INTERROGANTES DE CONSIDERACION
Tipo de maz?Cunto es su densidad?Produccin por temporada?Tipo de
mazorca?Dureza de grano?Cunto se va a desgranar por da?Tamao de
mazorca?Peso de mazorca?Humedad de grano?rea de trabajo?rea de
almacenamiento del maz?Presupuesto del cliente?Tiempo para que la
produccin salga?
INTRODUCCION:EL MAIZ PERUANO EN LA HISTORIA
El maz es una gramnea oriunda de las Amrica, pero antes queeste
alimento adquiera fama mundial y presencia gastronmica, hace unos
ocho mil aos, el maz ya era domesticado en Amrica y gozaba de una
significativa presencia en las antiguas culturas de nuestro
continente, entre ellas las ms importantes: Inca, Maya y Azteca. Se
sabe que estas tres culturas, con muchos rasgos de similitud,
establecieron su economa y alimentacin en base al maz, siendo ste
uno de los motivos principales por la que se le incluy como
elemento presente en la mayora de sus ritos y festividades.
VARIEDADES DEL MAIZ PERUANO
El Per cuenta con 35 variedades de maz, ms que ningn otro pas
del mundo, incluyendo entre ellas las imponentes mazorcas de la
sierra, las cuales, adems del tamao de sus granos, destacan por su
incomparable sabor. Por ello, a diferencia de otras regiones de
Amrica, el Per se distingue por el consumo del maz cocido en su
mazorca, adems del molido en el batn.
Lasvariedades peruanas de mazpresentan una grande cantidad de
tipos y de usos culinarios, presentando una variacin de tipos,
formas, dimensiones y color del grano mayor que en cualquier otra
regin. En elPerse han encontrado muestras de maz arqueolgico del
Perodo precermico, entre 4,000 a 2,000 a.C. La domesticacin fue
seguida por hibridacin, introgresin y seleccin. ElConfite Morochoes
la raza ms antigua todava cultivada, encontrndose en la cordillera
de losAndescentrales, regin que constituye el centro de evolucin
activa del maz en el pas.De seguida se presenta la clasificacin:
Razas primitivas. De antigua constitucin, son precoces, tienen
planta, panoja, mazorca y granos pequeos, glumas largas y poca
induracin del tejido del raquis. Confite morocho. Granos reventones
amarillos, de consumo directo por los agricultores. Las mazorcas
sirven de ornamento en las festividades. rea: departamentos de
Ayacucho, Huancavelica, Junn (m 2,500 3,000 snm). Confite
puntiagudo. Granos reventones blancos, de consumo directo por los
agricultores. rea: departamentos de Cajamarca, La Libertad, ncash,
Junn, Apurmac, Ayacucho Kculli. Granos harinosos cereza-morados,
usado como colorante de alimentos, en bebidas como chicha no
fermentada y mazamorra. rea: departamentos de Junn, Huancavelica,
Apurmac, Cuzco, Cajamarca. Confite puneo. Granos reventones
amarillos, rojo-variegados, cereza, marrn claro. rea: departamento
de Puno (m 3,600-3,900 snm)
ELABORACION DE LOS POTAJES
Hay variedades regionales en la elaboracin de potajes de maz. En
el norte es muy popular el pepin, guiso elaborado con choclo
rallado mezclado con un ahogado de cebolla, ajos y aj y que
adquiere un sabor particular al ser cocido con presas de pavita. En
Arequipa se come el soltero (con habas, maz, cebolla y aderezos con
queso fresco). En la selva, uno de los potajes tpicos, el inchi
cachi, es elaborado con gallina sancochada en un guiso de maz y man
tostados. Entre los postres es conocido el sanguito (elaborado con
harina de maz amarillo, manteca, pasas y chancaca).
LA CHICHA DEL CUSCO
La bebida tradicional del Cusco y del Ande peruano es la chicha
de jora. Segn estudios de la investigadora Eleana Llosa, hay
personas especializadas en producir el insumo, quienes ponen a
remojar el maz amarillo en toneles, luego lo dejan germinar en
pozas hechas en el suelo y despus al aire libre, cubriendo el grano
con paja hasta que crezca el brote. El maz convertido en jora es
llevado a mercados especiales donde se muele en pedacitos.
Ya en las picanteras o chicheras se pone a hervir la jora en el
fogn, con agua y harina de maz, durante varias horas, para luego
colarla en la isanga, que es una canasta rellena de paja.
LA CHICHA Y LA MAZAMORRA MORADA
El maz morado es una mutacin gentica del maz. Florece cultivado
o en estado silvestre en diversos lugares de Amrica. El maz morado
se cultivaba en el Per en pocas prehispnicas y era conocido como
moro sara o kulli sara. Lo cultivan tambin los campesinos de Yucatn
y las tribus indgenas Hobi y Navajos en los Estados Unidos. Sin
embargo, es el Per donde su cultivo est ms extendido y donde es
empleado masivamente para elaborar refrescos, sorbetes y
postres.
La chicha morada es un refresco tradicional de la costa
peruana.
INTRODUCCION:
PROBLEMA DE DISEO: Desgranar maz de tipo transgnico
(hibrido)PROPOSITO: Desgranar maz de tipo transgnico (hibrido)
OBJETIVOS:Objetivo General:
Disear una mquina para desgranar maz con capacidad de desgranar
alrededor de 2000 Kg/h
Objetivos Especficos
Plantear un diseo donde los materiales utilizados sean de bajo
costo para hacer la desgranadora ms accesible a pequeos
agricultores. Buscar que el consumo de energa (o combustible) sea
bajo. El equipo deber ser de fcil transporte y manipulacin.
Realizar un tratamiento efectivo de los residuos que se generen en
el proceso de desgranado del maz.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Una maquina desgranadora de maz representara una gran ayuda a
los agricultores dado que soluciona algunas dificultades que se les
presentan en torno a esta cosecha:
El trasporte de la mata completa de maz es mucho ms costoso que
el trasporte del slo grano dado que si se transporta de la primera
forma es mucho ms pesado y se necesitaran ms camines (lo que
implica ms dinero) para transportar el producto. El desgrane de
manera manual requiere mucho tiempo y costo (desgranadores) lo que
hace poco eficiente esta actividad. La realizacin de desgranado es
propensa a que los trabajadores sufran lesiones en los dedos o
muecas al efectuar el trabajo. Los residuos del desgranado (tuza y
envoltura) demandan tiempo para recogerlo y deshacerse de ellos y
adems no generan ingreso alguno.
CARACTERISTICAS ESPECIALES DEL PRODUCTO A PROCESAR:Los cultivos
cuyas semillas han sido modificadas genticamente, no es producto de
la casualidad o el capricho de algunos, es el resultado de los
avances de la "Biotecnologa", especficamente de la Transgnica que
es una de las herramientas que ms han aportado en mejorar
resultados de los cultivos anuales.Significa entre otras cosas
mejores rendimientos y mayores ahorros por menor uso de
agroqumicos. No se lo est diciendo una empresa productora de dichas
semillas como son Monsanto, Du Pont, Basf, Syngenta, o Aventis,
sino un Ingeniero Agrnomo que se ha informado al respecto, y emplea
su criterio profesional para tomar una decisin si es o no
conveniente su uso en la agricultura moderna, como desafo al
sistema de alimentacin mundial.Uno de los cultivos con ms avances
es el maz, en el cual la Biotecnologa de segunda generacin ha
permitido desarrollar hbridos portadores de ocho eventos
simultneos, como mltiples protecciones a insectos y protecciones a
herbicidas. Y no se queden con solo esto, ya se anticipa para el
2012, la liberacin en Estados Unidos de un hbrido tolerante a la
sequa.Aunque es difcil dar una referencia aproximada, ya que
depende de cmo el cultivo se adapte a condiciones fuera de Estados
Unidos, pero todo apunta a que este hbrido bajo condiciones de
sequa podra producir entre un 5 % y un 10 % ms que uno no
transgnico.
La densidad del maz en mazorca pelada 450 kg/m3. Cada grano de
maz tiene un peso promedio de 0.5 gramos y mide de 0.5 a 0.7
centmetros de largo. Clase de Hbrido: Triple Altura de Mazorca: 20
cm Das a Floracin*: 76 Das Das a Cosecha*: Ciclo de Invierno: 160
Das // Ciclo de Verano: 140 Das Humedad: 20 a 30% Temperatura de
tostado de grano: 150C
I. NECESIDADES DEL CLIENTE:
a) Desempeo Funcional: Apto para trabajar de 5 a 8 horas
continuas. Debe desgranar: 2000 kg/hr.
b) Entorno operativo: Apto para trabajar en climas tropicales y
hmedos. Temperatura de operacin: 25C.c) Seguridad: Base anti
vibratoria. paro de emergencia no disponer piezas que puedan estar
en contacto con el usuario y pongan en riesgo su integridad que no
machaque el grano que no salgan volando los granos
d) Economa: Precio competitivos con los ya existentes en el
mercado en caso de nuestro diseo debera tener un costo de S/. 4800.
Repuestos disponibles en el mercado.
e) Limitaciones geomtricas: Medidas no mayores a: largo = 1.50
m;ancho = 0.8 m;alto = 1.5 m.
Peso aproximado de 300 kg.
f) Mantenimiento: Fcil acceso a las zonas de lubricacin y
limpieza. Mantenimiento general mensual.
g) Reparacin: Fcil entendimiento de los mecanismos para su
reparacin
h) Confiabilidad: Garanta no menor de un ao.
i) Robustez: Fijacin al piso para evitar vibraciones.
j) Contaminacin: El nivel de ruido no debe exceder de 80 dB.
Extractor de humos para evitar la contaminacin del medio
ambiente.
k) Facilidad de uso: Facilidad de operacin mediante un tablero
de control. Fcil acceso para la carga de granos de maiz a travs de
la tolva de alimentacin.
l) Factores Humanos: Menor esfuerzo para el desmontaje de las
partes. Ser necesario un operario para la operacin de la
mquina.
m) Apariencia: Color apropiado para maquinaria industrial y
estilo de acuerdo al gusto del cliente (color azul)
CONCEPTOS DE DISEO
A continuacin elaboraremos conceptos de diseo tanto para el
proceso desgranado de maz propiamente dicho, as como para el
depsito de la tusa de la mazorca ya desgranada.CONCEPTOS DE DISEO:
DESGRANADO DE MAIZExisten diversas maneras de desgranar y podemos
clasificarlas de acuerdo a varios criterios:- ALTERNATIVA 1:
Manuales - ALTERNATIVA 2: Maquina desgranadora estilo torno-
ALTERNATIVA 3: Mquina desgranadora con eje espinado.
ALTERNATIVA 1: Compararemos las caractersticas de las
desgranadoras manuales que son las que nos interesan pues se
encuentran en el mismo nivel utilitario que nosotros.
Como podemos observar la primera desventaja de estos es su
carcter manual y la dependencia del corte del usuario dando como
resultado un corte irregular. Adems de que la velocidad con que se
puede desprender los granos es limitada.
ALTERNATIVA 2: Este tipo de maquina consiste en introducir un
elote (mazorca) dentro de la mquina y hacerle girar por un motor
mediante una faja, mediante el fenmeno de desprendimiento del grano
mediante un cuchilla fija.
Las maquinas desgranadoras que encontramos en el mercado no son
tan variadas y podemos clasificarlas de acuerdo a varios
criterios:- ALTERNATIVA 1: De combustin interna- ALTERNATIVA 2:
Elctricas- ALTERNATIVA 3: De tractor
ALTERNATIVA 1: Las desgranadoras de combustin interna deben su
nombre al sistema que utilizan para operar, su construccin es
robusta, ya que se disean para el trabajo rudo, generalmente se
construyen de lmina de acero al carbn y su estructura en perfil o
ngulo. Este tipo de desgranadoras tiene en general las siguientes
caractersticas:
ALTERNATIVA 2: Las desgranadoras elctricas utilizan energa de
este tipo para logra su propsito, su construccin puede ser robusta
o ligera, pudindose usar para cualquier volumen de produccin, ya
que la gran variacin de la velocidad as lo permite, de igual forma
se construyen de lmina de acero y estructura de ngulo. Este tipo de
desgranadoras tienen las siguientes caractersticas generales:
ALTERNATIVA 3: Las desgranadoras de tractor se acoplan a este
vehculo de tal forma que la mazorca recin cosechada ingresa por una
tolva que se acopla a la desgranadora y as tener el maz sin
tamo.
A partir de esto podemos considerar parmetros del producto en el
mercado.
CARACTERISTICAS A CONSIDERARCARACTERISTICAS A MEJORAR
Buena sujecin Evitar deformacin excesiva
Seguro de operar Asegurar el corte uniforme
Buena superficie de corteSeguridad
El primer paso es seleccionar el mtodo general de desgranado
para nuestro equipo, para posteriormente analizar diversos
conceptos de diseo para cada sub-proceso que realice partes de la
mquina. De las consideraciones econmicas y parmetros establecidos
por el cliente, seleccionamos:
La ALTERNATIVA 1: Desgranadora elctrica
Como puede verse el rendimiento de las desgranadoras elctricas
es mayor, la energa consumida vara considerablemente. Adems las
desgranadoras elctricas pueden funcionar con motores monofsicos lo
cual reduce el costo.
El mtodo de descarga debe ser el ms ptimo de modo que evite el
dao de grano de cacao despus del tostado.
ALTERNATIVAPRINCIPIO FSICOINCORPORACIN ABSTRACTA
1Energa Electricidad
2Trasmisin de potenciaFajas, ejes
3Ley de gravedadCompuerta en la base
Dimensiones de la mazorca de maz
Dm: Dimetro de mazorca Dz: Dimetro de zulo Lm: Longitud de
mazorca hg: Altura de grano en cm eg: Espesor de grano en cm.
Caractersticas fsicas del grano. El significado de los parmetros
considerados en la figura es el siguiente: hg: Altura de grano
desde la base del zulo eg: Espesor de grano Rbg: Radio de la base
circular del grano rf: Radio frontal del grano aproximadamente
hg/2
Caractersticas mecnicas de la mazorca. Para poder disear nuestra
mquina desgranadora tenemos que calcular tanto la friccin como la
humedad del maz, posteriormente realizamos anlisis de dureza, de
impacto, compresin y arranque del maz.
Ensayo de friccin. Al realizar este ensayo, obtendremos el
coeficiente de friccin dinmico con el mismo obtendremos la fuerza
requerida para desgranar el maz.
Caractersticas mecnicas del grano. Se analizara, calculara y
determinara las caractersticas mecnicas que posee el grano de maz
de la costa, como son:
Resistencia a la compresin Fuerza de arranque Dureza Resistencia
al impacto
Se analizara con las especificaciones realizadas mediante Ensayo
para determinar la resistencia a la compresin del grano. Para
realizar el ensayo utilizamos como equipo la mquina universal, la
mquina nos permite variar las cargas y as obtener resultados para
los diferentes tipos de maz que estamos analizando.
Ensayo para determinar dureza en el grano. Resistencia de un
material ha ser penetrado o desgastado por un material ms duro. La
dureza del grano es la resistencia que posee a la accin mecnica o
al quebrado durante la cosecha y la post cosecha. Para nuestro caso
realizaremos un ensayo de dureza Vikers, para este mtodo usaremos
un micrmetro.
Ensayo para determinar el impacto. Utilizaremos una masa de 90 g
para el impacto, sistema de soporte, escala en mm e hilo de
sujecin.
Ensayo para determinar la fuerza de arranque del grano. Para
este ensayo aplicaremos una fuerza en el extremo del grano (fuerza
tangencial o fuerza de arranque), para desprender el grano del
zulo.
Descripcin de funcionamiento e importancia de cada una de las
partes de la mquina
Se alimentara la mquina de desgranado mediante la tolva, la
misma que consta de dos bocas, el elemento siguiente que se
encuentra en la mquina desgranadora es el dosificador, el mismo que
nos permitir regular la cantidad de mazorcas que podremos alimentar
a la mquina desgranadora, de una forma continua una a continuacin
de otra. Despus del dosificador, la mazorca llega al sistema
desgranador, en donde el cilindro desgranador en conjuncin con el
cncavo perforado realiza el desgrane de la misma. Las impurezas se
evacuan mediante un sistema compuesto por un ventilador dependiente
ya que se encuentra montado en el eje, la corriente de aire que
genera este ventilador permite desalojar hacia el exterior las
impurezas. Los desperdicios son expulsados por la boca de salida de
desperdicios, gracias a unas aletas que se encuentran antes del
ventilador.
Requerimientos de produccin 2000 Kg/h. El porcentaje de peso
para los granos es de 77% del peso de la mazorca y 23% es el peso
de la tusa o zulo aproximadamente. Para obtener el peso total de
mazorcas que se requiere desgranar se puede aplicar la siguiente
relacin:
Donde:
En los datos tabulados obtuvimos que el peso de una mazorca de
maz duro de la costa es de 0.104 Kg como su valor mximo de peso,
utilizando este dato y el peso de mazorcas por hora podemos
calcular el tiempo necesario para el desgrane de una mazorca,
aplicamos la siguiente relacin que es directa.
Donde:
Es necesario desgranar una mazorca por cada 0.144 segundos, para
desgranar un total de 2000 Kg.
Sistema receptor de Mazorcas. Esta seccin de la mquina es el
lugar en el cual se introducirn las mazorcas, la recepcin consta de
una tolva que puede ser esttica, o una tolva sujeta a vibracin.
Sistema receptor esttico. Este sistema es muy comn en la
construccin de desgranadoras, debido a su simplicidad en su diseo,
y facilidad de construccin este tipo de tolva cumplen una doble
funcin, recepta y a la vez dosifica las mazorcas de una manera
directa.
Sistema de desgranador. La funcin de este sistema es el separar
el grano de maz del zulo. El sistema de desgranado en si es el ms
importante, ya que de este sistema depende la calidad en la que se
obtendr el maz despus del desgranado, la mxima eficiencia en el
diseo de este sistema nos permitir obtener el grano sin maltrato y
entero.
Sistema de transmisin. Se denomina transmisin mecnica de un
mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o ms elementos
dentro de una mquina.Son parte fundamental de los elementos u
rganos de una mquina, muchas veces clasificados como uno de los dos
subgrupos fundamentales de estos elementos de transmisin y
elementos de sujecin. En la gran mayora de los casos, estas
transmisiones se realizan a travs de elementos rotantes, ya que la
transmisin de energa por rotacin ocupa mucho menos espacio que
aquella por traslacin. Una transmisin mecnica es una forma de
intercambiar energa mecnica distinta a las transmisiones neumticas
o hidrulicas, ya que para ejercer su funcin emplea el movimiento de
cuerpos slidos, como lo son los engranajes y las correas de
transmisin. Para la desgranadora de maz seleccionaremos los
elementos ms convenientes que se utilizaran para formar la
transmisin entre los cuales podran estar. Entre las formas ms
habituales de transmisin estn: Correas como una correa de
distribucin. Cadenas Barras Correas, como una correa de distribucin
Barras en mecanismos articulados como el cuadriltero articulado o
el mecanismo de biela-manivela. Cables, la mayora nicamente
funcionan a traccin, aunque hay cables especiales para transmitir
otro tipo de esfuerzos como los cables de torsin Engranajes Ruedas
de friccin, que transmiten movimiento perimetral, como las ruedas
de un vehculo. Discos de friccin, que transmiten movimiento axial,
como un disco de embrague. Chavetas y ejes nervados Juntas cardn y
juntas homocinticas Levas Al utilizar engranes en ciertos
mecanismos de la mquina, se logra sincronizar el movimiento y
cambio de giro entre ejes. Al utilizar poleas y bandas nos permite
un buen movimiento teniendo grandes distancias entre ejes. Si
utilizamos engranes podemos manipular el sentido de giro.
Entonces nosotros seleccionamos fajas y poleas
Fuente de Energa. Debido a que la necesidad en cuanto al
desgranado es promedio de 2000 Kg/h se requiere una fuente de
energa alta pero de preferencia elctrico , debido a esto se
utilizara un motor elctrico ya que las maquinas manuales necesitan
gran esfuerzo fsico no satisficieran nuestra necesidad.
Ventajas Tiene una alta productividad Ya sea la produccin alta,
media o pequea el motor nos da una alta eficiencia. Muy rentable
tanto para periodos largos o cortos de trabajo. En comparacin con
el esfuerzo humano es abismal.
DISEO DE LA MQUINA
Despus de haber analizado todas las alternativas de diseo
anteriormente especificadas, procedemos al diseo final de la mquina
desgranadora de maz de la costa, para esto se toma en cuenta todo
los parmetros y teoremas existentes sobre el diseo de elementos de
mquinas. Por lo tanto a continuacin analizaremos todos los
esfuerzos presentes en las diferentes partes de la mquina.
1. Diseo del rotor de la recamara El motor que utilizaremos para
el diseo de la desgranadora de maz de la costa, es un motor de 16
HP a plena carga con 3600 rpmSe tom como referencia tentativa este
motor para el diseo de nuestra desgranadora, a continuacin se
verificara si es el adecuado para el correcto funcionamiento de la
mquina desgranadora de maz de la costa.Como nosotros trabajaremos a
2000 rpm la potencia del motor es de 8HP, y tiene un torque de 24.5
lb-ft, estos datos son a condiciones de nivel del mar. Para
condiciones en otra regin se debe calcular la potencia mediante la
siguiente ecuacin:
R = 0.27 pie
Esfuerzo de Flexin. El esfuerzo de flexin presenta una
fluctuacin inversamente completa.Dimetro del eje = 0.125 pies.
Esfuerzo de Torsin. El esfuerzo no presenta fluctuacin, es
constante.
Esfuerzos equivalentes: Von-Misses (Esfuerzos combinados).
Remplazando valores en las ecuaciones tenemos que:
Lmite de Fatiga.
Al no considerar concentracin de esfuerzos tenemos que:
Para obtener el valor de tenemos que tener los datos de la
materia, para lo cual utilizamos:Tipo de material: AISI 1040Lmite
de elasticidad: Limite ltimo de ruptura:
Al reemplazar en la ecuacin:
Aplicamos Goodman para encontrar el factor de seguridad:
Con el resultado obtenido podemos decir que el dimetro del eje,
de 1.5 pulg (0.125 pies) es adecuado ya que el factor de seguridad
es de 4.3, por criterios de diseo se considera aceptable ya que
soportara los esfuerzos que se producen durante el funcionamiento
de la mquina.
Diseo de las placas desgranadoras. Las dimensiones de la placa
estn en funcin del espacio interno del cilindro desgranador,
posteriormente se procedi con los clculos para determinar si cumple
con los requerimientos de diseo.
H = 100 mm
Figura: Diagrama placa desgranadora
Figura: Diagrama de reas de la placa desgranadora.
1000 mm2 = 0.001 m2
m2 = 0.002500 m2
mm2 = 0.0035 m2
*
Donde:
Para realizar los clculos correspondientes asumiremos un espesor
de 6 mm ya que la carga que se le aplicara a la placa durante el
funcionamiento ser elevada, de esta manera podemos garantizar que
la misma no falle por fatiga.
* 0.06 m = 0.00021 m
Calculamos el peso de cada placa:
Donde:
W = peso
.
Reemplazando en la ecuacin, tenemos:
Parmetros para clculo de esfuerzos:
Ya que la fuerza necesaria para arrancar los granos es de 14 N,
para el diseo de la placa, se considerara una carga distribuida en
la cara recta de la placa que tendr un valor de 14 N La carga
distribuida se calcul con la siguiente ecuacin.
Donde:
Figura. Diagrama de cuerpo libre placa desgranadora.
W1 = Carga Distribuida
Remplazando en la ecuacin tenemos:
q = 10.17 lb-ft
Los esfuerzos presentes en la placa son: Corte. Flexin.
Torsin.
Esfuerzo de Corte.
Donde:
: Esfuerzo de corte V: Fuerza de corte A: rea de corte
A = b*h Figura: Dimensiones de cara plana de placa
desgranadora.Al remplazar en la ecuacin, tenemos que:
A = (6 mm * 100 mm) A = 600 mm2 = 2688.15pie2V = 16.192 lb
Figura Esfuerzo de corte.
Al remplazar en la ecuacin, tenemos que:
= 0.006
Esfuerzo de flexin
H = 100 mm
Figura. Placa sometida a flexin.
El esfuerzo de flexin presenta una fluctuacin inversamente
completa.
flexion
Al remplazar valores en ecuacin, tenemos que:
Flexion
Figura. Esfuerzo de Flexin.
Esfuerzos equivalentes: Von-Mises (Esfuerzos
combinados)Remplazando valores en la ecuacin, tenemos que:
eq a =
eq a = 32890
eq m =
eq m = 0
Lmite de Fatiga:
Con la ecuacin, calculamos Se.
Al no considerar concentracin de esfuerzos tenemos que:
ka = 0.8 para maquinado.
Para calcular Kb se debe encontrar el dimetro equivalente
mediante la siguiente ecuacin:
de = 0.808
Figura 44. Descripcin de la placa.
Al remplazar en la ecuacin, tenemos que: de = 0.808 de = 19.8 mm
= 0.77 pulg
Con el dimetro equivalente, calculamos Kb.
d = dimetro equivalente
Al remplazar el dimetro equivalente en la ecuacin
Kb = 0.77(0.808)-0.097 = 0.8218Kc = 0.897 para un 90% de
confiabilidad.
Para obtener el valor de Se tenemos que tener los datos del
material que vamos a utilizar para el eje:
Tipo de material = AISI 1040Lmite de elasticidad = S = 71000
psiLmite ultimo a la ruptura = S = 85000 psi
= 0.5*(85000 psi) = 425000 psi = 425000
Al remplazar en la ecuacin, tenemos que:
= 0.5*(85000 psi) = 425000 psi = 425000
Al remplazar en la ecuacin, tenemos que:Se =
(0.8)*(0.8218)*(0.897)*(42500) = 17.38*103 = 2.5*106
Aplicamos Goldman para encontrar el factor de seguridad con la
ecuacin.
Al remplazar valores en la ecuacin, tenemos que:
N = 8
Con el resultado obtenido podemos decir que las dimensiones de
la placa, son aceptables, para los requerimientos de la maquina
desgranadora, ya que se obtuvo un coeficiente de seguridad
aceptable dentro de condiciones de diseo.
Diseo de la chaveta del eje. El tipo comn de chaveta es la cua
cuadrada; donde las proporciones estndar exigen que el ancho de la
chaveta sea aproximadamente de del dimetro del eje. Las chavetas
usualmente se hacen de acero de bajo carbono terminado en fro. Con
estas consideraciones; para el diseo de la chaveta se debe
considerar que el material del que est compuesto debe ser menos
resistente que el material del eje, esto con el fin de remplazar la
chaveta y no el eje. El material de la chaveta es acero de
construccin A36, las dimensiones se toman del (Anexo E) tal como
sigue: El dimetro de eje que tenemos es de 1.5 pulgadas = 31 mm,
por lo tanto se considera lo siguiente:
PARA CHAVETA PARA EJE PARA CUBO DE POLEA
a = 8 mmH = d eH = d + f
b = 10 mmH = 31 4.1H = 31+ 3.5
H = 26.5H = 34.5
Clculo del esfuerzo de corte. Calculamos el Torque en la polea
de mayor dimetro.
T= 24.5 lb-pie
Al remplazar en ecuacin tenemos que:
Al remplazar en ecuacin tenemos que:
Calculamos el momento Torsor con la siguiente ecuacin:
Para determinar el rea de corte tomamos como referencia la
Figura.
Para el acero A36 el lmite de fluencia es
Para que la chaveta resista a cortante debe cumplirse la
siguiente condicin:
Seleccin de chumaceras.
La utilizacin de los cojinetes de rodamiento es muy importante
para reducir la friccin del eje que est rotando; En este caso la
friccin de deslizamiento se sustituye por friccin de
rodamiento.Como las reas de contacto son pequeas y los esfuerzos
altos, las partes de los rodamientos sobre las que acta normalmente
fuerzas se hacen de materiales duros de alta resistencia,
superiores a los materiales del eje y del elemento exterior.
Constan de un anillo superior e inferior, bolas y rodillos. Una
parte adicional de del cojinete, por lo comn, es un retn o
separador, que mantienen la separacin de las bolas o rodillos. La
fabricacin de rodamientos y chumaceras es mltiple y variada y las
mayores casas productoras a nivel mundial son las FAG, SKF, las
cuales disponen de catlogos.
Estos se identifican mediante un nmero, dan informacin completa
sobre las dimensiones, listan las capacidades nominales de carga, y
proporciona detalles concernientes al montaje, lubricacin y
operacin. Para la seleccin de rodamientos se debe tomar en cuenta
la rapidez del giro; en el cual se distinguen dos tipos; el de
solicitacin esttico cuando el rodamiento esta en reposo y el de
solicitacin dinmico cuando gira rpidamente. En nuestro caso se
deben utilizar chumaceras de pared.
En nuestro caso se deben utilizar chumaceras de pared.
Clculo del factor de esfuerzo esttico.
Para determinar la carga esttica equivalente se hace uso de la
siguiente expresin:
Donde:
Las cargas radiales estn ya determinadas en la Figura, en este
caso no hay carga axial.
Aplicamos Pitgoras y tenemos la fuerza resultante en a, la misma
que es la fuerza radial, la fuerza axial es 0.
Existen dos alternativas para calcular la carga esttica
equivalente:
Como no tenemos fuerza axial, por lo tanto y
Al remplazar en la ecuacin tenemos que:
Clculo de los rodamientos solicitados dinmicamente. La capacidad
de carga dinmica requerida se obtiene:
De la consideracin anterior tenemos que:
Para encontrar el factor de velocidad se dispone:
Es la duracin de horas de funcionamiento, se considera que la
mquina funcionara 8 horas diarias durante la temporada de cosecha
de la costa (Julio-Septiembre) durante un periodo de 2 aos, se
tiene
Sustituimos los valores obtenidos en la ecuacin anteriormente
expuesta, y tenemos la capacidad de carga dinmica:
Con el dimetro del eje de 1.5 pulgadas, la carga dinmica C
requerida y la carga esttica Se selecciona en el catlogo SKF,
chumaceras que cumplan con la condicin C>Creq y Co > Co req,
obtenindose chumaceras FAG de la serie S16208.108
Diseo del estator de la recamara. El estator de la recamara es
un cilindro perforado, el mismo que cumple la funcin de dejar pasar
solamente al maz y manteniendo dentro las cascaras y las tuzas de
la mazorca de maz.Su diseo est en funcin del tamao de los granos de
maz, de la altura de las placas desgranadoras y del dimetro y
longitud de la mazorca.Sus dimensiones fueron determinadas
experimentalmente durante la construccin de la mquina.
Diseo y seleccin del tipo de transmisin Especificaciones.Dimetro
de grano = 10 mm = 0.01 mDimetro medio de las mazorcas de maz = 46
mm = 0.046mLongitud mxima = 118 mm = 0,18 mCapacidad de desgrane.
Que la capacidad de la mquina de maz desgranado.
Capacidad desgranado maz = 2000 Kg/hora
Se trabajan 8 horas das, por lo tanto ser 16000 Kg/da. Para
obtener el desgrane 16000 kg/da se requiere aproximadamente un
motor de 8 HP.
De energa, P = T
Donde T = Torque desarrollado P = 8HPW=2000 rpmDespejando y
remplazando en la ecuacin tenemos que:
T = 24.5 lb-pies
Relacin de Velocidad. Debido a que la polea motriz va acoplada
al eje de salida de un motor de combustin interna, el nmero de
revoluciones en la polea motriz toma el mismo valor que el del
motor, un valor de 2000rpm.La relacin de velocidad entre el
conductor y el conducido, para evitar el deslizamiento se expresa
como:
La velocidad permisible para que el grano no se rompa es de V =
4.8 m/s tabla (6)V = w * r
Remplazando en la ecuacin tenemos que:
Relacin de velocidad:
Potencia Corregida. Para considerar la potencia corregida se
considera el factor de servicio que va de acuerdo al tipo de
servicio y al tipo de accionamiento, es decir:
Dnde:C =1.4 es una constante para servicio normal y
accionamiento por motor de combustin.PT = 8 HP; es la potencia del
motor a una velocidad de 2000 rpmAl remplazar obtenemos la potencia
corregida:PC = 11.2 HP = 11.3568 CVSeleccin del tipo de banda y
tamao de polea:Existen Varios tipos de banda, se selecciona una
banda trapecial; la misma que puede ser del tipo A, B, C, D, G, E,
F y Z, cada una de estas con diferentes dimensiones. Para
determinar el tipo de banda es necesario conocer la potencia
corregida PC = 11.3568 CV el nmero de revoluciones de la polea
motriz n = 2000 rpm.De acuerdo al catlogo con estos datos se tiene
una banda de tipo B.
Dimensionamiento de polea motriz y conducida.El dimetro de la
polea motriz est determinado por el tipo de banda y el ngulo de
garganta de la polea. Se tiene:D2 = 125 a 190 mmSe escoge D2 = 125
mm para la polea motriz De acuerdo a la ecuacin tenemos:
Clculo de distancia entre centros. Existen dos criterios para
determinar la distancia entre centros I, cuando:
Entonces la distancia entre centros I se tiene:
Y cuando:
Se tiene:
En este caso tomamos el primer criterio ya que
Calculo de la longitud primitiva de la banda.
Donde:I = 337.5 mm Distancia entre centro
Reemplazando en
L = 1365 mm
Determinacin de la notacin de banda. Con la longitud primitiva
L=1365 mm y la distancia entre centros I=337.5 mm se determina la
notacin de banda (Anexo J), encontrando los siguientes valores:L =
1396 mm > L, entonces se tiene una nueva distancia entre
centros.
I = 353 mm Se requiere una banda B53 4.3.1.8 Determinacin del
ngulo de contacto en la polea menor y mayor. El ngulo de contacto
en la polea menor 2 se determina mediante:
Donde:2 = ngulo de la garganta de la polea menorD2 = Dimetro de
la polea menosD3 = Dimetro de la polea mayorRemplazando D3, D2, I
en se tiene
2 = 149.021 El ngulo de contacto con la polea mayor:
Donde Angulo de contacto de la polea mayor
Clculo de la potencia transmisible por banda. La potencia
transmisible por banda viene dada por la siguiente ecuacin:
Donde:Pb: Prestacin basePd: Prestacin adicionalCx: Factor de
correccin para arco de contacto < 180 CL: Factor de correccin
por el tipo de correa Con el nmero de revoluciones de la polea
motriz, n2 = 3600 rpm, el dimetro D2 = 100 mm y el tipo de banda
B53 1/4 se tiene interpolando.
Pb: 4.95Pd: 0.9Cx: 0.92CL: 0.9Remplazando en la ecuacin tenemos
que:Pu = (4.95 + 0.9)(0.92)(0.9) = 4.84 CV
Clculo del nmero de bandas. El nmero de bandas que deben estar
en este sistema de transmisin: Se determinan con la siguiente
ecuacin:
= 2 bandas
Diseo del sistema de limpieza.
Para la limpieza se utiliza un ventilador independiente
centrfugo radial, por ser recomendado para limpiar polvos e
impurezas tal como recomienda. A este tipo de ventilador tambin se
lo denomina caballo de batalla. Tiene las siguientes
caractersticas. Su rendimiento est entre el 55 a 69 % como se
determina en el (Anexo Q, R) El ruido que produce est en funcin del
tamao. Maneja volmenes de aire a altas presiones. Son los ms
adecuados para conducir corrientes de aire con alto contenido de
polvo e impurezas. Las aspas radiales son planas lo que permite
reducir acumulacin de materiales de impurezas. Son econmicos y
fciles de construir. No ocupa mucha energa.
Para elaborar y analizar el funcionamiento del ventilador, se
debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones: El ventilador
debe adaptarse al espacio disponible. Debe estar colocado al final
del sistema desgranador. Debe tener fuerza y velocidad de corriente
adecuada para limpiar polvos e impurezas. La relacin de transmisin
es la misma antes calculada, ya que el ventilador es independiente
del sistema de transmisin antes determinado.Para determinar la
velocidad que permita separar las impurezas de los granos del maz,
se hace uso de la siguiente ecuacin aerodinmica.
Donde:Fa: fuerza ascendiente del aire (N)C : Coeficiente
adimensionalAe: rea de proyeccin de la partcula perpendicular a la
VyVy: Velocidad de ascenso del polvo o impureza a: Densidad del
aire
La fuerza de la corriente de aire (F) se descompone en el plano
X-Y, puesto que el boquete de salida para las impurezas est
inclinado. En este caso la fuerza ascendente Fa es igual a la
fuerza componente Fy.Para que la impureza se eleve la fuerza
ascendente debe cumplir con la siguiente condicin:Fa > WiSi el
peso de la impureza Wi es mayor que la fuerza ascendente entonces
el cuerpo cae y no sube.Se considera que el ventilador limpiara
impurezas de hasta el 10% del peso del grano de maz.El peso
promedio por grano de maz es de Wm = 3.68 x 10-3 N, para el peso de
la impureza al 10 % seria
Diseo de la tolva.
El diseo de la tolva es muy importante ya que un mal diseo
producira un estancamiento de las mazorcas, debido a su
acumulamiento en el dosificador, debido a esto tendramos graves
problemas con el proceso de desgranado de maz. Analizando ventajas
y desventajas que presentan los diferentes tipos de tolvas, y en
funcin de facilidad de diseo y disponibilidad de materiales para su
construccin se opt por seleccionar una tolva de simple inclinacin.
Para disear y dimensionar la tolva se considera que en la misma se
alimentaran 10 mazorcas a la vez.
Las dimensiones de la tolva estn en funcin de: Longitud y
dimetro de la mazorca. Rozamiento producido entre las superficies
de la mazorca y la lmina metlica de acero. ngulo de inclinacin que
nos permitan evitar la friccin esttica.
Segn los anlisis realizados en la experimentacin con las
mazorcas se determin que a un ngulo de se produce la friccin
esttica la que mantiene a nuestra mazorca en reposo absoluto, en la
misma experimentacin pudimos determinar que a un ngulo de
garantizamos que la mazorca se deslice hacia el desgranador de una
forma eficaz. De las tablas 1, 3 y 6 tomamos los datos obtenidos en
la experimentacin para realizar el dimensionamiento del plato
inferior.
D = 0.055 m, L = 0.25 mM = 0.14 KgV = 4.18 m/s
Con estos datos determinamos la longitud aproximada del plato
por el que se deslizaran las mazorcas.
Clculo de volumen de mazorca. La geometra de una mazorca de maz
es muy similar a la geometra de un cilindro o tambin de un cono, en
nuestro caso tomaremos la frmula de volumen de un cilindro para
calcular el volumen de la mazorca.
Con la masa de 3.75* por mazorca.Si consideramos que est pasando
cada 3 segundos debe existir 2.16 Kg y necesitamos 2597 kg/hPara
completar la cantidad requerida se necesita 5.77 mazorcas por lo
que elegimos 10 mazorcas.
Para el dimensionamiento de nuestra tolva tomaremos en cuenta
que se alimentaran 10 mazorcas a la vez.
La tolva debe tener un volumen superior al calculado para las
diez mazorcas por lo tanto se dimensionara en funcin de estos
parmetros.
El rea total de la Figura es:
Con el rea calculamos el
Con esto se determina que las 10 mazorcas de maz caben
correctamente dentro de la tolva.