Ingeniería Mecánica · 2023
Diseño de un Sistema de Agitación a Escala Industrial para la Producción de Geles Farmacéuticos en la Empresa Zumotec s.a.
Este proyecto presenta el diseño de un sistema de agitación a escala industrial para un tanque de 1000 litros de gel conductor, desarrollado para la empresa Zumotec s.a., con el fin de impulsar el crecimiento de la compañía. En primer lugar, se diseñó el agitador utilizando el complemento de simulación de flujo del software SolidWorks. Posteriormente se llevaron a cabo varias simulaciones para validar el comportamiento de las variables del fluido, garantizando así el correcto funcionamiento del sistema. Así mismo, se cumplió con la norma ISO13485, que rige la gestión de calidad en dispositivos médicos, para asegurar buenas prácticas de fabricación. En paralelo, se realizó un estudio fisicoquímico del gel en colaboración con la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad Industrial de Santander. Esto permitió relacionar el comportamiento real del gel con su simulación. En relación al tanque, se cuenta con un tanque de 1000 litros proporcionado por la empresa el cual se analiza para cumplir la norma API650,seguidamente se llevó a cabo la selección y diseño de un sistema de transmisión de potencia, que incluye la elección del motor, motorreductor y acople fijo, con un análisis directo de la resistencia en el eje móvil del agitador. Para concluir, se realizó un presupuesto detallado que incluye costos directos e indirectos, el consumo de energía en Kw/h y su depreciación en el tiempo. Todo esto se hizo con el propósito de que Zumotec SA pueda evaluar la viabilidad del diseño y su posterior construcción.
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Contenido
- Introducciónp. 12
- Objetivosp. 15
- Objetivo generalp. 15
- Objetivos específicosp. 15
- Caracterización del gel farmacéuticop. 16
- Caracterización del gelp. 16
- Conductividad térmica y calor específicop. 21
- Tipos de agitadores de flujo axialp. 21
- Agitador de flujo axialp. 21
- Hélices marinasp. 22
- Hélices de perfil alabeado axialp. 22
- Turbinas de palas planas inclinadasp. 23
- Turbina radial tipo anclap. 24
- Turbina de hélice doblep. 25
- Caracterización tanque cilíndrico de 1000 litrosp. 26
- Medidas del tanquep. 26
- Materialesp. 29
- Diseño Sanitario y Acabado de Superficiep. 29
- Seguridad y Calidadp. 29
- Etiquetado y Documentaciónp. 29
- Prevención de Contaminación Cruzadap. 30
- Seguridad en el Manejop. 30
- Cumplimiento Regulatoriop. 30
- Definición medida para diseño del tanque en SolidWorksp. 30
- Definición altura máxima de llenado en el proceso de agitaciónp. 31
- Selección de dos tipos de hélicesp. 32
- Hélice tipo anclap. 32
- Relación de dimensiones hélice tipo anclap. 32
- Modelo en SolidWorksp. 33
- Simulación de gel Conductor en Solidworks complemento flow simulationp. 34
- Comportamiento Torquep. 35
- Potencia requerida aplicable al sistemap. 36
- Viscosidad dinámicap. 36
- Comportamiento densidadp. 37
- Agitador tipo Hélice doblep. 38
- Relación de dimensiones hélice doblep. 38
- Primera referencia de diseño para el agitador tipo hélice doblep. 38
- Segunda referencia de diseño para el agitador tipo hélice doblep. 40
- Modelo en SolidWorksp. 33
- Simulación de gel Conductor en Solidworks complemento flow simulationp. 34
- Comportamiento Torquep. 35
- Potencia requerida aplicable al sistemap. 36
- Comportamiento viscosidad dinámicap. 45
- Comportamiento densidadp. 37
- Matriz de decisiónp. 47
- Unidad de potenciap. 48
- Selección unidad de potenciap. 48
- Potencia del motorp. 49
- Sujeción de motorp. 50
- Acople ejep. 51
- Teorema de falla por fatiga al ejep. 52
- Simulación deflexión del agitadorp. 58
- Costo de fabricaciónp. 59
- Costos directosp. 59
- Costos indirectosp. 61
- Consumo de energíap. 62
- Determinación de la potencia nominal del motorp. 62
- Tiempo de funcionamiento del sistema de agitaciónp. 62
- Valor del kilovatio hora en la empresap. 62
- Depreciación anualp. 63
- Conclusionesp. 64
- Recomendacionesp. 65
- Referencias Bibliográficasp. 66
- Apéndicesp. 67
- Tabla 1 batch manufacturing record de gel conductorp. 16
- Tabla 2 Características fisicoquímicas gel conductor Zumotec s.ap. 18
- Tabla 3 Medida tanque diámetro de 96 centímetrosp. 27
- Tabla 4 Medida tanque diámetro de 97 centímetrosp. 27
- Tabla 5 Medida tanque diámetro de 98 centímetrosp. 28
- Tabla 6 Tabla de acotamientos agitador tipo anclap. 33
- Tabla 7 Tabla de acotamientos agitador tipo hélice doblep. 39
- Tabla 8 Matriz de decisiónp. 47
- Tabla 9 Costos directos de materialesp. 59
- Tabla 10 Costos directos de mano de obrap. 60
- Tabla 11 Costos directos de subcontrataciónp. 60
- Tabla 12 Costos indirectos de fabricaciónp. 61
- Figura 1 Tipos de comercialización de gel conductor por tamañosp. 17
- Figura 2 Propiedades especificas solicitadas por el software Solidworksp. 19
- Químicap. 19
- simulationp. 20
- Figura 5 Comportamientos fluidos con hélices marinasp. 22
- Figura 6 Comportamientos fluidos con hélices de perfil alabeado axialp. 23
- Figura 7 Comportamientos fluidos con hélices de palas planas inclinadasp. 24
- Figura 8 Comportamientos fluidos con hélices radial tipo anclap. 25
- Figura 9 Agitador hélice doblep. 26
- Figura 10 Diseño del tanque en SolidWorksp. 31
- Figura 11 Relación de dimensiones tipo Anclap. 32
- Figura 12 Diseño del agitador tipo ancla en SolidWorksp. 34
- Simulationp. 35
- Figura 14 Comportamiento de torque del gel conductor en SolidWorksp. 36
- Figura 15 Comportamiento de viscosidad dinámica del gel conductor en SolidWorksp. 37
- Figura 16 Comportamiento densidad del gel conductor en SolidWorksp. 38
- Figura 17 Relación de dimensiones tipo hélice doblep. 39
- Figura 18 Relación de dimensiones tipo hélice doblep. 40
- Figura 19 Diseño del agitador tipo hélice doble en SolidWorksp. 42
- Simulationp. 43
- Figura 21 Comportamiento de torque del gel conductor en SolidWorksp. 44
- Figura 22 Comportamiento de viscosidad dinámica del gel conductor en SolidWorksp. 45
- Figura 23 Comportamiento de viscosidad dinámica del gel conductor en SolidWorksp. 46
- Figura 24 Motor WEG y características técnicasp. 49
- Figura 25 medidas de sujeción del motor en SolidWorksp. 50
- Figura 26 Acoplamiento eje con motorreductor bridado en SolidWorksp. 51
- Figura 27 Acabado superficialp. 54
- Figura 28 factor de cargap. 54
- Figura 29 factor de confiabilidadp. 55
- Figura 30 Diseño de fatiga en solidworksp. 57
- Figura 31 Deflexión agitador tipo anclap. 58
- Anexo A Ficha técnica gel conductorp. 67
- Anexo B Resultado de laboratorio ingeniería química de la UISp. 69
- Anexo C Registro fotográfico del tanque en la empresa Zumo tecnología zumotec s.ap. 76
- Anexo D ficha técnica motor WEG seleccionadop. 78
- Anexo E Planos del sistema de agitaciónp. 79