Tesis Daniel

SEDE ARICA

Diseño de Sistema de Micro Filtrado primario y Diseño de filtro ciclónico secundario a bordo para Camión de Extracción Minero 797B Caterpillar. Caterpillar.

Trabajo de Seminario para optar al Título de Ingeniero en Maquinaria, Vehículos Automotrices y Sistemas Electrónicos

Profesor Guía: Sres.:

Javier Cruz Zarate Roberto Carlos Huerta David

Daniel Fuentes Nievas 2017

ÍNDICE CAPÍTULO I. “Diagnóstico de Necesidades de Inversión o Mejoramiento”......... Mejoramiento”......... 4 1.1 Levantamiento Le vantamiento de Información ........................................................... ....................................................................... ............ 4 1.2 Recursos ................................................. ........................................................................... ................................................... ................................ ....... 4 1.2.1 Recursos Físicos ...................................... ............................................................... ............................................. .................... 4 1.2.2 Recursos Financieros ....................................................... ........................................................................... .................... 4 1.2.3 Recursos Humanos .......................................... .................................................................... ..................................... ........... 5 1.2.4 Recursos Tecnológicos ........................................................ ........................................................................ ................ 5 1.3 Herramientas de Diagnóstico.................................................. ...................................................................... .................... 5 1.3.1 Matriz de Solución FODA .................................................. ...................................................................... .................... 6 1.3.1.1 Factores Externos .................................................. ........................................................................... ............................ ... 6 1.3.1.2 Factores Internos ............................................................... ............................................................................... ................ 7 1.3.2 Metodología Solución de Problemas 5 Porques P orques ................................. ................................. 8 1.3.3 Generalidades ................................................................. ........................................................................................ ....................... 9 1.3.3.1 Implementación ensayos de laboratorio .......................................... .......................................... 9 1.3.3.2 Diseño Equipos .............................................................. .................................................................................. .................... 9 1.3.4 Construcción Mecanismo Meca nismo para pa ra Control ........................... ............................................... .................... 9 1.3.5 Rangos de Medición .................................................. ........................................................................... ............................ ... 9 1.3.6 Tamaños de Muestras .............................. ....................................................... ........................................... .................. 10 1.4 Tipo de Maquinaria Utilizada ............................................... ..................................................................... ...................... 10 1.4.1 Equipos e Instrumentos a Utilizar .................................... ......................................................... ..................... 10 CAPÍTULO II. “Análisis Técnico” ................................................. .......................................................................... ........................... 11 2.1 Intervención en el Proceso de Producción .............................................. .............................................. 11 2.1.1 Diagrama de Flujo.................................................. ........................................................................... .............................. ..... 12 2.1.2 Insumos ............................................................. ...................................................................................... ................................... .......... 13 2.1.3 Mano de Obra ................................................ .......................................................................... ....................................... ............. 13 2.1.4 Demanda Proyectada .................................................... .......................................................................... ...................... 14 CAPÍTULO III. “Intervención en Equipos” Equipos” .................................................... ............................................................ ......... 15 3.1 Características Técnicas ......................................................... ........................................................................... .................. 15 15 3.1.1 Proveedores ............................................................... ........................................................................................ ........................... 16 3.1.2 Capacidad Instalada ..................................... .............................................................. ....................................... .............. 16 3.1.3 Carga de Trabajo ........................................................... ................................................................................. ...................... 17 3.1.4 Distribución en Planta ............................................... ........................................................................ ........................... 18 3.1.5 Mantención de Equipos ............................................................ ...................................................................... .......... 20 3.1.5.1 Diagrama de Flujo Mantención ....................................................... ....................................................... 21 CAPÍTULO IV. “Memoria de Cálculo” .............................................. Cálculo” .................................................................... ...................... 22 4.1 Características Técnicas Tornillo ............................... ........................................................ .............................. ..... 22 4.1.1 Selección del Tornillo................................................ ......................................................................... ........................... 22 4.1.2 Cálculos de Esfuerzos en el Tornillo ............................................ ................................................. ..... 22 4.2 Modos de Falla ........................................................ .................................................................................. ................................... ......... 28 28 4.2.1 Falla por Cortante .................................................. ........................................................................... .............................. ..... 28 4.2.2 Falla por Apoyo................................................. ........................................................................... ................................... ......... 30 4.2.3 Falla por Tensión ......................... ................................................... ................................................... .............................. ..... 31 4.3 Pérdida de Energía en los Fluidos ............................................... ............................................................ ............. 32 4.4 Soldadura en Estructuras................................................ ......................................................................... ........................... 37

Ingeniería en Maquinaria y Vehículos Automotrices y Sistemas Electrónicos

4.5 Diseño y Posicionamiento ......................................................................... 41 4.6 Cotizaciones ............................................................................................... 42 4.7 Consideraciones Asociadas a las Normas Ambientales ........................ 43 4.7.1 Deutsche Gesellschaft Für Technische Zusammenarbeit (GTZ) ..... 43 4.7.2 Decreto Supremo 148 .......................................................................... 44 4.8 Consideraciones Asociadas a las Normas de Seguridad....................... 45 4.9 Carta Gantt.................................................................................................. 48 CAPÍTULO V. “Análisis Financiero” ...................................................................... 49 5.1 Costos ......................................................................................................... 49 5.1.1 Sistema de Micro Filtrado ................................................................... 50 5.1.2 Costos Fijos ......................................................................................... 50 5.1.3 Mano de Obra ....................................................................................... 51 5.1.4 Herramientas........................................................................................ 52 5.1.5 Indumentarias ...................................................................................... 53 5.1.6 Costos Variables.................................................................................. 54 5.1.7 Comisiones .......................................................................................... 54 5.1.8 Activos Fijos ........................................................................................ 55 5.1.9 Depreciación ........................................................................................ 55 5.2 Ingresos ...................................................................................................... 56 5.3 Presupuesto de Inversiones ..................................................................... 57 5.4 Fuente de Financiamiento ......................................................................... 57 5.5 Flujo de Caja ............................................................................................... 58 CAPÍTULO VI. “Conclusiones” ............................................................................... 60 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ 62 ANEXOS ................................................................................................................... 64 Anexo 1: Criterios Financieros de Evaluación ..................................................... 64 Anexo 2: Índice de Tablas ...................................................................................... 67 Anexo 3: Índice de Figuras ..................................................................................... 68

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Página 3


CAPÍTULO I. “Diagnóstico de Necesidades de Inversión o Mejoramiento” 1.1Levantamiento de Información La recopilación de información es necesaria para el análisis y diseño del proyecto del sistema de diálisis de micro filtrado a bordo es de suma importancia: Estos datos se obtienen con el propósito de identificar problemas y oportunidades de mejora, con lo que se pretende mostrar que el diseño propuesto en la presente tesis puede ser una propuesta de oportunidad para los equipos mineros que se encuentran en el país.

1.2Recursos 1.2.1

Recursos Físicos Dentro de los recursos físicos que son necesarios para el diseño del sistema de diálisis de micro filtrado son: una pluma y una camioneta con pick-up para la carga del cabezal del sistema de micro filtrado y un kit de herramientas básicas (llaves, juego de dados, nipleras, etc.) para realizar las tareas en el área de trabajo. A su vez, se dispondrá de una oficina para la recepción y atención de posibles clientes.

1.2.2

Recursos Financieros Como comienzo de inversión para la empresa se necesitará un monto inicial, el cualpodrá pagar los costos iniciales de la puesta en marcha.

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1.2.3

Recursos Humanos Este recurso es de suma importancia para la realización del proyecto por el motivo que influye en todas las áreas del proceso, tanto en la parte administrativa, como en la parte operacional.

1.2.4

Recursos Tecnológicos Estos corresponden a un registro digital de cada equipo que porte el kit de micro filtrado para comprobar y verificar el desempeño y comportamiento antes y después de instalarse el sistema de micro filtrado.

1.3 Herramientas de Diagnóstico Las herramientas de diagnóstico nos ayudan a recolectar datos utilizando diversas técnicas, estas son utilizadas por los analistas para crear sistemas de información.Algunas técnicas, herramientas, métodos o instrumentos que sirven para la recolección de esto datos son: El Diagrama Causa – Efecto, la Cadena de valor, el análisis FODA, entre otros. Estas herramientas entregaran información valiosa acerca de las posibilidades que se tienen en el mercado, detección de fallas, formas de entrada y salida, fortalezas y debilidades, para el diseño del sistema de micro filtrado on board.

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1.3.1

Matriz de Solución FODA 1.3.1.1

Factores Externos

Oportunidades: Optimización de un producto ya existente, en una



necesidad permanente, como es la reducción de tiempo de detención de equipos por mantenciones de sistemas hidráulicos, (diálisis de aceites de los sistemas de trabajo del camión de extracción minero). 

Larga y extensa geografía, donde se puede desarrollar el producto, debido a que el 52%de un total de 1592 camiones identificados en chile pertenecen a Caterpillar, siendo un total de 827 camiones pertenecen a la marca estudiada para el desarrollo de este proyecto.

Amenazas: Copia no estandarizada, esto puede hacer que otras



empresas puedan imitar el producto sin uso de equipamiento autorizado por el fabricante. 

Baja del cobre, esto podría impedir que los directivos o clientes no quisieran invertir por reorganización de presupuestos internos en las mineras.

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1.3.1.2

Factores Internos

Fortalezas: 

Producto innovador; se mejora un producto ya existente, aumentando sus fortalezas y disminuyendo su debilidad, ya que el tiempo de detención del equipo para realizar la diálisis,

(purificación

del

aceite),

desaparece

completamente, aumentando la durabilidad de los componentes y la productividad de los equipos. Debilidades: 

Desconfianza del cliente por ser un producto nuevo y el desconocimiento de sus resultados.



Imagen del producto, al ser una nueva empresa, no cuenta con un gran prestigio como otras empresas consolidadas en el mercadocomo por ejemplo, Finning SA., Komatsu Chile; etc.

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1.3.2

Metodología Solución de Problemas 5 Porques

El diagrama causa- efecto es una forma de ordenar y representar diferentes teorías sobre las causas de un problema (Ver tabla N°1)

Tabla N°1:Matriz de los 5 porques Porqués

Razones

¿Porque ocurre una baja producción del

Se debe al despido de operadores.

cobre? ¿Porque el despido de los operadores?

Por la necesidad de reducir costos.

¿Porque la necesidad de reducir costos?

Por la baja de producción del cobre, no alcanza a cubrir los gastos operacionales.

¿Porque no se alcanzan a cubrir los gastos

Por detenciones de equipos que frenan la

operacionales?

producción.

¿Porque se detienen los equipos?

Por los contaminantes existentes en el sistema hidráulico los cuales provocan que se deba cambiar el aceite.

Fuente: Elaboración Propia (2016)

Para este problema, se recurre a un dializador estacionario el cual filtra las partículas contaminantes del aceite; que demora alrededor de 5 horas en filtrar el aceite, por lo cual también se genera una detención del equipo. De esta forma, se diseña un dializador de aceite hidráulico on board el cual no provoque una detención del equipo, para realizar la diálisis.

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1.3.3

Generalidades

1.3.3.1

Implementación ensayos de laboratorio

Se tendrá un registro de cada camión que incorpore el sistema de diálisis de micro filtrado, en donde se recogerán los filtros usados y serán examinados en un laboratorio para determinar la cantidad de partículas de residuos que se encuentran en el aceite; Así poder determinar si es necesario un cambio de aceite o que aún se encuentra en función operacional.

1.3.3.2

Diseño Equipos

Que produzca el filtraje necesario en un sistema hidráulico pre establecido, con el fin de lograr un equipo más autónomo y de menor lapsos entre cada mantención.

1.3.4

Construcción Mecanismo para Control

El sistema de diálisis de micro filtrado cuenta con una válvula de descarga y una válvula de By pass o válvula de saturación las que trabajaran en conjunto con manómetro para controlar la presión y que las válvulas se abran al tener un exceso de presión.

1.3.5

Rangos de Medición

Los rangos de medición son otorgados por el sistema internacional de estandarización ISO la cual según la normativa 4406 indica el nivel de contaminación solida permitida para los aceites

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1.3.6

Tamaños de Muestras

Las muestras tomadas serán obtenidas por 11 equipos localizados en la minera de Antucoya, (Antofagasta). Donde se solicitó el tema de proyecto.

1.4 Tipo de Maquinaria Utilizada El sistema de diálisis de micro filtrado estacionario es un instrumento el cual permite retener las partículas indeseadas dentro del sistema hidráulico o donde se desee. Esta máquina la cual se pretende incorporar al chasis del camión 797B Caterpillar con una serie de modificaciones para lograr un filtrado efectivo y lograr una mejor eficiencia en la vida de trabajo del aceite hidráulico. El sistema de diálisis de micro filtrado operara en función de la bomba hidráulica la cual lo impulsa a través de los ductos y sistema de levante donde el desgaste de estas piezas mecánicas provoca suciedad e impurezas en el aceite; En donde el sistema de diálisis “On board” entra en funcionamiento para retener estas impurezas,

con la ayuda del cabezal, filtros, válvulas de descarga y válvula by pass o saturación en caso de algún aumento de presión debido a la suciedad del filtro.

1.4.1

Equipos e Instrumentos a Utilizar

Se demandará comprar maquinaria para carga del cabezal de filtro que pesa aprox. 60 kg. (Camioneta Mitsubishi L200, y una grúa instalada en la camioneta).según precios referenciales de venta. Se requiere una oficina de recepción de proyectos oleo hidráulicos como también para ventas de productos de micro filtrado.

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CAPÍTULO II. “Análisis Técnico” Este análisis es una herramienta diseñada para analizar cualquier tipo de mercado; acciones, índices, materias primas, etc. El objetivo del análisis técnico es predecir la evolución futura de la cotización de un activo basándose en el comportamiento que ha tenido dicha cotización en el pasado. El análisis técnico no estudia el valor fundamental del activo que analiza. No intenta estimar si la acción, índice o materia prima que estudia está cara o barata desde el punto de vista fundamental, sólo intenta predecir la evolución futura de su precio, no de su valor.

2.1 Intervención en el Proceso de Producción La intervención en los procesos productivos es necesaria, ya que esta los evalúa. Esta actividad se lleva a cabo constantemente y se hacen por sectores que son preocupantes para que estos vuelvan lo más antes posible a la normalidad. Cuando hablamos de que todo vuelva a la normalidad, nos referimos a que todo se vuelva como lo planeado en los objetivos y resultados de la planeación. Por ejemplo; en algún producto se está invirtiendo más de lo dicho en la planeación del producto, se debe intervenir de inmediato para detectar la causa del problema y como se podría solucionar. Ya que la venta del producto podría disminuir dramáticamente y causar muchas más pérdidas de las cuales se podrían haber hecho si se hubiera resuelto el problema. Para evitar más pérdidas, antes de la producción del producto, se debe realizar un plan de intervención que se deberá de seguir en el momento del problema.

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2.1.1 Diagrama de Flujo

Figura N°1. Diagrama de Flujo Montaje del Sistema de Diálisis on Board Fuente: Elaboración Propia (2016)

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2.1.2 Insumos Los insumos a utilizar corresponden a las necesidades de una oficina que tendrá como objetivo el archivamiento, recepción de pedidos y comunicación con el cliente, estos insumos se detallan en la tabla N°2.

Tabla N°2 Insumos Oficina Scotch

Impresora

Tintas

Resmas Carta y Oficio

Carpetas archivadoras

Corchetera

Regla

Lapiceras

Perforadora

Tijera Corrector Destacador Fuente: Elaboración Propia (2016)

2.1.3 Mano de Obra El personal requerido en la empresa, señalado en la tabla N°3 se distribuirá en diferentes áreas, con el propósito de gestionar mejor los recursos humanos de la empresa tanto en el ámbito administrativo, ventas etc. y así entregar un producto de calidad a nuestros clientes.

Tabla N°3 Mano de Obra Requerida MANO DE OBRA Estudio e ingeniería Técnico mecánico Administrativa Vendedor Contador

CANTIDAD 3 1 1 1 1


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2.1.4

Demanda Proyectada Los principales clientes de este sistema de micro filtrado on board son

las empresas mineras, que ocupan estos equipos (camiones de extracción Caterpillar 797B) para la extracción de la materia prima para su posterior procesamiento.



Total camiones Caterpillar: 828



Camiones 797B: 398 camiones (48.1%)

Se estima contener el 1.0% de los camiones (cuatro unidades), por mes. Esto debido a que existe una consolidación como empresa.

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CAPÍTULO III. “Intervención en Equipos” La intervención en equipos consiste en la intromisión en el equipo, ya sea por motivos de operación, prevención o mantención.

3.1 Características Técnicas A continuación, en la tabla N°4 se muestra las partes con las cuales se conforma el diseño de micro filtrado On board en el equipo minero.

Tabla N°4 Partes y Piezas On Board Nº DE PARTE 8T-4139 383-8878 8T-4194 8T-4223 8T-4244 8T-4140 9X-8257 383-8872 1P-4585 6V-8001 8T-4184 8T-0568 452-6658 389-0458 134-0964

DESCRIPCION PERNO, Grado ASMT M12 PLACA, Acero al carbono PERNO, Grado ASMT M12 GOLILLA, M12 TUERCA,M12 PERNO, Grado ASMT M12 GOLILLA, M12 MANGUERA, Diam. 63.5 mm BRIDA SELLO, Bronce PERNO, Grado ASMT M12 SELLO, Bronce MANGUERA, Diam. 63.5 mm MANGUERA, Diam. 63.5 mm FILTROS ESTÁNDAD EFFICIENCY


Todos los componentes del sistema de diálisis, provienen del sistema interno de Caterpillar (SIS).

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3.1.1

Proveedores La materia prima para la modificación del sistema de diálisis de micro

filtrado se realiza de un mismo diseño estacionario en donde la modificación se aplica al chasis de camión en donde se instalará el equipo; las partes como el cabezal y filtros se obtendrán del proveedor principal que es Finning SA. En caso de que el proveedor no disponga de los materiales necesarios se dispondrá de proveedores sustitutos tales como: Komatsu, Morgan, Emsesa.

3.1.2

Capacidad Instalada Para la producción de los equipos de diálisis de micro filtrado se

requieren una cantidad de elementos clave para proveer el equipo en el tiempo determinado, con lo cual se tienen:



Capital inicial de $16.000.000 millones (para compra de materias materias primas y gastos iniciales.



Equipo Camioneta con pick-up y grúa pluma.



Herramientas básicas.



Persona encargada de la instalación del equipo (cuatro personas). La instalación del equipo se llevará a cabo en las dependencias del

cliente en donde el trabajo será realizado por los técnicos especializados en el equipo.

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3.1.3

Carga de Trabajo Los volúmenes de producción con respecto a las capacidades de la

empresa desglosados por horas trabajadas, detallado en la tabla N°5y según la carta Gantt, la instalación completa del equipo de micro filtrado es de alrededor de 12.3 hrs; en donde los técnicos trabajaran turnos de 7x7 de 12hrs extraordinarias. Por lo que se considerara que para la instalación de un equipo en donde trabajen los 4 técnicos se tardaran 2 días (24 hrs. extraordinarias), esto debido a improvistos o posibles retrasos que puedan trascurrir en la instalación del equipo de micro filtrado dando así la capacidad máxima de producción de la empresa.

Tabla N°5 Capacidades Técnicas de Trabajo 4 técnicos 1 día

12 hrs. 50% de la instalación

2 días

24 hrs.

168 hrs.

1 sistema de diálisis

1 mes (14 días)

7 sistema de diálisis 84 sistemas de diálisis

1 año Fuente: Elaboración Propia (2016)

Anualmente, con las condiciones actuales de la empresa, la capacidad máxima de producción de equipos es de 84 sistemas de diálisis. Sin embargo, esta cantidad es estimativa y no real, por lo que se plantea que en el trascurso de un año se logre una venta de 35 sistemas de diálisis. Las operaciones de instalación del equipo se llevan a cabo en el taller del consumidor, en este caso la minera, en donde los técnicos especializados en el área se encontrarán sometidos a una presión laboral común en donde se les exigirá Página 17


cumplir con el montaje completo del sistema de diálisis en el tiempo correspondiente de entrega para el cumplimiento del contrato, traslado del campamento a la faena, turnos de 12 Hrs. diarias. También, deberán utilizar los equipos de protección personal (Epp) para su protección.

3.1.4

Distribución en Planta La distribución en planta corresponde a la oficina determinada y

distribución de los objetos dentro de esta. Esta se encuentra ubicada en el Shopping Center del Pacifico, Arica-Chile.En la figura N°2, N°3 y N°4 se expone lo anteriormente señalado.

Figura N°2 Distribución Oficina de Ventas Fuente: Elaboración Propia (2016)

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Figura N°3 Ubicación Geográfica Oficina de Atención Fuente: Maps Google servicio geográfico (2010).

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Figura N°4 Ubicación Oficina Shopping Center del Pacifico Fuente: Street ViewGoogle servicio geográfico (2010).

3.1.5

Mantención de Equipos Dentro de los servicios a prestar para poder llevar a cabo la

modificación del sistema de micro filtrado a bordo, se deberán utilizar máquinas y herramientas. Estos son obtenidos junto con el proyecto, para así facilitar una correcta mantención al equipo. En la figura N°5 se detalla el diagrama de flujo para la mantención.

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3.1.5.1 Diagrama de Flujo Mantención

Figura N°5 Diagrama de Flujo Mantención del Sistema de Análisis de Diálisis on Board Fuente: Elaboración Propia (2016)

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CAPÍTULO IV. “Memoria de Cálculo” En el presente capítulo de desarrollan las características técnicas que deben tener los componentes del sistema como los son: 

La posición del sistema en el equipo y su afianzamiento en el chasis.



El peso que se debe soportar en el diseño.



EL tipo de perno y los tipos de fallas que podrían ocurrir en este.



El tipo de soldadura con la cual se pretende Afianzar al chasis.



Las pérdidas de carga que actúan en el diseño del sistema.

4.1 Características Técnicas Tornillo 4.1.1

Selección del Tornillo Según Mott (2006, p. 566): “El análisis de conexiones atornilladas es

igual al de conexiones remachadas si se permite que el tornillo ejerza apoyo en el agujero, como en una conexión sometida a apo yo.” Para la selección del tornillo se deben determinar ciertos parámetros donde se determinarán las fuerzas que se ejercen sobre este.

4.1.2

Cálculos de Esfuerzos en el Tornillo En el diseño del sistema de diálisis de micro filtrado on board, se

determina la fuerza en cada tornillo producida por la fuerza cortante vertical directa, esto se obtiene con multiplicando la masa de 250 kg, (que es el resultado de la masa total del sistema 150 kg más 100 kg por seguridad antes un apoyo de una persona sobre el sistema de diálisis), por la fuerza de gravedad 9,8 m/s^2.

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Por otro lado, al incorporar el lugar físico en donde operara el equipo, se suman por un lado las vibraciones que generan una breve cantidad de fuerza al perno en Decibeles(Db), como también el valor 1.0 m/s^2 ala fuerza de gravedad, obteniéndose un resultado de 10,8 m/s^2 con un peso total de 2,7 (KN), que es equivalente al peso por la fuerza de gravedad (P=mxg), donde m= masa total del sistema y g= Fuerza de gravedad existente en la tierra. Los tornillos soportan una parte igual a la de la carga, por lo tanto, se utilizarán ecuación N°1 para calcular las fuerzas que actúan en el tornillo sometido a mayor esfuerzo para resistir la carga de momento en donde:



(1)

Dónde: P= peso total del kit de micro filtrado (P=mxg) a= Distancia entre en los ejes x, y tomados desde el centro del perno Las fuerzas resultantes se combinan vectorialmente para determinar la carga resultante en el tornillo sometido a mayor esfuerzo, por lo tanto, el tamaño requerido de ese tornillo se calculará basado en el esfuerzo cortante permisible para tornillos de grado ASMT A307. La fuerza cortante total está dirigida hacia abajo y se reparte entre los cuatro tornillos. Por consiguiente, la carga en cada uno será llamada Rp, es:

 

(2)

Dónde: P= fuerza cortante vertical directa (KN) n= N° de pernos utilizados en el diseño

Entonces: Página 23


 .  0,675 

(de 1 y 2)

Fuerzas que resiste el momento (ecuación 3): para las ecuaciones de momento se requiere el término siguiente:

∑ 

(3) Dónde:

∑ 

es la suma de las distancias horizontales y los

verticales elevados al cuadrado de todos los tornillos que integran la base. Entonces:

  40.2 40.2 0,32

Para las ecuaciones 4 y 5 de momento se tiene:

 ∑   ∑ +   ∑   ∑ + 

(4) (5)

Dónde: Yi= Distancia vertical al tornillo i a partir del centroide. Xi= Distancia horizontal al tornillo i a partir del centroide. Entonces: desarrollando la ecuación 1 se tiene M= Pxa = 2,7(KN)x0,2m= 0,54 (KNxm).

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Comenzando con el tornillo 1 que se encuentra arriba a la derecha mostrada en la figura N°6

Figura N°6 Diagrama de Fueras de Actuación del Tornillo Fuente: Elaboración Propia (2016)

Para la ecuación 4 se tiene:

  0, 2   ∑ 2  ∑    0,54 0,32 0,3375  0,3375  → Actúa hacia la derecha.

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Para la ecuación 5 se tiene:

  0, 2   ∑ 2  ∑     0,54 0,32 0.3375  0,3375  ↑ Actúa hacia arriba.

A través de estos resultados, permite calculo y determinar la resultante de las fuerzas. En dirección vertical, Rp + Riy que actúan hacia arriba.

   0,675 0,3375 1,0125 

(6)

Sólo el Rix actúa en la dirección horizontal. De esta forma, la fuerza resultante total en el tornillo 1, se denomina Rt1 que determina con la función trigonométrica.

  √   

(7)

Entonces reemplazando 6 en 7 se tiene:

       √ 1,01250,33751,1645  Replicando con los otros tornillos de la misma manera, se confirma que todos los tornillos soportan el mismo esfuerzo máximo. De esta forma, se determinará su diámetro para limitar el esfuerzo cortante de 82.5 Mpa (12Ksi) para los tornillos ASTM A307, como se muestra en la tabla N°6 y para la obtención del área, se despeja la ecuación 8 de esfuerzo cortante.

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Tabla N°6 Esfuerzos Cortantes Esfuerzos cortantes sin roscas en el plano cortante Tornillos

ksi

Mpa

ASTM A307

12.0

ASTM A325

30.0

ASTM A490

37.5

Miembros conectados Todas las aleaciones

Roscas en el plano cortante

Esfuerzo de tension permisible

Ksi

Mpa

Ksi

Mpa

82.5

12.0

82.5

22.5

155

207

24.0

165

45.0

310

260

30.0

207

56.5

390

Esfuerzo de apoyo permisible

Esferzo de tension permisible

1.20 Su

0.6 Sy

 

(8)

Dónde: Rt1= fuerza resultante en el tornillo (N)



= Esfuerzo a la tensión máxima permisible (PA)

A = Área sometida al esfuerzo de tensión (



)

De esta forma, al resolver la ecuación 8 para determinar el área se tiene:

5  −      82,1164, 1, 4 110   510 

Al conocer el área sometida a tensión, se determina el diámetro del perno para evitar los posibles modos de fallas que pudiesen ocurrir en el perno. En la ecuación 9 se determina el diámetro del perno.

  

.

(9)

Página 27


En donde, al resolver 9 se tiene:

 14, 4  4 1         4,23  En lo respecto a este análisis para la selección del tornillo, se determina que el tornillo debe ser igual o superior a 4,23mm o 1/4 de pulgada. La selección de perno para el diseño del sistema de micro filtrado con board, se utilizará cuatro tornillos métricos de grado ASMT M12 para el sujeto de la estructura de la placa metálica. De esta forma, se concluye que a través de los cálculos realizados al incorporar un factor de seguridad que garantice que bajo desviaciones aleatorias de los requerimientos previstos, exista un margen extra de prestaciones por encima de las mínimas estrictamente necesarias.

4.2 Modos de Falla Para el diseño de las conexiones, se analizan los modos de falla. Estos pueden ser por cortante, apoyo y tensión, los cuales se describirán a continuación.

4.2.1

Falla por Cortante En términos técnicos, se tiene la presunción que el tornillo se ve

sometido a corte directo cuando se aplica una carga de tensión a una junta, siempre que la línea de acción de la carga pase por el centroide del patrón de tornillos. También se supone que los tornillos comparten por igual la carga aplicada. La capacidad de una junta con respecto a cortante de los tornillos es. Página 28


  

(10)

Dónde: Fs.= La capacidad de la junta a cortante (N).



= Esfuerzo cortante permisible en los remaches (Mpa)

As= Área sometida a cortante



El área sometida a cortante en la ecuación 11 depende del número de secciones transversales disponibles para resistir el cortante. Si este número se designa

      



.

(11)

Dónde: D= diámetro del tornillo (mm). Ns= número de tornillos en la junta.

Por consiguiente, según la ecuación 11 se tiene:

 40, 0 12   4 0,00045   82, 5 10   40,00045 37.125

A través del resultado de la ecuación 11, se utiliza la ecuación 1 se obtiene el siguiente resultado:

Página 29


4.2.2

Falla por Apoyo Un tornillo cilíndrico cuando se ejerce presión contra la pared de un

barreno o agujero en la placa, entre ellos, se crea una presión no uniforme. Como una simplificación de la distribución del esfuerzo real, el área sometida a esfuerzo de apoyo (descrito en la ecuación 12), Ab es el área rectangular calculada multiplicando el espesor de la placa t por el diámetro del tornillo D. Esta área se puede considerar como el área proyectada del barreno del tornillo. Entonces la capacidad de apoyo de una la junta propuesta es:

   

(12)

Dónde: Fb= Capacidad de la junta de resistir al apoyo o aplastamiento(N). =Esfuerzo de apoyo permisible (Pa).

Ab= Área sometida a apoyo (

 

.

Además, para el cálculo del área sometida a apoyo, se utiliza la ecuación 13 con la siguiente expresión:

  

(13)

Dónde: Nb= Número de superficies sometidas a apoyo.

t= Espesor de las placas



.

D= Diámetro del tornillo (mm).

Página 30


El esfuerzo de apoyo permisible se basa en la resistencia a la cadencia del material conectado debido que es el sujetador es más resistente. Esto se verifica con el siguiente cálculo puesto con los datos obtenidos, según las ecuaciones 12 y 13.

 1,282,510 99.000.000    40,0120,014,810−2

Según la ecuación 4 se obtiene:

De esta forma, se obtiene el área sometida a apoyo y el esfuerzo de apoyo permisible. Posteriormente se procede a calcular el esfuerzo de apoyo para el tornillo seleccionado, según la ecuación 12.

 99.000.000  4,810− 47.520  4.2.3

Falla por Tensión Es una fuerza de tensión directa Ft (ecuación 14) aplicada a través del

centroide del patrón del tornillo produce un esfuerzo de tensión. Entonces la capacidad de la junta de tensión seria.

   Dónde:



(14)

= Esfuerzo permisible por tensión (Mpa). La evaluación de



(ecuación 15), requiere que se reste el diámetro de

todos los barrenos del ancho de las placas que se van a unir. Entonces:

 ℎ

.

(15)

Página 31


Por tanto, la falla por tensión en el tornillo seleccionado se detalla a continuación utilizando las ecuaciones 14 y 15.

 15510 0,6 93.000.000   0,440,012 0,013,5210−

El área determinada es:

De esta forma, la capacidad de la junta a tensión es:

93.000.000  3,5210− 327.360  4.3 Pérdida de Energía en los Fluidos En el comportamiento de los fluidos, lo que se refiere a pérdidas de energías, depende directamente de la naturaleza del flujo; ya sea laminar o turbulento. Sin la necesidad de ver directamente el fluido, para definir su naturaleza, se puede calcular este, por el número de Reynolds. A continuación, se calculará diversos factores tales como; Número de Reynolds (Nr), Factor de fricci ón (ƒ), Pérdida de energía (Hl), con el propósito de conocer si el aceite es de naturaleza de flujo laminar o turbulento. A continuación de disponen de los siguientes datos: D= 63,5 (mm). (Obtenido de la tabla N°8) v= Viscosidad

m/s

(Obtenido de la tabla N°7)

Q= Caudal (L/min.)(Obtenido de la tabla N°9)

Página 32


Tabla N°7 Características del aceite 10W con Viscosidad Cinemática Lubrax Turbo

Metodo ASTM D-1298

10W 0.879

20W 0.881

30 0.891

40 0.896

50 0.898

D-445 D-445 D-2270 D-92 D-97 D-2896

36.1 6.0 108 230 -24 8.5

62.71 8.38 103 232 -24 10.5

102.7 11.5 99 244 -3 10.5

164.1 15.7 98 258 -3 10.5

209.4 18.9 101 258 0 10.5

Viscocidad cinematica cSt @ 40°C cSt @ 100°C Indice de viscocidad, °C Punto de inflamación, °C Punto de Escurrimiento,°C N° base total (TBN), mg KOH/g.

Fuente: www.lubrax.com

Tabla N°8 Características de la Manguera y su Diámetro pi eza del conjunto

Descri pci ón Di ametro i nt. Longuitud

3838872

HOSE AS

63.5

1890

Fuente: Service Information System (SIS)

Tabla N°9 Pruebas de Velocidad Pruebas de velocidad Salida Presión de prueba Velocidad de prueba de motor velocidad de prueba de la bomba Salida Presion de prueba Velocidad de prueba del motor velocidad de prueba de la bomba

297 Lts/min 690 Kpa 1950 rpm 2069 rpm 267 Lts/min 6900 Kpa 1950 rpm 2069 rpm

Fuente: Service Information System (SIS)

Para el desarrollo del cálculo, primeramente, se trasforma el valor de la viscosidad cinemática a aceleración.

1CST1X10−/s



6 CST6∗10m/s

Con los datos anteriores se llevará a cabo el cálculo para obtener la velocidad del fluido (aceite SAE 10W) en la ecuación 16 que se detalla a continuación. Página 33


c π∗D∗Q

(16)

Dónde: C= Velocidad del fluido (m/s). Q= Caudal de la bomba

m/s

.

D= Diámetro de la manguera (mm). Como resultado de la ecuación 16 se tiene:

c π∗D∗Q

  ∗,  x  c π∗,x /



= 1,405 m/s

Con la información obtenida anteriormente se calculará el número de Reynolds en la ecuación 17, y así obtener su magnitud y poder clasificar según resultado obtenido.

NR ∗Dv

(17)

Reemplazando se obtiene:

− 1, 4 05 m/s∗63, 5 X10 NR 6X10− m 14.869,58 Los fluidos viscosos se pueden clasificar en laminares o turbulentos teniendo en cuenta la estructura interna del flujo. 

Flujo laminar: Se presenta cuando la viscosidad del flujo es baja, su desplazamiento es uniforme y terso, donde las capas de fluido parecen desplazarse una sobre otras sin remolinos o turbulencias. Se denomina laminar y obedece la ley de la viscosidad de Newton.



Flujo turbulento: Se presenta cuando las velocidades son altas, se observa una corriente inestable en la que se forman remolinos o pequeños paquetes de partículas de fluido que se mueven en todas direcciones y con gran diversidad de ángulos con respecto a la dirección nominal del flujo. Página 34


Tipo de flujo Para aplicaciones prácticas del flujo en tuberías, encontramos que si el número de Reynoldspara el flujo es menor que 2000, éste será laminar. Si el número de Reynolds esmayor que 4000, el flujo será turbulento. En el rango de números de Reynolds entre2000 y 4000 es imposible predecir qué flujo existe; por tanto, le denominaremos regióncrítica (Mott, 2006, p. 231). 

Re > 4000: Se determina que el flujo es turbulento.



Re < 2000: Se determina que el flujo es laminar. Como resultado de la ecuación 17 se determina que el flujo es de tipo

turbulento debido a que el resultado mostrado es superior a 4000.

Tabla N°10 Rugosidad según Tipo de Material Material

Rugosidad ϵ (m)

Rugosidad ϵ (pie)

Liso

Liso

Plastico

3.0xE-7

1.0xE-6

Tubo extruido; cobre, latón y acero

1.5xE-6

5.0xE-6

Acero, comercial o soldado

4.6xE-5

1.5xE-4

Hierro galvanizado

1.5xE-4

5.0xE-4

Hierro dúctil, recubierto

1.2xE-4

4.0XE-4

Hierro dúctil, no recubierto

2.4xE-4

8.0xE-4

Concreto, bien fabricado

1.2xE-4

4.0xE-4

Acero remachado

1.8xE-3

6.0xE-3

Vidrio

Fuente: Robert Mott, Resistencia de Materiales, 2009

A través de la tabla N°10 se selecciona el material de la manguera para determinar su rugosidad, donde el material seleccionado es plástico con una rugosidad de 3.0xE-7 m. A continuación, procede a calcular el factor de fricción (ƒ) en la ecuación 18. Página 35


ƒ  [,∗(,⁄∈)+ r,,]

(18)

Dónde: D= diámetro de la manguera (m). ϵ= Rugosidad del material (m).

Nr= Número de Reynolds. Al reemplazar los valores en 18, se tiene un factor de fricción de:

ƒ 

0,25

0, 0 278  Log ,∗,x x .,,,

Las pérdidas de energías debido a la fricción se pueden calcular con la ecuación de Darcy (ecuación 19), la cual se emplea para flujos turbulentos. Las pérdidas de energía por fricción son las que se pierden cuando el fluido se pone en contacto con los accesorios.

ƒ∗ D ∗ 

.

(19)

Dónde: L= Largo de la manguera (m). D= Diámetro de manguera (m). C= Velocidad del fluido (m/s). ƒ= Factor de fricción (m/s^2).

g= aceleración de gravedad. Al resolver la ecuación de Darcy, se obtiene siguiente resultado:

Página 36


  1, 4 05 1  0,0278∗ 63,5∗10−m ∗ 2∗9,81 0,044 A partir de los resultados obtenidos, se comprueba que las pérdidas de energía con respecto a accesorios, actúan las mangueras, bomba hidráulica y la viscosidad determinada del aceite.

4.4 Soldadura en Estructuras En lo que respecta a conexiones por soldaduras es un proceso de unión en el que se aplica el calor para que dos piezas de metal se peguen metalúrgicamente. Existen diferentes tipos de aplicación de la soldadura, tales como llama a gas, un arco eléctrico. Ya que esta conexión es de vital importancia en el trabajo señalado, se muestra a continuación la obtención de la carga máxima que puede soportar esta soldadura. Entre el chasis del equipo y los boost se aplicará una soldadura de filete (ver figura N°7), cuyas características es la existencia de una pendiente de 45º entre las dos superficies a soldar, el esfuerzo desarrollado en las soldaduras de filete es un esfuerzo cortante, sin importar la dirección de aplicación de la carga.

P= Esfuerzo (KN). L= Longitud del cordón (m). t = Espesor de la soldadura (m).



= Esfuerzo cortante máximo (Mpa)

h= Tamaño nominal de la soldadura (m).

Página 37


Datos: Tipo de metal A36 A500 Diámetro externo= 3 (cm) Diámetro interno= 12 (mm) En la figura N°7 se muestra las dimensiones del boost que se utilizara para afianzar la base sostenedora del filtro al chasis, de forma que soporte el peso agregado.

Figura N°7 Dimensiones del Boost a Utilizar Fuente: Elaboración Propia (2016)

Para el cálculo del diámetro de la tuerca de soldadura, se calcula el perímetro de la circunferencia con la ecuación 20 a través de la longitud de la soldadura a través de la siguiente expresión:

2   

(20)

Dónde: L= largo de la soldadura, que se considera el perímetro (m). r= radio (cm)

El largo de la soldadura según la ecuación 20es:

 2    0,15   9,4310−m

Página 38


A partir de la Según la tabla N°11 en donde se obtiene las características del electrodo, donde se obtiene el esfuerzo cortante permisible



.Estas tablas son

obtenidas a través del libro de resistencia de los materiales de Robert Mott. Sexta edición.

Tabla N°11 Propiedades de Electrodos de Soldar para el Acero Propiedades de ele ctrodos de soldar para acero Resistencia a la tensión mínima

Esfuerzo cortante permisible

Metales típicos unidos

Tipos de electrodos

Ksi

Mpa

Ksi

Mpa

E60

60

414

18

124

A36, A500

E70

70

483

21

145

A242, A441

E80

80

552

24

165

A572, Grado 65

E90

90

621

27

186

E100

100

690

30

207

E110

110

758

33

228

A514

Fuente: Robert Mott. Resistencia de Materiales Sexta edición, 2006

En la tabla N°11 muestra los distintos tipos de electrodos en el mercado y sus resistencias a la tensión, con esta tabla se determina que el tipo de electrodo a utilizar que cumple con las especificaciones correspondientes es el E60.

60124  El esfuerzo cortante máximo ocurre en la garganta del filete, en donde el espesor es 0,707 veces el tamaño nominal de la soldadura. Por tanto, el esfuerzo cortante en la soldadura producido por la carga ecuación 21 la cual se tiene como cuerpo:

 



, se logra determinar con la

(21)

Dónde: t= espesor de la soldadura (m). P= carga aplicada (KN). = Esfuerzo cortante máximo (Mpa).



Página 39


L = largo de la soldadura (m).



Sea igual al esfuerzo permisible de 124 Mpa, dado en la tabla N°11. El espesor t (ecuación 22) es:

Dónde:

0,707  ñ   

(22)

 25,4 0,707 1000 6,7410− 

El espesor se muestra en la figura N°8

Figura N°8 Espesor de Soldadura Fuente: Elaboración Propia

Como resultado de las ecuaciones 20 y 21 se obtiene el siguiente resultado:

  → 12410 94,310− 6,7410− 7,88 

Página 40


El resultado muestra que la soldadura puede resistir hasta una carga de 7,88 (KN). Si se compara con la carga que determinada en el presente proyecto es de 1,1645 (KN), con lo cual se concluye que la soldadura es resistente a la carga.

4.5 Diseño y Posicionamiento El diseño del sistema de micro filtrado, cuenta con: porta filtro, filtro de alta eficiencia, la tapa de porta filtro, placa sostenedora de filtro y boost los cuales se instalan al chasis del equipo 797B. Esto para afianzar de forma definitiva el dializador on board. Para lo anterior, se tienen las dimensiones del camión a través del manual de mantenimiento del camión minero 797B Caterpillar.

Figura N°9 Posicionamientodel Filtro Camión 797B Fuente: Caterpillar

A partir de la figura N°9, se determina el posicionamiento del filtro debido al espacio reducido en el chasis del equipo minero 797B Caterpillar. Página 41


4.6 Cotizaciones Los valores de los materiales que conforman el kit de micro filtrado on board se detallan a continuación. A partir de los datos obtenidos del Service Information System (SIS) de Caterpillar que se muestra en la tabla N°12 es el proveedor oficial, quien otorga las materias primas estandarizadas para el diseño del dializador.

Tabla N°12 Costos de Materias Primas Estandarizadas Nº DE PARTE 8T-4139 383-8878 8T-4194 8T-4223 8T-4244 8T-4140 9X-8257 383-8872 1P-4585 6V-8001 8T-4184 8T-0568 452-6658 389-0458 134-0964

DESCRIPCION PERNO, Grado ASMT M12 PLACA, Acero al carbono PERNO, Grado ASMT M12 GOLILLA, M12 TUERCA,M12 PERNO, Grado ASMT M12 GOLILLA, M12 MANGUERA, Diam. 63.5 mm BRIDA SELLO, Bronce PERNO, Grado ASMT M12 SELLO, Bronce MANGUERA, Diam. 63.5 mm MANGUERA, Diam. 63.5 mm FILTROS ESTÁNDAD EFFICIENCY TOTAL

CANTIDAD 4 2 6 6 6 4 8 2 8 4 4 2 1 1 2 60

$ UNIDAD $ 1.466 $ 215.457 $ 2.397 $ 773 $ 741 $ 4.868 $ 1.104 $ 490.268 $ 32.002 $ 4.438 $ 2.230 $ 5.331 $ 526.663 $ 517.018 $ 96.433

TOTAL NETO $ 5.864 $ 430.914 $ 14.382 $ 4.638 $ 4.446 $ 19.472 $ 8.832 $ 980.536 $ 256.016 $ 17.752 $ 8.920 $ 10.662 $ 526.663 $ 517.018 $ 192.866 $ 2.998.981

IVA

TOTAL

$ 1.114 $ 6.978 $ 81.874 $ 512.788 $ 2.733 $ 17.115 $ 881 $ 5.519 $ 845 $ 5.291 $ 3.700 $ 23.172 $ 1.678 $ 10.510 $ 186.302 $ 1.166.838 $ 48.643 $ 304.659 $ 3.373 $ 21.125 $ 1.695 $ 10.615 $ 2.026 $ 12.688 $ 100.066 $ 626.729 $ 98.233 $ 615.251 $ 36.645 $ 229.511 $ 569.806 $ 3.568.787

Fuente: Service Information System (SIS) 2016.

La tabla N°12 refleja el costo de las materias primas de un kit dializador.

Página 42


4.7 Consideraciones Asociadas a las Normas Ambientales Iniciativas impulsadas por el Ministerio del Medio Ambiente para abordar principales impactos ambientales de la minería(Chile, Expomin. 2016. Normas ambientales

recuperado

de

http://www.expomin.cl/marketing/pdf/2012/presentacion_m_ignacia_benitez.pdf). Estos contemplan los siguientes puntos: 1.

Pasivos mineros

2.

Cierre de faenas mineras

3.

Residuos

4.

Norma de fundiciones

5.

Aguas de contacto en el sector minero

6.

Nuevo reglamento del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental

4.7.1 Deutsche Gesellschaft Für Technische Zusammenarbeit (GTZ) El Proyecto de cooperación con la GTZ de Alemania, en virtud del cual se aplica en forma voluntaria la Responsabilidad Extendida del Productor a varios productos/insumos del sector minero, como baterías, aceites y neumáticos. Todo el conocimiento y la experiencia en materia de desarrollo sostenible reunidos bajo un mismo techo. ¿Qué es la GTZ? La GTZ es una sociedad de responsabilidad limitada sin fines de lucro, de propiedad del Gobierno de la República Federal de Alemania Misión básica de la GTZ. 

Apoyar e implementar proyectos y programas de desarrollo. Página 43




Promover medidas económicas y cambios estructurales.



Prestar asesoramiento para asistir a los procesos de reforma.

Campos de actividad. 

Política agraria.



Programas supra sectoriales de desarrollo rural y urbano.



Medidas de infraestructura.



Formación técnico-profesional.





Asesoramiento económico e industrial. Protección del medio ambiente y recursos naturales.

4.7.2 Decreto Supremo 148 En Revisión del DS148 sobre residuos peligrosos se tiene: 1. Que al Estado le corresponde velar que se haga efectivo el derecho de las personas a vivir en un medio ambiente libre de contaminación, así como garantizar su derecho a la protección de la salud. 2. Que el crecimiento de la actividad económica ha multiplicado la generación de residuos peligrosos, con el consiguiente aumento de los riesgos que amenazan la salud humana y el medio ambiente. 3. Que para cumplir cabalmente los compromisos del Estado y enfrentar el peligro creciente que representan los residuos peligrosos, es indispensable regular el proceso completo de su manejo, desde que se generan y hasta que se eliminan, en términos que permitan su adecuado control y seguimiento, en un marco de certeza jurídica necesario para el desenvolvimiento de la actividad económica, que sirva también de garantía para la comunidad en su conjunto.

Página 44


4. Que un adecuado marco normativo puede inducir a la incorporación de una gestión de los residuos más eficientes, que ayude a minimizar la generación de residuos peligrosos. 5. Que como resultado de la implementación de este reglamento se dispondrá de información relativa a los residuos peligrosos que se generan en el país, cuyo procesamiento y análisis será de utilidad para la autoridad sanitaria, la comunidad y las actividades productivas, en los que respecta al conocimiento de los residuos peligrosos y las mejores alternativas para su manejo, entre otros posibles usos de la información,

4.8 Consideraciones Asociadas a las Normas de Seguridad Las condiciones de trabajo en una faena minera se caracterizan por ser de alto riesgo, maquinaria en movimiento, transito de equipos con carga suspendida, entre otras variables. Lo cual la exigencia del personal que debe ingresar a la faena minera debe presentar una serie de conductas y evaluaciones médicas de acuerdo al lugar geográfico donde se realizaran los trabajos de instalación del kit de microfiltrado On Board; y la empresa se compromete a entregar los resultados de dichos exámenes al mandante y trabajadores, donde además la empresa tiene la obligación de entregar elementos de protección personal de uso obligatorio al área operativa según requerimiento. Además, existen consideraciones y normas de seguridad de acuerdo al manejo o porte de sustancias químicas, las cuales se presentan a continuación.

Página 45


1. Condiciones de seguridad para el almacenamiento, transporte y manejo de sustancias inflamables y combustibles. Esta norma tiene por objetivo prevenir y proteger a los trabajadores contra riesgos de trabajo e incendio. Se aplica donde se almacenen, transporten o manejen sustancias inflamables y combustibles, (transporte de tambor de combustible a faena minera) 2. Seguridad e Higiene para el almacenamiento, transporte y manejo de sustancias corrosivas. irritantes y tóxicas. Su objetivo es prevenir y proteger a los trabajadores contra los riesgos de quemaduras, irritaciones o intoxicaciones. Se aplica donde se almacenen, trasporten o manejen sustancias corrosivas, irritantes o tóxicas. 3. Seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se produzcan, almacenen o manejen sustancias químicas capaces de generar contaminación en el medio ambiente laboral. Su objetivo es prevenir y proteger la salud de los trabajadores y mejorar las condiciones de seguridad e higiene donde se produzcan, almacenen o manejen sustancias químicas que, por sus propiedades, niveles de concentración y tiempo de acción sean capaces de contaminar el medio ambiente laboral y alterar la salud de los trabajadores, así como los niveles máximos permisibles de concentración de dichas sustancias, de acuerdo al tipo de exposición. Se aplica donde se produzcan, almacenen o manejen sustancias químicas capaces de generar contaminación en el ambiente laboral.

Página 46


4. Protección personal para los trabajadores en los centros de trabajo. El objetivo de esta norma es establecer los requerimientos de la selección y uso del equipo de protección personal para proteger al trabajador de los agentes del medio ambiente de trabajo que puedan alterar su salud y vida. Se aplica en todos los centros de trabajo como medida de control personal en aquellas actividades laborales que, por su naturaleza, los trabajadores estén expuestos a riesgos específicos que puedan provocar lesiones graves e incluso la muerte. 5. Señales y avisos de seguridad e higiene. Establece el código para elaborar señales y avisos de seguridad e higiene; así como las Características y especificaciones que éstas deben cumplir. Las señales y avisos de seguridad e higiene que deben emplearse en los centros de trabajo, de acuerdo con los casos que establece el Reglamento General de Seguridad e Higiene en el Trabajo, y no es aplicables a señales o avisos con iluminación propia. Por lo tanto, se aplica en todos los centros de trabajo. 6.

Medicamentos, materiales de curación y personal que presta los primeros auxilios. Establece las condiciones para brindarlos primeros auxilios oportunos y eficazmente. Se aplica en todos los centros de trabajo, para organizar y prestar los primeros auxilios.

Página 47


4.9 Carta Gantt Tabla N°13 Instalación Filtro On Board CAT 797 B- (Carta Gantt) Hora de Inicio

Tareas Charla Inicial Seguridad Charla Técnica Solicitud de Equipo Bloqueo Soldadura de abrazadera en base Ubicación Base Ubicación Filtro Corte circuito hidráulico Montaje nuevas Líneas Drenaje de Filtros Carga con aceite hidráulico Orden y limpieza Desbloqueo Entrega del equipo

8 8 9 9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 15,5 18,5 19,5 20 20 20 Total Hras. 8 Total Hras.

Duración (Hrs) 0,5 0,5 0,5 0,5 1 1 1 3 3 1 1 0,3 0,5 0,5

Hora de Termino 8,5 8,5 9,5 10 11,5 12,5 13,5 16,5 18,5 19,5 20,5 20,3 20,5 20,5

14,3


Nota: La instalación necesita de visita previa a Equipo para mantener todo material dispuesto el día de la instalación. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Charla Inicial Seguridad Solicitud de Equipo Soldadura de abrazadera…

Hora de Inicio Ubicación Filtro

Duracion (Hras)

Montaje nuevas Lineas Carga con aceite hidráulico Desbloqueo

Figura N°10 Distribución Temporal Instalación Filtro On Board CAT 797 B Fuente: Elaboración Propia (2016)

Página 48


CAPÍTULO V. “Análisis Financiero” 5.1 Costos Para el estudio de costos asociados al proyecto de Diseño de Sistema “Micro Filtrado on Board” en camión 797b, Caterpillar, el análisis se recopila a través de la

modificación, implementación y materias primas referente a la marca desarrollados en este proyecto. Este se realiza bajo los estándares de Caterpillar cuyos valores presentados son solicitados al representante de la marca en el país, (Finning Chile S.A.). En perjuicio de sobre quienes realizan toda modificación al diseño del equipo, debe ser convertido en oportunidades de mejora y satisfacción hacia el cliente, como también mostrar avances significativos al representante de Caterpillar dentro de los parámetros técnicos que implique al mejoramiento continuo de sus servicios y no entorpezca ni desanime el nombre del fabricante. El cliente además se compromete a realizar la modificación del sistema hidráulico del equipo bajo la autorización de los tesistas y con los repuestos determinados por el fabricante (productos CATERPILLAR). De esta forma, a través de estas consideraciones se dará a conocer los costos referentes a este diseño y todo valor que conlleve a la realización del mismo.

Página 49


5.1.1

Sistema de Micro Filtrado En la siguiente tabla se mostrará los valores de las materias primas para armar el sistema de micro filtrado “On Board”.

Tabla N°14 Valores Materias Primas Armado Sistema de Micro Filtrado “On Board” VALORES Materias primas $ 3.568.787 Ganancia $ 3.154.721 Soldadura de colocación placa $ 1.446.006 Neto $ 8.169.513 Iva $ 1.552.207 Total $ 9.721.721 Fuente: Elaboración Propia (2016)

5.1.2 Costos Fijos En la tablaN°15, que se muestran los costos que se mantienen en el tiempo, sin importar el volumen de producción.

Tabla N°15 Costos Fijos DESCRIPCIÓN Arriendo Internet y telefonia Articulos de Oficina insumos Costos Administrativos Servicios Básicos Combustible Total

VALOR NETO $ 55.000 $ 29.962 $ 40.500 $ 40.500 $ 36.450 $ 87.220

IVA $ 7.028 $ 9.500 $ 9.500 $ 8.550

TOTAL $ 55.000 $ 36.990 $ 50.000 $ 50.000 $ 45.000 $ 87.220 $ 324.210


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5.1.3 Mano de Obra La importancia de los recursos en el ámbito humano en una empresa es transversal, tanto que sin la presencia de esta, no se podría realizar los productos que fabrican las empresas. Cabe destacar que existe diferentes tipos de mano obra según el cargo, como se muestra en la tabla N°16.

Tabla N°16 Mano de Obra CARGO Estudio e ingeniería Técnico mecánico Administrativa Vendedor Contador Total

CANTIDAD 3 1 1 1 1

VALOR UNITARIO VALOR TOTAL $ 150.000 $ 450.000 $ 150.000 $ 150.000 $ 300.000 $ 300.000 $ 150.000 $ 150.000 $ 45.000 $ 45.000 $ 1.095.000


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5.1.4 Herramientas Las herramientas disponibles para el desarrollo del proyecto, se detallan en la tabla N°17.

Tabla N°17

Fuente: Elaboración

Herramientas del

Propia (2016)

Proyecto


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5.1.5 Indumentarias Se requiere el uso de indumentaria con ciertas características para la correcta realización del trabajo que se observa en la tabla N°18

Tabla N°17 Herramientas del

Fuente: Elaboración

Proyecto

Propia (2016)

Fuente: Elaboración Propia

Página 53


5.1.6 Costos Variables Son los costos que varían en forma proporcional al nivel de producción o ventas de la planta. Por lo tanto, todos los costos correspondientes están condicionados a la demanda proyectada para el proyecto, esta demanda se especifica en la tabla N°19.

Tabla N°19 Costos Variables


5.1.7 Comisiones Para un mayor incentivo a la productividad, se incorpora al sueldo base una comisión por sistema de micro filtrado “On Board”, que

dependerá del cargo del personal, como se muestra a continuación la tabla N°20.

Tabla N°20 Comisiones Mano de Obra MANO DE OBRA Estudio e ingeniería Técnico mecánico Vendedor Total

CANTIDAD 3 1 1

COMISIÓN (3.3%) (2.5%) (2.5%)

VALOR COMISIÓN $ 269.594 $ 204.238 $ 204.238

TOTAL $ 808.782 $ 204.238 $ 204.238 $ 1.217.257


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5.1.8 Activos Fijos Son los bienes tangibles de la empresa y permitirán el funcionamiento de diversas áreas. Estas se detallan en la tabla N°21.

Tabla N°21 Activos Fijos

ACTIVOS FIJOS Camioneta Escritorio sillas Mueble Grua instalada Herramientas Total

CANTIDAD VALOR NETO 1 1 3 1 1 1

$ 10.125.000 $ 64.800 $ 109.350 $ 72.900 $ 2.025.000 $ 504.227

IVA $ 2.375.000 $ 15.200 $ 25.650 $ 17.100 $ 475.000 $ 107.644

VALOR $ 12.500.000 $ 80.000 $ 135.000 $ 90.000 $ 2.500.000 $ 566.547 $ 15.871.547


5.1.9 Depreciación Es la pérdida de valor periódica de un bien material o inmaterial. Con el paso del tiempo y uso, los bienes van perdiendo su valor que están representados en la tabla N°22.

Tabla N°22Depreciación Activos Fijos

Fuente: Elaboración Propia(2016)

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5.2 Ingresos Sólo se considerará la información del universo de camiones existentes en Chile. Esto para calcular una venta estimativa a la cantidad de años de permanencia el proyecto para posteriormente realizar estudio de coste económico para convertir el producto y la empresa en multinacional einternacional, de acuerdo a la conveniencia y el mercado presente. Se consideran Camiones 797B: 398 que corresponden al total en Chile,que estén actualmente operativos, trabajando en distintas faenas de nuestro país, equivalente en un 48.1% de los equipos registrados en el país hasta el año 2015. En el último tiempo se ha presentado una baja en la producción del cobre. En este escenario, se buscó una solución a la permanente en la reducción der costos para optimizar los procesos productivos, menor tiempo de detención y así, mantener la cartera de clientes para los camiones de extracción minera. En la tabla N°23, se presentan los valores de las ventas proyectadas en un periodo de 5 años para el espacio temporal del proyecto.

Tabla N°23 Valores Ventas Proyectados Año 0 Ingresos Cantidad vendida Precio venta Ingresos por venta

Año 1 35 $ 9.721.720 $ 340.260.216

Año 2

Año 3

37 39 $ 9.721.720 $ 9.721.720 $ 359.703.657 $ 379.147.098

Año 4 42 $ 9.721.720 $ 408.312.260

Año 5 46 $ 9.721.720 $ 447.199.142


Página 56


5.3

Presupuesto de Inversiones Los datos que se señalan en el presupuesto de inversión, corresponden

a los valores necesarios para poner en “marcha” el proyecto para así empezar la producción. En la tabla N°24 se muestran los valores del presupuesto inicial.

Tabla N°24Inversión Inicial INVERSIÓN Camioneta Escritorio Sillas Mueble Grúa instalada Herramientas Préstamo Patente Total

CANTIDAD 1 1 3 1 1 1 1 1

VALOR -$ 12.500.000 -$ 80.000 -$ 135.000 -$ 90.000 -$ 2.500.000 -$ 566.547 $ 16.000.000 $ 46.183 $ 128.453


5.4 Fuente de Financiamiento Son las posibles formas de financiar el proyecto, ya sea crédito, apoyo estatal concursable, etc. El presente proyecto corresponde a un inicio de actividades de primera categoría, por lo cual no opta a los beneficios de Capital semilla y Capital abeja. Por otra parte, se pueden encontrar créditos bancarios que financien el proyecto de modificación del sistema de diálisis de micro filtrado. En este escenario, el banco Scotiabank ofrece un crédito personal con las siguientes características: 

Número de cuotas: 36



Valor de cuota: $623.809



Tasa de interés anual: 19,08% Página 57




Monto total a pagar: $22.457.124 Los créditos otorgados solo podrán ser utilizados para los siguientes objetivos:



Capital de Trabajo: Financia el capital que se requiere para cumplir con el ciclo operativo como compra de materia prima, insumos o mercaderías, contratación mano de obra, contratación asesoría técnica y demás gastos operativos.



Inversión: Financiamiento activo fijos, compra de vehículos de trabajo, mejoramiento tecnología, etc.

5.5

Flujo de Caja En el flujo de caja se presentan los valores de Ingreso y Egresos con el

fin de establecer si el proyecto es viable económicamente durante el periodo temporal de duración. De acuerdo a los resultados estimados, en la tabla N°25 se presenta el flujo de caja del proyecto con financiamiento con una tasa de descuentodel 20%. A partir de los resultados obtenidos se obtiene un VAN de $218.681.765 y un TIR de 421%. De esta forma se puede concluir que el proyecto es económicamente viable Por otro lado, se tiene que el periodo de recuperación de inversión (PRI) es en el 0.24 periodo en el que la empresa sume efectivo. En el Anexo 1, se detallan los valores del VAN; TIR y PRI

Página 58


5 o ñ A

4 o ñ A

0 2 2 4 7 . 1 . 1 9 2 9 7 . 1 . 6 9 4 $ 7 4 4 $

2 3 4 5 8 7 1 0 8 7 5 2 6 6 4 . 1 . 9 . 0 . 5 . 1 . 3 . 3 6 4 8 6 5 1 4 4 0 5 4 1 3 1 . $ 8 . 5 . 6 . 1 . 5 . 6 - 8 2 9 1 8 9 1 $ 2 3 9 - 1 $ $ 2 $ $ $ -

5 3 0 5 6 8 0 . 0 . 4 . 8 2 1 5 6 5 5 . 8 . 9 . 2 4 5 $ $ 0 1 $

0 0 2 6 7 . 2 . 1 2 2 1 7 . 3 . 2 9 8 4 $ 0 4 $

2 3 4 5 6 9 7 0 8 7 5 4 9 4 8 . 9 . 1 . 0 . 2 . 6 . 5 . 1 6 4 8 1 2 8 9 4 0 5 1 6 4 3 . $ 8 . 5 . 5 . 9 . 5 . 0 - 8 2 6 7 8 7 1 $ 1 2 8 2 - 1 $ $ $ $ $ -

5 5 0 . 8 5 5 . 2 $

2 0 6 . 6 0 1 . 1 9 $

0 8 2 9 7 . 0 . 1 7 2 4 . 1 . 9 7 3 9 9 $ 7 3 $

1 3 4 6 4 2 2 0 8 7 0 3 7 6 1 . 9 . 1 . 2 . 6 . 6 . 9 . 8 6 4 9 8 3 4 7 4 0 6 4 4 0 0 . $ 8 . 3 . 8 . 6 . 2 . 1 - 8 2 6 5 1 5 1 $ 0 2 8 2 - 1 $ $ $ $ $ -

7 8 6 4 0 0 5 . 7 . 2 . 6 5 9 6 8 6 5 4 . 3 . $ - 7 2 $ $ -

3 1 9 . 1 2 5 . 5 7 $

0 7 2 5 7 . 6 . 1 3 2 0 . 7 . 7 7 3 9 9 $ 5 3 $

1 3 4 6 3 8 5 0 8 7 0 9 3 5 3 . 9 . 1 . 2 . 9 . 4 . 5 . 2 6 4 9 0 7 3 0 4 0 6 8 6 1 2 . $ 8 . 3 . 2 . 0 . 2 . 8 - 8 2 0 4 6 3 1 $ 0 2 7 2 - 1 $ $ $ $ $ -

8 6 0 0 7 . . 2 5 9 8 6 4 . 3 . 7 2 $ $ -

3 5 0 . 7 9 0 . 1 7 $

0 6 2 1 7 . 2 . 1 0 2 6 7 . 2 . 5 9 3 $ 0 4 3 $

1 3 4 6 2 4 8 0 8 7 0 5 0 4 5 . 1 . 9 . 2 . 3 . 2 . 1 . 6 6 4 9 3 1 2 2 4 0 6 1 9 2 3 . $ 8 . 3 . 7 . 4 . 2 . 5 - 8 2 3 2 1 2 1 $ 9 2 7 2 - $ $ $ $ $ -

8 6 0 0 7 . 2 . 5 9 8 6 4 . 3 . 7 2 $ - $

6 4 6 . 5 0 1 . 6 6 $

0 0 0 . 0 0 0 . 6 1 $

0 7 2 . 2 8 $

Tab la N°2

3 o ñ A

5 Fluj o

2 o ñ A

de Caj a Pro

1 o ñ A

yec 0 o ñ A

3 8 1 . 6 4 $ -

0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 4 0 . 0 . 0 . 0 . 0 . 5 . 0 0 5 0 0 6 0 8 3 9 0 6 5 5 . $ 1 $ . 5 - 2 2 - $ $ 1 $ $ -

Fuen te: Elab oraci ón Propi a (201 6)

a t a ) s n d i e % e l d a v b n n l n a r a a a 4 d s 2 a t a ó a ó u j e i ( t s t a n t i i o l u r v n p a a o c r s e n ó c d t i a j a i o i o t e b n a e a s c v f i o i n e s i i s d s v t s r r n m e e a e c d d ó s o d o o s s t s e a s a i o t e i n m e a e r d o l s t i i i i s t o t o n t o r d e d s v t s b a a r r r r e c e u r s e n o o i i a e p l j r n e r s s t s p i r i l l e m c l u r e e é g a r g o o a o e t p i t v a s l i u ú r e a l n n m n I C P I C C P C D U I U I C E S M G H R P D V F

Página 59


CAPÍTULO VI. “Conclusiones” A través de los resultados obtenidos y en concordancia con los objetivos planteados, estos fueron los esperados. Esto en relación en la selección del tornillo, y por las fuerzas que actúan sobre este. De esta forma, se tiene un tornillo 12M de grado ASTM a307 el cual tiene una resistencia a la tensión de 82.5 Mpa, el cual soporta además de la carga del dializador, 100kg más de peso en el caso de apoyo de personas sobre el equipo. Se considera este perno debido a que el tipo de falla más propenso al tornillo es la falla por cortante, seguida por las fallas de apoyo y tensión. Al tener determinado el diámetro del tornillo se comienza con la intervención en el sistema hidráulico en donde se ubicará el sistema de diálisis y se procedió a calcular las pérdidas de energía en los fluidos para determinar si el fluido es turbulento o laminar. Es por ello que se consideró diversos factores tales como el número de Reynolds, el factor de fricción y las pérdidas de energía con el propósito de definir su naturaleza. Por consiguiente, al conocer la naturaleza de los resultados obtenidos. Se considera la ecuación de Darcy para flujos turbulentos como también para determinar las pérdidas de energía provocada por las mangueras y acoples. Por otro lado, se determinó la capacidad de la soldadura para soportar el peso del equipo con lo cual se afianzó al chasis. De esta forma, se soldarona los boost, en donde se posicionaron los tornillos M12. A partir del punto anterior, la soldadura seleccionada para esta operación es el electrodo E60con una resistencia al esfuerzo cortante de 124Mpa, con un espesor de 3/8 de soldadura la cual soportara la carga completa del sistema de diálisis.

Página 60


Considerando los puntos anteriores y junto con la herramienta de diagnóstico (FODA), se llega a la conclusión que por parte del análisis técnico, el diseño del dializador on Board es compatible y puede realizarse o implementarse con completa seguridad. En relación al análisis financiero, tomando en cuenta un universo de 398 camiones que equivalen a un 48,1% de los equipos 797b registrados en el país el año 2015, los cálculos del VAN, TIR y PRI indican que el proyecto es viable con un 20 % de recuperación, con un valor en el VAN de $218.681,765 pesos de ganancia y un Valor del TIR del 421% de ganancia neta total. Para el cálculo del Periodo de la recuperación de inversión (PRI), se obtiene que el periodo de recuperación de la inversión inicial del proyecto es en el periodo 0.24 años (aproximadamente dos meses y tres semanas) de ingresos en efectivo. Con estos resultados positivos y un análisis financiero junto con análisis técnico se determina que el proyecto de diálisis de micro filtrado on board para camiones 797b de Caterpillar es viable para llevar a cabo su implementación en la empresa minera de Antucoya en donde se pretende iniciar con el proyecto.

Página 61


BIBLIOGRAFÍA Referencias Robert L. Mott (2006). Mecánica de fluidos, Sexta Edición. Robert L. Mott (2006) Resistencia de los materiales, Sexta Edición.

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www.lubrax.com/Public/upload/products/CL/technical/LUBRAX-TURBO.pdf [ficha técnica Lubrax de aceites hidráulicos] Disponible en web:

Página 63


ANEXOS Anexo 1: Criterios Financieros de Evaluación VAN El Valor Actual Neto (VAN), el cual se expresa de la siguiente manera

n  I VANVt/1k =

Dónde: 







Vt: representa los flujos de caja en cada periodo t.

  

: Es el valor del desembolso inicial de la inversión.

: Es el número de periodos considerados.

: Es el tipo de interés.

Luego, se debe tener en cuenta lo siguiente:



VAN ≥ 0: El proyecto debe aceptarse, debido a que este valor indica las ganancias producidas que están por encima de la rentabilidad exigida. Si el VAN da como resultado igual a cero, no significa que la utilidad del proyecto sea nula. Por lo contrario, indica que proporciona igual utilidad que la tasa de descuento.



VAN < 0: El proyecto se rechaza, ya que esto significa que los ingresos generados por el proyecto no son suficientes para solventar todos los gatos del mismo más la ganancia exigida por el inversionista, por lo que no se justifica la inversión. EL flujo de caja mostrado en la Tabla N°24, permitió calcular los indicadores

Financieros según la evaluación del proyecto.



VAN (20%) = $ 218.681.765 Página 64


TIR La tasa interna de retorno (TIR) “es la cual representa la tasa de interés más

alta que los inversionistas podrían pagar sin perder dinero, si todos los fondos para el financiamiento de la inversión se tomaran prestados y el préstamo (principal e interés acumulado) se pagara con las entradas en efectivo de la inversión a medida que de fuese produciendo”.

La tasa de interés de retorno se calcula, aplicando la siguiente ecuación:

   0 /1 =

Dónde: 

BNt: Beneficio neto del flujo en el periodo t.



r: Tasa interna de retorno.





: Inversión inicial.

Este criterio es equivalente a hacer VAN igual a cero La tasa calculada se compara con la tasa de descuento de la empresa. Si el valor del TIR es igual o mayor que esta, el proyecto debe aceptarse y si es menor debe rechazarse. La consideración de aceptación del proyecto cuyo TIR es igual a la tasa de descuento, se basa en los mismos aspectos que la tasa cuyo VAN es cero. A través del flujo de caja en la tabla N°24 se tiene:

TIR: 421%

Página 65


Periodo de recuperación de inversión (PRI) Es el tiempo en el cual se recuperará la inversión inicial de un proyecto, obtenido a partir de las entradas de efectivo, este indicador es sinónimo de liquidez y riesgo del presente estudio, siendo así un referente importante en esta materia. Según el flujo de caja mostrado en la tabla Nº25, se puede observar que en el primer periodo del proyecto, el flujo es positivo, así determinándose que el primer periodo es el retorno de la inversión.

Página 66


Anexo 2: Índice de Tablas Número Tablas

Pág.

Tabla N°1: Razones y el Porque …………………………………………………

11

Tabla N°2: Insumos Oficina……………………………………………………….

16

Tabla N°3: Mano de Obra Requerida…………………………………………….

16

Tabla N°4: Partes y Piezas On Board…………………………………………….

18

Tabla N°5: Capacidades Técnicas de Trabajo………………………………….

20

Tabla N°6: Esfuerzos Cortantes………………………………………………….

28

Tabla N°7: Características del Aceite 10W con Viscosidad Cinemática…….

34

Tabla N°8: Características de la Manguera y su Diámetro……………………

34

Tabla N°9: Pruebas de Viscosidad……………………………………………….

34

Tabla N°10: Rugosidad Según Tipo de Material……………………………….

36

Tabla N°11: Propiedades de Electrodos de Soldar para el Acero……………

40

Tabla N°12: Costos Materias Primas Estandarizadas (SIS)………………….

43

Tabla N°13: Carta Gantt Instalación Filtro On Board………………………….

49

Tabla N°14: Valores Materias Primas Armado Sistema de Micro Filtrado….

49

Tabla N°15: Costos Fijos Asociados…………………………………………….

51

Tabla N°16: Mano de Obra………………………………………………………

52

Tabla N°17: Herramientas del Proyecto………………………………………

53

Tabla N°18: Costos de Indumentarias…………………………………………

54

Tabla N°19: Costos Variables………………………………………………….

55

Tabla N°20: Comisiones Mano de Obra ………………………………………

55

Tabla N°21: Activos Fijos……………………………………………………….

56

Tabla N°22: Depreciación Activos Fijos……………………………………….

56

Tabla N°23: Valores Ventas Proyectados…………………………………….

57

Tabla N°24: Inversión Inicial……………………………………………………

58

Tabla N°25: Flujo de Caja Proyecto…………………………………………

60

Página 67

Tesis Daniel

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