,5 180 228 235 120 233 180 11

Figura 3.7 Esquema de electrobomba Saer modelo M400 C.

3.2.3. Convertidor de frecuencia de la electrobomba

Las electrobombas son complementadas con un convertidor de frecuencia para poder

regular su velocidad, de la longitud de los conductos de entrada y salida, y otros factores

que varíen las condiciones generales.


43

El convertidor de frecuencia seleccionado es el Delta VFD022S21E (Anexo IV) que es

compatible con la electrobomba Saer modelo M400 C por su potencia, esta puede ser hasta

2,2 Kw y su voltaje de entrada y frecuencia nominal de 230V y 50Hz.

Figura 3.8 Convertidor de frecuencia Delta VFD022S21E.

3.3. Platos de fijación, transmisión de movimiento y

refrigeración

Después de varios diseños, se ha llegado a la conclusión de que lo más efectivo para la

refrigeración y la transmisión de movimiento rotacional del motor-agitador, es diseñar dos

platos entre los que circule agua. El plato superior permanecerá fijo sin movimiento gracias a

un cojinete que tiene como función no transmitir el movimiento del motor y unos nervios que

permitan la fijación. El plato inferior recibirá el movimiento rotatorio del motor y estará fijado

directamente por la chaveta del motor con un ajuste que permita tener todo el sistema

totalmente fijo. En la Figura 3.9 se puede observar el montaje de los dos platos.


44

Figura 3.9 Plato inferior y superior montados

3.3.1. Selección del material del plato

Se ha seleccionado el mismo material del agitador (cobre-berilio) para evitar problemas de

corrosión. El material seleccionado se adecua perfectamente a las solicitaciones mecánicas

que tiene el plato.

3.3.2. Selección del rodamiento del plato superior

Para que el plato superior quede totalmente estanco se introduce un rodamiento rígido de

bolas de la marca SFK modelo 68105 (Anexo V) , que por sus dimensiones es ideal para el

sistema.

En la figura 3.10 se observa las medidas y el esquema del rodamiento.

Este rodamiento aguanta hasta 38.000 rpm, y estará unido al plato superior por un ajuste

adecuado de manera que quede totalmente fijo.


45

Figura 3.10 Esquema medidas rodamiento SFK modelo 68105

3.4. Material de las juntas

Las juntas ubicadas entre los dos platos, tienen como misión, mantener totalmente estancas

las ranuras de refrigeración del plato. También deben resistir el rozamiento que hay entre las

dos piezas puesto que el plato inferior estará en continuo movimiento de rotación respecto a

la pieza superior que permanecerá totalmente fija.

En la Figura 3.11 se puede observar la ubicación de las juntas. Este esquema sirve tanto

para el plato superior como para el inferior, puesto que las juntas y las ranuras de

conducción están a la misma distancia en ambos platos.

Figura 3.11 Posicionamiento de las juntas en el plato superior.


46

3.4.1. Selección de material de las juntas de los p latos

Debido a las exigencias de las juntas, se ha seleccionado un material con un bajo

coeficiente de fricción, que mantenga una buena estanqueidad y no se deteriore fácilmente.

El material que mejor cumple estos requisitos es el Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular

(UHMW) se han tomado como referencia las propiedades de un polietileno de Industrias JQ

ya que era idóneo para nuestros requisitos.

3.4.2. Aplicaciones, características y propiedades del polietileno de Ultra Peso

Molecular (UHMW) [www3].

El polietileno es un material termoplástico no polar semicristalino, utilizado para la

fabricación de semielaborados. Empleado en la industria en general por su versatilidad de

usos, posee excelentes cualidades de aislamiento eléctrico, son prácticamente insolubles en

casi todos los disolventes orgánicos, inodoros, insípidos e indiferentes fisiológicamente.

Por sus buenas propiedades de deslizamiento es el plástico más utilizado para la

construcción de piezas que estén sometidas a fricción mecánica.

Debido a su ultra alto peso molecular posee mejores propiedades de resistencia al desgaste

y abrasión que el polietileno de alto peso molecular.

Características del polietileno de Ultra Peso Molec ular (UHMW)

Rango de temperatura de trabajo -100ºC +80ºC.

Mejor resistencia al desgaste que el polietileno de alto peso molecular.

Buena resistencia al impacto incluso a bajas temperaturas.

Bajo coeficiente de fricción.

Resistencia a la abrasión.

Fisiológicamente inerte.

Liviano e irrompible.

Resistente a las bajas temperaturas.

Muy baja absorción de agua.

Resistente a agentes químicos corrosivos como ser ácido sulfúrico, etc

Propiedades del polietileno de Ultra Peso Molecular (UHMW)

Las propiedades que más nos interesan para nuestras juntas de polietileno son las

propiedades mecánicas y térmicas, las cuales se pueden observar en la Tabla 3.5 y 3.6


47

Tabla 3.5 Propiedades mecánicas del polietileno de Ultra Peso Molecular (UHMW)

Propiedades mecánicas a 23ºC Valores

Peso específico (gr/cm3) 0.93

Resistencia al tracción (Kg/cm²) 200/-

Resistencia a la compresión (Kg/cm²) 45/80

Resistencia a la flexión (Kg/cm²) -

Resistencia la choque sin entalla (Kg·cm/cm²) No rompe

Alargamiento a la rotura (%) > 350

Módulo de elasticidad (tracción) 6000

Dureza (Kg/cm²) 61 - 64

Coeficiente de roce estático S/Acero 0.20 - 0.25

Coeficiente de roce dinámico S/Acero 0.15 - 0.20

Resistencia al desgaste por roce Muy buena

Tabla 3.6 Propiedades térmicas del polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHMW)

Propiedades térmicas Valores

Calor específico (Kcal/Kg·ºC) 0.54

Temperatura de flexión B/carga (18.5Kg/cm²) (ºC) 46

Temperatura de uso continuo de aire (ºC) -30 a 80

Temperatura de fusión (ºC) 130

Coeficiente de dilatación lineal de 23 a 1 (por ºC) 0.0002


48

3.5. Selección del motor del sistema

El motor tiene como función transmitir un movimiento rotacional al agitador a través del plato

al cual estará fijado. Este motor debe ser de velocidad regulable para de esta forma poder

variar la velocidad de rotación en función de las necesidades de cada usuario.

Para la selección de este motor se ha tomado como referencia el motor del equipo SSR.

3.5.1. Motor rotacional y agitación

El motor más adecuado para el sistema es un motor rotacional ABB modelo M3BP 90 L 4

(Anexo VI ) con unas características similares al motor del equipo SSR en el que el motor a

un funcionamiento al 100% a 50 Hz produce 1350 vueltas/min, este motor debe tener más

de potencia dado que deberá mover un agitador de más peso y lleno de agua. Las

características son las siguientes:

Tabla 3.7 Características del motor

Tipo M3BP 90 L 4

Potencia de salida / >o 1.1

Velocidad rotación / p^(<[./G&= 1435

Intensidad / W 2.3

Par nominal / qG 7.3

Peso / >Z 25

Frecuencia / rs 50

Voltaje / C 400

Polos 4

Diámetro de salida del eje / GG 25

Longitud extensión del eje / GG 50

Material Hierro fundido


49

El motor tiene una longitud de eje adecuada para que puedan ir anclados los platos que lo

unirán con el agitador teniendo en cuenta el espesor de ambos. La Tabla 3.8 muestra las

medidas del motor en mm y la Figura 3.12 muestra el esquema del mismo en mm.

Tabla 3.8 Características del motor (Anexo VI)

Tip. AC AD D DB E EG F G GD HE L LA M N P S T

90 180 150 25 M8 50 19 8 20 7 200 335 10 165 130 200 12 3.5

3.12 Esquema del motor M3BP 90 L 4

La Figura 3.13 muestra de forma esquemática el conjunto y el posicionamiento de cada

pieza.


50

Figura 3.13 Esquema del conjunto del agitador

3.5.2. Convertidor de frecuencia del motor

Se añade al motor rotacional un convertidor de frecuencia previendo que en función de la

carga de aluminio, el tiempo de agitación y otros parámetros como una velocidad mayor o

menor.

El convertidor de frecuencia tiene como función regular la frecuencia de la corriente aplicada

al motor, logrando con ello modificar su velocidad. Sin embargo, se debe tener presente que

el cambio de frecuencia debe estar acompañado por un cambio de la tensión aplicada, para

no saturar el flujo magnético del rotor.

Se ha seleccionado un convertidor VFKB IP 65 de Soler & Palau (Anexo VII) para motores

trifásicos de 0.37 a 4Kw (Figura 3.14).

Las características más destacables del convertidor se muestran en la Tabla 3.7


51

Tabla 3.7 Características del convertidor de frecuencia VFKB IP.

Potencia motor ]>oc Intensidad máxima ]Wc Peso ]>Zc

1.1 3.4 4.7

Figura 3.14 Convertidor de frecuencia VFKB IP 65.


52

4. Diseño del sistema de agitación isotérmico

En este apartado se aclara los motivos por los cuales se ha diseñado de una manera

específica cada uno de los componentes y por qué se han escogido algunas de las piezas

estandarizadas. Para el diseño y ensamblaje de las piezas se ha utilizado Unigraphics NX6.

4.1. Diseño del plato de fijación, transmisión de m ovimiento y

refrigeración

Esta es una de las piezas más importante de todo el agitador, transmite el movimiento del

motor a la barra agitadora y permite su refrigeración conduciendo en su interior agua de

manera estanca.

El plato consta de dos partes, una parte superior que permanece fija y una parte inferior que

es la que permite la transmisión de movimiento. En la Figura 4.1 se puede observar el

montaje de los dos platos.

Figura 4.1 Sección del conjunto plato inferior y superior.


53

Como se puede ver en la Figura 4.1 el plato superior tiene dos boquillas en sus laterales,

que son las que dan paso a los conductos de entrada y salida del agua al interior de los

platos.

El agua se introduce por la boquilla de entrada propulsada por una electrobomba a una

presión idónea, haciendo que llegue a la ranura de entrada de agua (diámetro menor). El

plato inferior está en continua rotación, transmitiendo el movimiento del motor al agitador. La

Figura 4.2 muestra los conductos que forman las dos piezas unidas y por donde irá el agua

hasta llegar al interior del agitador.

Cuando se unen los dos platos, las ranuras exteriores formarán el conducto de salida de

agua, y las ranuras interiores forman el conducto de entrada de agua.

Figura 4.2 Vista de conductos formados por la unión de los platos

4.1.1. Plato superior

El plato superior permanece totalmente fijo una vez montado. La Figura 4.3 muestra el

esquema del plato superior y su diseño.


54

Figura 4.3 Esquema plato superior

Se puede observar exteriormente que una cara contiene varias ranuras. La primera ranura

empezando del diámetro mayor al menor, es una ranura para la ubicación de una junta de

polietileno, evitando la fuga de agua en la unión de los conductos. La siguiente ranura tiene

un perfil semicircular de diámetro 5mm, y es la ranura que unida al otro plato, formará el

conducto de salida de agua. La ranura que le sigue es otra junta de polietileno, y después se

encuentra la ranura semicircular de 5mm que formará el conducto de entrada de agua. Para

acabar se monta una última junta, dejando totalmente estanco el sistema.

En las ranuras de conducción de agua hay dos orificios. El orificio que está en la ranura

exterior es el de salida de agua, y el que está en la ranura interior es el de entrada de agua.

Comunican con las boquillas de entrada y salida de agua. Se ha dado esta forma a las

boquillas para que al conectar los conductos que conducen el agua de la electrobomba al

plato se puedan fijar con unos clips y queden conectados de una manera segura.

En la Figura 4.4 se puede ver que en el interior de este plato hay unos taladros que van

desde las boquillas hasta los orificios correspondientes (conductos de entrada y salida),

provocando un ángulo de 90º, permitiendo la circulación de agua hasta llegar al plato

inferior.


55

Figura 4.4 Plato superior seccionado

Por la cara inversa a las de las ranuras se ha fabricado un emplazamiento para el

rodamiento normalizado, por el cual pasará el eje y quedará ajustado, se ha diseñado

evitando en todo momento la posible transmisión de movimiento rotacional del eje. En la

Figura 4.5 se muestra la ubicación del rodamiento seleccionado.

Figura 4.5 Ubicación del rodamiento en el plato superior

Para acabar con el diseño del plato superior, se ha provisto de unas pequeñas hendiduras

circulares que tienen la función de asegurar que el plato queda totalmente en la misma

posición y que no rota en ningún momento del proceso de agitación, evitando así un posible

cruce de los conductos de entrada y salida que irán en las boquillas. El funcionamiento de

este sistema se explica en el apartado 4.5.


56

Figura 4.6 Hendiduras de fijación del plato

Las dimensiones del diseño del plato superior están en Anexo I (RQ-02).

4.1.2. Plato inferior

El plato inferior está en contacto directamente con el agitador isotérmico, el plato superior y

el eje del motor. La figura 4.7 muestra el diseño de este plato.

Figura 4.7 Diseño plato inferior (parte agitador)

Exteriormente se puede observar que una de las caras tiene una rosca interior (M95x2) que

es con la que se anclará al agitador. En la Figura 4.8 se observa la otra cara del plato. Está


57

compuesta por unas ranuras que coinciden con las ranuras del plato superior nombradas en

el apartado 4.1.1. formando los conductos interiores de entrada y salida de agua, y las

ranuras necesarias para las juntas de polietileno.

Figura 4.8 Diseño plato inferior (parte agitador)

En la sección del plato (Figura 4.9) se observa como los orificios de entrada y salida de agua

acaban en un taladro. Estos son los que comunican el agua que entra por el plato superior y

la que habrá en los conductos formados por la unión de los platos con el interior del

agitador. Estos taladros contienen una rosca para poder ensamblar un tubo de entrada y

otro de salida que repartirán de una manera adecuada el agua por el interior del agitador,

refrigerándolo.

Figura 4.9 Sección plato inferior


58

Este plato recibe el movimiento directamente de la chaveta del motor, por lo tanto se ha

diseñado un chavetero de la misma longitud que la chaveta para su ubicación y una

transmisión de movimiento rotacional completa (Figura 4.10).

Figura 4.10 Chavetero plato inferior

Las dimensiones del diseño del plato inferior están en Anexo I (RQ-07).

4.2. Diseño de las juntas ubicadas entre los platos de

refrigeración

Las juntas de polietileno van ubicadas en la unión de los dos platos. Su función es

mantener estanco el circuito interior y aguantar el rozamiento entre las dos piezas. La figura

4.11 muestra la ubicación de las juntas en el interior de los platos.


59

Figura 4.11 Ubicación de las juntas entre los platos

El sistema tiene tres juntas. Una junta exterior para evitar la salida de agua por el diámetro

exterior de los platos, una junta intermedia para evitar la comunicación entre el conducto de

entrada y salida y una última junta interior que evita las fugas por el diámetro interior de los

platos.

Las medidas de las juntas no son normalizadas, estas se tendrán que adaptar a unas cotas

específicas.

4.3. Diseño de la alimentación del sistema refriger ación

Tal y como se ha comentado en el apartado 4.1.2 , en el plato inferior irán roscados dos

tubos que repartirán el agua en el agitador. Las medidas de estos tubos están en los planos

RQ-08 y RQ-09 del Anexo I.

4.3.1. Tubo de entrada de agua en el agitador

Es el tubo que pertenece al orificio del conducto interior, el que está más separado de las

paredes del agitador será el conducto de entrada. Este va roscado al plato inferior con la

ayuda de unos planos a 180º que tiene en sus laterales para poder apretar o aflojar con una


60

llave específica. La rosca del tubo es de M8x1,2 estandarizada. En la rosca se añadirá teflón

para asegurar la estanqueidad. El diámetro interior del tubo es de 5mm.

Figura 4.12 Rosca y planos del conducto

La longitud del tubo de entrada de agua es de 420mm para poder llegar prácticamente a la

parte más baja del agitador.

4.3.2. Tubo de salida de agua en el agitador

El tubo de salida va roscado al orificio del conducto exterior. Las medidas son exactamente

iguales que las del tubo de entrada de agua, únicamente cambia la longitud que en este

caso es de 65 mm, para poder aspirar el agua desde la parte superior del agitador,

provocando una continua circulación de agua desde la parte inferior (conducto de entrada)

hasta la parte superior (conducto de salida).

En la Figura 4.13 se muestra el montaje de los tubos de entrada y salida de agua en el

conjunto.


61

Figura 4.13 Ubicación de tubos en el sistema

4.4. Diseño de la barra agitadora

Una vez se ha seleccionado el material de la barra agitadora se procede al diseño de la

misma. Toma como base las medidas de la barra agitadora del equipo SSR Idra Casting y

se han modificado en función de las necesidades. Las medidas se pueden observar en el

plano RQ-10 del Anexo I .

Figura 4.14 Diseño barra agitadora.


62

Se ha aumentado el diámetro interior y exterior del agitador disminuyendo el espesor de las

paredes para que de esta manera, entre más agua en el interior, produciendo una mejor

refrigeración.

El agitador va collado al plato inferior por una rosca exterior M95X2. Para conseguir un

buen apriete de esta pieza se ha diseñado unos planos a 180º (Figura 4.15) respecto al eje

del agitador en los cuales se colocará una herramienta específica para esta función.

Figura 4.15 Planos para la fijación del agitador.

Para mayor estanqueidad, el agitador se montará colocando cinta de teflón en la rosca. De

esta manera se aumenta la estanqueidad del sistema asegurando que no habrá fugas

debido a la agitación del agua.


63

Figura 4.16 Montaje agitador.

4.5. Diseño del nervio de fijación al motor

El correcto funcionamiento del agitador se complementa con dos nervios fijados a bancada

(las medidas pueden variar en función de la ubicación de bancada). Estos nervios van

soldados a bancada, su función es asegurar que el plato superior quede totalmente fijo y no

gire. Esto se consigue mediante unos tornillos M4 de cabeza hexagonal (Anexo VIII), un

tornillo para cada nervio (el largo de los tornillos dependerá de la distancia del nervio al

plato). La Figura 4.17 muestra la alineación del nervio con el plato superior.


64

Figura 4.17 Alineación hendidura semiesférica y coliso del nervio.

El tornillo va fijado al coliso por dos arandelas o palomillas de M4 autoblocantes (Anexo VIII)

(evitan aflojarse por vibraciones) y dos tuercas de M4 estándares, fijándolo completamente

una vez haya encajado con la hendidura del plato superior y se tenga en la posición y altura

adecuada.

Se ha hecho un coliso en el nervio para tener varias posiciones del plato superior, en función

de las necesidades de cada usuario.

El grosor del nervio puede ser modificado, aunque se debe tener en cuenta el largo de la

pieza y su altura para que no tenga ningún tipo de incidencia en el funcionamiento.

. Figura 4.18 Fijación del plato superior.


65

4.6. Diseño de Ranura en eje del motor

El eje del motor deberá estar mecanizado. Se debe hacer una ranura a una distancia

determinada para ubicar un anillo Seeger DSR (Anexo IX) para un eje de 25mm Las

medidas a las que debe estar la ranura se RQ-01 del Anexo I

La función de este anillo es mantener el conjunto totalmente ensamblado haciendo de tope

de las piezas.

Figura 4.19 Ranura en eje motor.

El anillo Seeger DSR está fabricado para trabajos pesados y ofrece una gran capacidad de

carga de empuje (Figura 4.20).

Figura 4.20 Anillo Seeger DSR.


66

4.7. Diseño del crisol

El crisol es el recipiente que recibe el metal fundido. Está hecho normalmente de grafito con

cierto contenido de arcilla y puede soportar altas temperaturas.

En este diseño de agitador isotérmico se ha aumentado la capacidad del crisol en

comparación con el utilizado para el sistema SSR convencional. El motivo es el aumento de

dimensiones del agitador que trabaja en su interior. El agitador debe tener una cierta

distancia de seguridad respecto al crisol para que no contacte en ningún momento y

conseguir una agitación óptima.

En plano RQ-11 del Anexo I se pueden observar las cotas del crisol y como tiene por los

lateras unas asas que sirven para su manipulación con metal fundido. La altura del crisol y

las medidas de las asas se han conservado para conseguir que en caso de tener que hacer

modificaciones de máquinas, sean mínimas. La Figura 4.21 se muestra una imagen

simplificada del crisol.

Figura 4.21 Croquis del crisol.


67

5. Montaje de la máquina

Para el montaje de la máquina debe seguir unas pautas precisas para que quede bien

ensamblado.

• Fase 1

Lo primero que se debe montar es el anillo Seeger DSR en la ranura del eje del motor con la

ayuda de unos alicates de punta que abren el anillo. Una vez esté montado, se debe

introducir el plato superior en el eje del motor con la cara de las ranuras de refrigeración en

la parte inferior. Previamente el rodamiento se debe haber introducido en plato superior, con

la ayuda de una maza y totalmente plano.

Se colocan las tres juntas en las ranuras del plato inferior. Acto seguido se monta el plato

inferior en la posición adecuada para después poder montar la chaveta.

Encaradas todas las piezas correctamente, se procede a introducir la chaveta del plato

inferior, que hace que quede totalmente ensamblado el sistema ya que va a un ajuste

específico y una carga de 10KN para no exceder la carga máxima del anillo Seeger DSR

(10,3KN).

Antes de introducir la chaveta se debe prestar máxima atención a las juntas ubicadas entre

los platos que deben estar bien alineadas.

Al introducir la chaveta y empujar el plato inferior contra el superior la arandela Seeger DSR

hará de tope, consiguiendo de esta manera la unión total.

Figura 5.1 Fase 1 de montaje.


68

• Fase 2

Una vez estén montados los platos con las juntas en su interior se deben roscar el tubo de

entrada de agua y el de salida. El tubo de entrada se rosca al orificio interior y el de salida al

exterior. Los tubos deben montarse con cinta de teflón en la rosca y apretar con una

herramienta específica.

Colocados los tubos, se monta el agitador también con cinta de teflón en la rosca y apretado

con una herramienta específica gracias a los planos laterales, quedando escondidos en su

interior el tubo de entrada y salida de agua.

Se debe comprobar que todas las roscas están correctamente apretadas. La figura 5.2

muestra el montaje de las tres piezas roscadas.

Figura 5.2 Fase 2 de montaje.

Fase 3

En esta fase se deben colocar en línea las hendiduras del plato superior y los tornillos de los

nervios. Se introducen las puntas de los tornillos en las hendiduras y se fijan a los nervios

de bancada con las arandelas y las tuercas. El plato superior queda totalmente fijado,

evitando que pueda girar.


69

Para finalizar, se colocan los conductos de entrada y salida de agua en las boquillas del

plato superior, asegurándolos con unos circlips o abrazaderas.

Figura 5.3 Esquema montaje completo

Figura 5.4 Sección del sistema de agitación ensamblado.


70

6. Condiciones ambientales y seguridad

6.1. Ecodiseño

El ecodiseño (también conocido como diseño para el Medio Ambiente o Diseño Ecológico)

es una herramienta que puede ayudar a la empresa a mejorar su comportamiento

medioambiental mediante la reducción de impactos en sus productos, procesos o servicios

que generen sobre el medio. Así, el ecodiseño consiste en la consideración de criterios

ambientales durante el diseño y desarrollo del producto y servicios, al mismo nivel que se

tienen en cuenta otros criterios relativos a la calidad, legislación, costes, funcionalidad

durabilidad, ergonomía, estética, salud y seguridad. Con resultado, los productos

ecosideñados tienen que mantener la misma calidad que los equivalentes en el mercado,

son innovadores y tiene un menor impacto medioambiental.

6.1.1. Ventajas del ecodiseño

• Reducción de los costes de fabricación y distribución mediante la identificación de

los procesos ineficientes a mejorar y la consecución de más valor utilizando menos

recursos naturales.

• Potenciación del pensamiento innovador dentro de la empresa, que pueda ayudar a

encontrar nuevas soluciones y facilitar la creación de nuevas oportunidades de

mercado.

• Refuerzo de la imagen de la marca y del producto gracias a una actitud más

innovadora y sensible en relación a los temas ambientales.

• Cumplimiento de las normativas ambientales aplicables y anticipación a los futuros

cambios legislativos. La normativa vigente se ha de considerar como el punto de

partida a mejorar.

• Mejora de la calidad de los productos mediante el incremento de su durabilidad y

funcionalidad y haciéndolos más fáciles de reparar y reciclar.

• Mayor valor añadido de los productos en tener un menor impacto ambiental a lo

largo de su ciclo de vida y una mejor calidad.


71

• Posibilidad de acceder a los mercados de comprar ambientalmente correcta o

compra verde.

• Posibilidad de acceder a los sistemas de ecoetiquetage (ver el apartado

“Comunicación del comportamiento ambiental de producto”).

• Ampliación del conocimiento del producto y de su ciclo de vida, que puede ser

utilizado en la planificación estratégica, la comunicación o el benchamarking de la

empresa.

6.1.2. Ecodiseño en el diseño del sistema de agitac ión isotérmico

En este agitador se han implantado algunas mejoras en el diseño que implican acciones que

se identifican con el ecodiseño.

En primer lugar se ha reducido el número de agitadores para el proceso SSR, pasando de

cuatro a uno. Esto conlleva a una reducción del número de motores rotacionales y como

consecuencia de consumo de energía.

El agua utilizada para el sistema de refrigeración aumentará su temperatura mínimamente

pudiéndose aprovechar para la refrigeración de piezas u otros tipos de utilidades similares.

Al estar el agitador completamente refrigerado sufrirá una degradación menor a los

agitadores de grafito del SSR convencional, por lo tanto menos cambios de agitador y

menos producción de los mismos.

Se desestima la utilización de pintura o lacas para el acabado de los productos.

Se han utilizado el máximo número de piezas y componentes normalizados.

6.2. Seguridad

Para manipular la máquina se deben seguir las indicaciones establecidas en el libro de

instrucciones, quedando exenta la empresa de toda responsabilidad si no se cumplen

rigurosamente todas las advertencias, tales como no manipular el utillaje con la máquina en

marcha y no extraer ni inutilizar las protecciones y sistemas de seguridad. Además, se dará

un curso presencial de un día para explicar el funcionamiento seguro de la máquina, los epis

(Equipos de Protección Individual) necesarios para trabajar en la máquina, y se explicarán

los posibles riesgos que se corren al trabajar en este tipo de máquinas.

6.2.1. Seguridad de la máquina


72

La máquina debe estar perfectamente aislada de la zona de trabajo, el operario no puede

acceder a la máquina al estar aislada por un vallado de seguridad el cual nos permite

visualizar la zona de trabajo pero no acceder a ella con la máquina en automático.

Figura 6.1 Vallado máquina

En las zonas móviles de la valla (puertas) se colocaran una serie de micros que hace que al

abrir la puerta la máquina se pare y pase de estar de un ciclo automático a manual, la

máquina no podrá ponerse en marcha hasta que todos los micros estén ajustados.

Figura 6.2 Micros de seguridad

En los alrededores de la maquina se colocaran señales luminosas las cuales indican en la

fase de trabajo en la que se encuentra la máquina.


73

Rojo: parada

Naranja: posición manual

Verde: marcha ciclo automático.

Esto permite saber a las persona de su alrededor (carretilleros….) el estado de trabajo de la

máquina y la precaución que deben tomar en cada momento.

Figura 6.3 Señales luminosas

En el cuadro de mando y en las zonas donde deba manipular el operario se colocaran paros

de emergencia que al ser pulsados la máquina para todo su ciclo en cualquier momento.

Figura 6.4 Paro de emergencia


74

6.2.2. Seguridad del operario

Se justifica este apartado por los equipos de protección individual (epis) que debe llevar el

trabajador a la hora de realizar trabajos y ajustes en máquina. Los epis son los siguientes:

Gafas de protección para proteger los ojos de posibles salpicaduras de materiales a altas

temperaturas, u otro tipos de riesgos.

Figura 6.5 Gafas de protección

Guantes para evitar cortes o quemaduras en cualquier momento de la manipulación de la

máquina.

Figura 6.6 Guantes

Botas de seguridad para proteger ante cualquier tipo de caída de pieza o útil en la zona del

pie y evitar deslizamientos.


75

Figura 6.7 Botas de seguridad

Mono de trabajo ignífugo para evitar quemaduras ante cualquier salpicadura de material en

estado líquido

Figura 6.8 Mono de trabajo ignífugo

Los epis asignados son responsabilidad del trabajador y serán repuestos siempre que estén

en mal estado por el trabajo o uso. En la entrega de epis se hará rellenar una hoja como

constancia de la entrega de los mismos. Como mayor prevención, se realizara una pequeña

charla para realizar una formación a todos los operarios que realicen trabajo en la máquina

para prevenir accidentes específicos en esa máquina y se facilitará un pequeño documento

donde se aporta los riesgos, las causa y las realidades preventivas.


76

7. Presupuesto

7.1. Coste del material

Se calcula el coste del material del que estarán fabricados los componentes

Material Kilogramos €/Kg Precio

Cobre -Berilo 4 273 1092 Polietileno (UHMW) 0.5 4 2

Acero 3 24,26 72,8 TOTAL 1166,78

7.2. Coste de piezas y máquinas estandarizadas

La máquina se completa con el máximo número posible de piezas estandarizadas.

Pieza/máquina Unidades €/unidad Precio

Motor ABB M3BP 90 L 4 1 289,5 289,5 Electrobomba Saer M400 C 2 210,65 421,3

Convertidor de frecuencia VFKB IP 65

1 895,17 895,17

Convertidor de frecuencia Delta VFD-S

2 650,15 1300,3

Tornillos M4 2 0,1 0,2 Tuercas antiblocantes M4 4 0,05 0,2

Arandelas M4 4 0,05 0,2 Anillo Seeger DSR 1 4,16 4,16 Rodamiento SFK 1 8,16 8,16

TOTAL 2919,19

7.3. Coste de la mano de obra

La mano de obra de un operario especialista es de 35.-€/hora. La cantidad total de horas

invertidas en el mecanizado de las piezas son las siguientes:


77

Mecanizado Horas €/hora Precio Ranura del eje del motor 2 35 70

Plato superior 8 35 280 Plato inferior 8 35 280

Agitador 6 35 210 Tubo de entrada de agua 4 35 140 Tubo de salida de agua 4 35 140

Nervios de bancada 5 35 175 TOTAL 37 1295

7.4. Coste de ingeniería de diseño

La hora de diseño de un ingeniero técnico es de 50.-€/hora.

Diseño y redacción Horas €/hora Precio Ranura del eje del motor 5 50 250

Plato superior 50 50 2500 Plato inferior 50 50 2500

Agitador 30 50 1500 Tubo de entrada de agua 20 50 1000 Tubo de salida de agua 20 50 1000

Nervios de bancada 20 50 1000 Junta 1 9 50 450 Junta 2 9 50 450 Junta 3 9 50 450 TOTAL 222 11100

Dentro de las horas de diseño se incluye la redacción, estudios y cálculos de cada una de

las piezas. Los gastos de papelería y desplazamientos se han tenido en cuenta pudiendo

ser variables.

7.5. Precio total

El precio total del nuevo diseño de agitación es:

Material Piezas Mano de obra Ingeniería TOTAL 1166,78 2919 1295 11100 16480,78€


78

8. Perspectivas

• En futuros diseños de mejora se pueden cambiar los materiales de algunas piezas

reduciendo el coste de fabricación, realizando el pertinente estudio para ver la

compatibilidad entre materiales.

• Realizar un estudio para sustituir el agua por otro fluido o gas que tenga mejores

propiedades como refrigerante.

• Optimizar los tiempos de enfriamiento dependiendo de los requisitos de la máquina

regulando la potencia de las electrobombas de refrigeración y el motor rotacional.


79

9. Conclusiones

• El resultado final de este proyecto es un agitador 100% funcional, que permite la

obtención de lodo semisólido de forma rápida y eficaz.

• Se ha reducido el número de agitadores de cuatro a uno comparando este proceso

con otros ya existentes.

• El tiempo de ciclo para la obteniendo del lodo se ve reducido con este sistema

refrigerado con agua.

• El consumo de energía del sistema se reduce, pasando de cuatro motores a uno.

• El desgates del agitador se ve minimizado al sustituir el agitador de grafito por uno

de cobre-berilio.


80

10. Agradecimientos

Agradecer a la EPSEVG por todos estos años de aprendizaje y momentos enriquecedores

que me ha ofrecido, han servido para mucho, tanto en mi vida profesional como personal.

Mencionar especialmente al Sr. Sergi Menargues Muñoz responsable de la supervisión y

seguimiento del proyecto que sin su ayuda, paciencia y orientación hubiera sido imposible

llevar a cabo este trabajo así como a la Sr. Maria Teresa Baile Puig directora del proyecto.

Agradezco a todos los compañeros con los que he compartido clases, así como a los

profesores.

Agradecer al Sr. Joan Sangrà la ayuda ofrecida en la elaboración de los planos de las

piezas.

Gracias a mi gran compañero y amigo Albert Gonzalo Gil que ha conseguido que toda la

estancia en la universidad fuera especial.

Gracias a Eduardo Rodríguez Mas por su curso acelerado de NX y estar ahí cuando tenía

alguna duda.

Agradezco también a mi familia (padres, hermano y cuñada) por apoyarme

incondicionalmente en todo esto.

A mi compañero de piso y amigo Adrià Garriga por su paciencia en los ratos de estrés y en

los que no también.

Y por último a Anna y su familia que siempre han estado ahí.

Seguro que me olvido a alguien pero por si a caso Gracias a ti también.


81

11. Bibliografía

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procesados por agitación mecánica. Revista latinoamericana de metalurgia y

materiales, pp13-28, 27 (1). (2007)

[4] Solid State Phenomena Vols. 141-143 (2008) pp 157-162. 2008 Trans Tech

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[7] Development of a High-Strength Aluminum Cylinder Block for Diesel Engine Employing

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[8] Heat transfer coefficient at the metal–mould interface in the unidirectional solidification

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Department of Metallurgical and Materials Engineering, Polytechnic School, University

of São Paulo, Av. Prof. Mello Moraes, 2463, CEP 05508-900 São Paulo, SP, Brazil

Received 2 March 1999; revised 17 September 1999. Available online 10 March 2000.

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[www2] García Quesada, Juan Carlos. Universidad de Alicante. Departamento de

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[www3] Industrias JQ. Plásticos para la ingeniería.

http://www.jq.com.ar/Imagenes/Productos/UHMW/UHMWprop/general.htm

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