diseño y construcción de una máquina despulpadora de café ... · diseÑo y construccion de una...
TRANSCRIPT
-
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA MAQUINADESPULPADORA DE CAFE VERTICAL CON PECHEROS
FIJOS DE ALTO RENDI MI ENTO
CAL I
UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE
FACULTAD DE INGENIERIA
PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA MECANICA
1989
GUTLLERMo L. CARDEñ0 G.ANGEL A. PALACIO O.
FRAN KL IN ARTURO V I LL EGAS R .
-
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA MAQUINADESPULPADORA DE CAFE VERTICAL CON PECHEROS
FIJOS DE ALTO RENDIMIENTO
'J-!r
¡
,^i
dl
X
!\
!
GUILLERMo L. CARIEñ0 G.ANGEL A. PALACIO
FRANKLIN ARTURO VILLEGASI
l
,,,ri"-
Trabaio de grado Presentadocomo requisito Paracial Paraoptar al título deIngeniero Mecánico
Director: HEBERT JARAMILL0I .M.
wt ,, "'SiY#Lo"oililililililililtiltilililtilililtil||il-8fJf105*
UNIVERSIDAD AUTONOMA DE O
i FACULTAD DE I NGEN I ERIA- PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA MECANICA\
J 1989 |"""-r': -:'*-i\
L¿v¿ i
r;rirr'
l- *- . *=.----*-l
Nñún
xT_CCIDENTE
-
+ü)
,\ | \¿
a zr5),
Nota de Aceptación:
Aprobada por eI Comité de Trabajo deGrado en cumpl imiento de los requisi-tos exigidos por 1a CorporaciónUniversitaria Autónoma de Occidentepara optar al títul Ingeni ero
Jurado
ode
Cali, noviembre 21 de 1989
Mecánico.
Jurado
't1
-
Dedicamos esta obra anuestras fami I ias Porel apoyo que son entodos I os logros nuestros '
lll
-
H EBERT JARAMILL0, I ngen i ero Mecáni co , Jefe de Area .
MARTIN M0RENO, Ingeniero Agrícola Universidad de'l Valley vi ncul ado a I a tlni versi dad Autónoma de 0cci dente.
JAIME SANCHEZ R., Ingeniero Mecánico, universidad delVal I e y vi ncul ado a I a Un'iversi dad Autónoma de 0cci dente.
TALLER DE TECN0L0GIA MECANICA, de I a Universidad Autóno-ma de 0c ci dente .
CENTRO DE INVESTIGACIONES DEL CAFE
todas aquel I a S personaS qu9 en una u otra forma col abo-raron en I a reai i zaci ón del presente trabaio.
AGRADEC IMI ENTOS
Lo s autores expresan sus agradec imi entos :
A
A
A
A
A
A
iy
-
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION
1. OBJETIVOS2. MATERIALES Y METODOLOGIA2 .I DESPUL PADO2.1.I Materiales2.I.1.1 Tol va2.1.L.2 Vol ante2 .l .l .3 Ei e hori zontal
2.1.I.4 Agitador2.L.L .5 Basti dor o soPorte
2.1.1.6 Carter2.I.I.7 Pecheros o cuchillas2.L.1..8 Pi ñones2.1.L.9 Base2.1.1.10 Cami sa2.t.1.11 Cilindro2 .L1 .12 Ei e vert i cal
2 .7 .l .13 Gua rdas metál i c as
2.L.1.14 Rodamientos
pag.
1
9
11
t2
l2
t2
t2
13
13
13
13
13
14
14
14
l4
14
15
15
-
2.1.1.15 Tornillería2.1.1.16 Pecheros fiios?.2 GRADUACION DEL AL IMENTADOR2.3 REPOSICION DEL PROTECTOR DE SOBRECARGA
2.4 RETENES PARA LA PIEDRA3. LABORES ANTES DE LA DESPULPADA
3.1 CUIDADoS CoN LA MAQUINA
3.2 CUIDADO CON LOS FRUTOS4 . LA DES PUL PADA4.I DAÑOS DE UN MAL DESPULPADO4 .1.1 Granos mordi dos por I a máqui na
4.7.2 Granos trill ados por la despul padora
4.1.3 Granos con Pul Pa Pegada4.1.4 Granos pequeños que no despul pa I a
máquina
4. 1.5 Granos que se pi erden con I a pul pa
4.? SELECCION DEL MOTOR
4 .2.1 Motores el éctri cos4.2.2 Motores de gasolina
4.2.3 Motores de ACPM ( Di esel )4.3 RENDIMI ENTO4 .4 CAL I DAD DEL DESPUL PADO
4.5 CARACTERISTICAS DE OPERACI0N DE MAQUINASDESPULPADORAS
4.6 METODOS4.7 CALIDAD DE LA SEMILLA
pág.
15
15
16
16
18
20
20
2T
23
24
24
24
24
25
25
25
25
25
26
26
26
27
30
31
VI
-
5. DISEÑO DE LOS PECHEROS5.1 GEOMETRIA FUNCIONAL5.2 PROCEDIMI ENTO5.3 ANALISIS DE ESFUERZOS5.3 . 1 Cál cul o del peso5.4 DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LA BASE INTERIOR5.4.1 Tapa de la base interior5.4.2 Cíl indro de I a base inferior5.4.3 Di seño de 1 a sol dadura base inferior5.5 DISEÑO MECANISMO TRANSMISION5.5.1 Información pre] iminar5.5.2 Predimenci onami entp5.5.2.1 Predimencionamiento del módulo por
Lewi s
5 .5 .2 .2 Cál cu I o del fa cto r de forma5.5.2.3 Cál cu'lo del torque.5.5.2.4 Cál cul o módul o5.5.3 Cá1 cul o del esfuerzo presente5.5.3.1 Ecuación Barth5.5.3.2 Cál cul o carga tangenci al5.5.3.3 Cál cul o del ancho de cara5.5.3.4 Ecuación de esfuerzo presente5. 5. 3 .5 Cál cul o de esfuerzo contacto5.6 VERIFICACIOII POR ROTURA SEGUN AGMA5.6. 1 Expres i ón del esfuerzo de rotura en fat i ga
ple.
33
34
34
38
39
40
4T
43
46
49
49
50
50
51
52
53
53
54
55
55
59
59
60
v'r t
-
5.6.2 Dimensiones5.6.3 Lubricación5,7 DISEÑO DE EJES5.7.I Determinación de fuerzas en el eje horizontal5.7.1.1 Cálcu'l o de fuerzas de la correa5.7.I.2 Cálculos matemáticos5. 7 . 1 .3 Cál cul o de fuerzas produc i das por I a
transmisión cónica
5 .7 .1.4 Determi naci ón de radi os vectori al mente5.7.2 Diagrama de momentos flectores y cortantes
( Vert i cal es )
p1e.
63
65
65
65
65
67
67
69
70
77
72
73
74
76
76
78
78
80
81
B2
85
88
5.7 .3
5.7 .4
5.7 .4 .t5.7 .4.2
5.7.5
5.7.5.1
5.7 .5.2
5.7.5.3
5.7 .6
5.7 .7
5.7.8
Momentos fl ectores y cortantes. Diagrama(Transversal es )
Cál cul o del di ámetro de ej esCriterios de la ASMECál cul o del factor de seguri dad por I aecuaci ón de Soderberg.
Cál cul o de defl exi onesEn el eje 7En el eje J.Anal i zaremos el vol adi zo
Cálculo de la velocidad críticaVerificación por deformación torcional(Faires)
Determinación de cargas sobre el eje delral I ador.
5.7.8.1 Análisis de fuerzas y momentos5.7 .8.2 Determi nación del d j ámetro del eje por
I a ASME
viii
-
5.7.8.3 Diámetro del eje por torsión pura5.7 .8.4 Cál culo del factor de seguridad por
Soderberg.
5.7.8.5 Cálculo de deflexiones (punto b)5.7.8.6 Cálculo de la velocidad crítica5 .7 .8.7 Veri fi cac i ón por defo rmacj ón tors i onal5.8 DI SEÑO DEL VOLANT E5.8.1 Determinamos la energÍa cinética de'l
vol ante ( Ek )5.8.2 Determi namos I os esfuerzos sobre el aro5.8.3 Determinamos las dimensiones del aro5.8.4 Dimensiones del aro.5.8.5 Dimensiones de I os brazos5.8.6 Chequeo del vol ante5.9 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE AL IMENTACION5.9.1 Construcci ón Tol va5.9.2 Construcción aletas graduación alimentación5.9.3 Construcción agitador horizontal5.9.4 Construcción al imentador vertical5.9.5 Base superior5.10 SELECCION DE RODAMIENTOS Y BUJES5. 10. 1 Rodami entos del vol ante5. 10.2 Rodami ento del I ado del vol ante del ei e
horizontal
Rodami ento del I ado opuesto del vol antedel eje horizontal .Rodami ento del CarterRodami ento del pi ñón cón i co
5. 10.3
5. 10.4
5.10.5
pág
89
89
90
91
91
92
93
94
95
96
97
98
702
L02
702
L02
L02
103
103
103
104
106
L07
107
ix
-
5.10.6 Rodami entos superi or del eje verti cal5.10.7 Rodamiento inferior del eje vertical5.11 DI SEÑO Y SELECCION RALLADOR5.T2 SELECCION DE TORNILLERIA Y ARANDELA PORTA-
FUSIBLE
5.I2.I Tornillos de anclaje5.12.2 Tornil I os inferiores de sujeción pechero5.L2.3 Tornillo superior sujeción pechero5.12.4 Tornillos de sujeción de guardas exteriores5.1,2.5 Tuerca inferior del eje vertical5.L2.6 Tornil I o superior del eje vertical5.12.7 Tornillos para roda.miento eje verti.cal5.L2.8 Torni l'l os de tapa exterior del eje hori -
zontal
Tuerca del sistema fusibleTornil I os de sujeción de tapas sistemafusible
Tuerca de rosca 3/4'
T_o.rni I I os garvanzos de 7/4u x 1"Tornil I os de I a tapa chumaceraTornillos sujeción TolvaRemaches de sujeción de I as al etas degraduaci ón de al imentac'ión
5.12.16 Remache sujec ión babero base i nferior5.12.17 Arandela portafusible interior5.12.18 Arandela portafusible exterior5.13 SELECCION DE CHAVETAS
5.12.9
5.12.10
5.12.11
5.L2.12
5.12,13
5.12.14
5.L2.t5
Pag.
108
109
110
113
113
11.3
114
114
114
114
It4
114
114
115
115
115
11. 5
116
rr5
r.1 5
116
116
116
x
-
5.13.1 Chaveta del5.13.2 Sel ecci ón de5.13.3 Selección de
cónico y agi5.13.4 Sel ecci ón deBIBL IOGRAFIA
eje hori zontalc havetas agi tadores
chavetas para el pi ñóntador
chaveta pa ra el ral I ador
pag.
116
t20
722
1,25
1,29
x'l
-
ANEXO 1.
ANEXO 2.
ANEXO 3.
ANEXO 4.
ANEXO 5.
ANEXO 6.
ANEXO 7 .
ANEXO 8.
ANEXO 9.
ANEXO 1O
ANEXO 11
ANEXO 12
ANEXO 13
ANEXO 15
LISTA DE ANEXOS
PROPIEDADES TIPICA DEL HIERROFUNDIDO GRIS
PROPIEDADES TIPICAS DEL ACERO
CONDICIONES DE CONTORNO
VALORES DE DENSIDAD.COEFICIENTESDE VARIAC ION Y L IMITES DE CONFIANZAPARA LA MEDIA INFERIOR Y SUPERIOR
TABLA B-1 PROPI EDADES FISICAS MEDIASDE LOS METALES MAS CORRIENTES
TABLA 7.T PROPIEDADES A LA TORSIONDE SOLDADURAS DE FILETE
TABLA 7.3 PROPIEDADES MINIMAS DEMETAL DE SOLDADURA
DISEÑO DE ELEMENTOS MECANICOS
TABLA A-zL PROPIEDADES TIPICAS DEALGUNAS ALEACIONES A BASE DE COBRE
.ANCHO DE CARA
TABLA 11.5 FACTOR DE CORRECCION POROSBRECARGA K
FIGURA 12-21 TERMINOLOGIA DE GRANESCONICOS
FACTOR ANCHO DE CARA
TABLA 72.9 FACTORES DE DISTRIBUCION DECARGA APROXIMADOS K. Y C. PARA ENGRANEc0Nrc0s.
pág
13L
131
L32
133
134
135
136
136
737
138
138
139
139
xt l
140
-
ANEXO
ANEXO
ANEXO
ANEXO
ANEXO
ANEXO
AN EXO
ANEXO
ANEXO
AN EXO
ANEXO
AN EXO
AN EXO
AN EXO
ANEXO
16
t7
18
19
20
2t
22
23
24
25
26
27
28
29
30
TABLA 12-LO VALORES DEL COEFICIENTEELASTICO C.
TABLA T2-5 FACTOR DE MATERIALES KFACTOR DE ACABADO
FACTOR DE TAMAÑO
TABLA 11-8 FACTORES DE MODIFICACIONDE VIDA Y CONFIABILIDAD
FACTOR DE TEMPERATURA
FACTORES DE VIDA. RELACION DE DUREZA
DISTANCIA MINIMA ENTRE CENTROS
TABLA A-17 PROPIEDADES MECANICASDE ACERO
FACTOR DEL MOMENTO FLECTOR Y TORSOR
TABLA 11.6 FACTOR DE DISTRIBUCIONDE LA CARGA K
FACTOR DE FLEXION
TABLA 1. FACTOR DE FORMARESISTENCIA A LA TENSION SU, GPA
TABLA 9. VALORES MEDIOS DEL COEFI-CIENTE DE FRICCION PARA GRANOS DECAFE
pá9.
141
141
742
r42
143
143
144
145
146
L47
148
148
L49
150
151
Ls2
153
154
165
156
L57
ANEXO 31. RELACION RADIO MEDIORUEDA FACTOR K1
RELACION ANCHO DEL R
ESFUERZOS COM INADOS
POR ANEXO DE LA
IN. FACTOR K2EN LOS BRAZOS
AN EXO
AN EXO
ANEXO
AN EXO
ANEXO
32
33
34
35
36
DE LA RUEDA
DURACION EN HORAS
CAPACIDAD Y VELOCIDAD MAXIMA (RPM
C0EFICIENTES X e Y
xiii
-
pag.
ANEXO 37. DIMENSIONES DE LAS CUÑAS 158ANEXO 38. TABLA 3. PROPIEDADES MECANICAS DEL
HIERRO DULCE. 159ANEXO 39. LiSTA DE PLANOS, PLANOS DE DESPIECE
Y DE CONJUNTO 160
xiv
-
RESUMEN
El proyecto consiste en la construcción y diseño de unadespul padora de café vertical con percheros fi ios para serutil izada en I a actividad cafetera en zonas rural es con-el ectrificación. Su importancia radica qn que nuestro país
es cafetero y se nos plantea la necesidad de contar conmáquina, el ementos que mejoren y aumenten I a producciónde éste producto tan importante en la economía nacional.Es por ésto que uno de los fines es dotar al caficultorde una máqui na despul padora de al ta efi ci encia y con pocaspérdi das por daño del grano, es una máqui na novedosa y
con ella se podrá tratar cualquier tipo de grano sin aius-te previo.
La des pul padora será además una máqui na de senci I I a opena-
ción, baja en peso total, facil itando el transporte en
I as mo-ntañas cafeteras; I a máquina no necesita eI tradi -
cional si stema de ai uste de pecheros, el pechero es eldispositivo que junto al ral I ador se encargan de quitarl e
I a pul pa al grano del café si n dañarl os. La duraci ón delproyecto es de aproximadamente 20 semanas.
XV
-
I NTRODUCC ION
Durante muchos años, la humanidad se ha enfOcado en el apro-
vechamiento de sus recursos y durante los últimos años Se
ha preocupado por mejorar I os métodos y I as tecnol ogías em-pleadas en la utilización de esos recursos' a fin de que
los rendimientos sean óptimos en todos los procesos. Dfa
tras día, los informes de las investigaciones científicas
buscan ese fin.
COn ese mismo propósito, la presente obra se une a una serie
de eSfuerzos y dedicaciones hechaS por muchos hombres en
muchos I ugares del mundo, detrás de 'l a uti I i zaci 6n de un re-
curso que en nuestro medio no tiene la utilización que de-
biera y sobre el cua'l se están real izando muchos estudios.
Se trata de las despulpadoras de café, o descerezadora de
café. Su util ización en cantidades considerabl es y el apro-
vechami ento de suS cual i dades y cal idad por su pueSt0.
Durante el beneficio húmedo I a semil la de café puede ser
severamente dañada cuando es sometida al abuso mecánico y
el excesivo manipuleo, contribuyen al descenso del vigor yde la viabi'l idad de la semil'l a.
-
El presente trabaio muestra I os resul tados obtenidos en ex-
perimentos de despul pado de semil I as de café¡ dentro de ese
proceso de investigación anal i zamos otras máquinas despul -
padoras: Cordil'l eras y Comité de Caldas se investigaron di-
ferentes vel oci dades del ci I i ndro de I a despul padora ( 120 '140, 160, 180 y 2OO rpm) y diferentes cantidades de agua
pa ra el des pul pado ( 1, 2 I i tros de agua/ K6. de café des pul -
pago).
Se observó que en este rango de velocidades ni la velocidad
del c'i lindro (rpm), ni la cantidad de agua usada en el des-
pulpado influyen significativamente sobre la capacidad ger-
rninativa de la semilla. Por otra parter' S€ encontró que la
velocidad del cil indro no tiene influencia sobre la cantidad
de granos tri 1 I ados y granos mordi dos, obteni dos durante el
despulpado. Sin embargo, si influye sobre la cantidad de
granos sin despulpar y de pulpa que pasan a la masa de 9ra-nos despulpados.
Sem'i llas que sufrieron daño mecánico en su alme,ndra, reduje-
ron s'ignificativamente su capacidad germinativa; semil las
que fueron rayadas por aciión de la camisa en la despulpa-
dora redujeron su capacidad''germinativa desde 89.6% hasta
un 50. 4% y semillas que fueron mordidas disminuyeron su
capacidad germinativa desde 89.6% hasta un 40.4%.
-
Dado lo anterior se crea la neceiidad de producir centnaliza-
damente grandes cantidades de semilla de café variedad colom-
bia, para la cual se hace necesario la utilizaci6n de siste-
mas mecánicos para su procesamiento, la despul padora de pe-
cheroS vertical es y cil indro vertical que permita obtener
el máximo rendimiento sin causar la pérdida de la cal idad
de semilla.
Evaluamos el efecto del bombeo de diversaS relaciones de
mezcl a agua-café bajo diferenteS cabezas de descargas ' sobre
la pérdida de la cal idad de la semilla. Determinar las ca-
racterí sticas fí si cas y mecáni cas del despul pado. El benefi -
cio del café comprende una serie de pasos o etapas, todas
ellas de gran importancia. Estas etapas s0n:
Recol ecci ón Y reci bo
Despul pado
Fermentado
Lavado y cl asi fi caci ónSec ado , emPaque Y al macenami ento
Cualquiera de estas
ci ente, ocasiona una
se efectúa en forma defi-
mal a cal i dad .
da ñada durante el benefi c i o 'cal idad fi siol 6gica ' ensegui da
etapas que
semilla de
La semilla que es seYeramente
puede sufrir reducciones en su
-
o ci erto tiempo después que el daño ha sido causado, pudi en-
do ocurrir efectos latentes los cuales Se tornan aparentes
sol amente después de al gún ti empo de al macenami ento .
-
5
- DES PUL PADO
Es el proceso de despulpado del café. Es la primera 0pe-
ra
-
- pl at ina o pechero al imentadora : si rve para asegurar el
piso del café.
- Chumaceras de buie o balinera Son las piezas sobre el
cual gira el cil indro.
- Los piñones: Son dos ruedas dentadas que transmiten el
movimiento del ci I indro al eie al imentador. En al gunas má-
qu i nas el movimi ento es transmi ti do por cadena '
- Las cureñas: son dos piezas que sirven de base y s0por-
te para ensambl ar I as demás partes de I a máquina '
- Las cuñas y suS torni I I os: Las cuñas son unas pl ati nas
gruesas que sirven para hacer la graduación del pechero
acercándolo o separándolo del cilindro.
- Torni I I os tensores o suel tos: Son cuatro torni I I os I ar-
gos que si rven pa ra un i r I as cureñas entre s í '
- Eje al jmentador: Es el que permite el paso del café de
la tolva al pechero en forma regulada.
- El pechero: es la parte de 'l a máquina donde se detiene
el grano para ser desPul Pado.
-
- Cami sa:una de sus
der contra
Es la lámina de acero q de cobre
oaras un gravado dentado, el cual
el pechero la cáscara del café.
que ti ene porhace despren-
-
1. OBJETIVOS
En cumpl imiento de los obietivos generales, se tiene como
propósito lograr los siguientes obietivos.
En cuanto a la necesidad creada para desarrollar una tecno-
I ogía. Real j zar un proceso i nvest'i gati vo conducente a I a
obtención de ecuaciones. Que descri ben funcjonamiento de I a
des pul pa do ra .
Para facil itar I a compresión del funcionamiento de esta má-
quina tanto por técnicas como caficul tores ' dejar bases téc-
n'icas y operacional es.
En cuanto a la necesidad del campo: este es un objet'ivo pri-
mordial para nosotros ya que conocemos que otros tipos de
máquinas despulpadoras de 100 :kilos de café, C€reza, sólo
se obtienen 19 kilos de café trillado, tomándose lo demás a
pérdidas. AI gunos cafeteros cuidadosos en sus gastos cal cu-
lar que por cada kilo de café cereza se gastan $10.50 apro-
ximadamente en beneficio total, quedando un rendimiento $1.80netos por kilo de café procesado que equivale al L7%
-
En fincas aptas para el cul tivo-de café' con cafeteros tec-
nificados y que dispongan de maquinaria adecuada y mejores
técnicas de beneficio; se podrá tener un rendimiento may0r
si los costos de procesamiento del café son tan elevados y
I as mermas que sufre el benefjci ari o son tan grandes, debe-
mos tener cuidado al beneficiar la cosecha, para que los
costos y desperdicios, no se aumenten aún más de los enor-
mes que son. un descuido en el pechero puede dañar muchos
kj I os de café rebaiando todavía más el pequeño rendimi ento '
No debemos olvidar que en caso de que se presente un daño
sol amente tendríamos unas horas para reparar I a despul pa-
dora, pues al día siguiente tendríamos más café para des-
pulparyelcafénodaespera'puesunavezquesehare.colectado, entra en fermentación, produciendo calor' lo
cual OcaSiona dañoS en el grano tales comg una mancha ro-
jiza, pérdida de peso, lo cual le da al café mal olor y
sabor Posteri ormente.
Comparaci ón de I a despul padora vertical vs
tradicional, en eficiencia.
despul padora
La capacidad de 1a despul padora tradicional sólo puede ll
gar a 450 kg/hora trabaiando a un régimen de vel oci dad
130 RPM y una Potencia L HP.
e-
-
10
La idea nuestra es evol ucionar en el concepto de rendi.ni.en-
to en estas;máquinas teniendo como perspectivas una máquina
vertical que nos de una eficiencia de 1.500-2.000 kg/hora
con un régimen de velocidad 400 RPM y 2 HP.
Como una gran ayuda contamos con la electrificación rural
que ha sido un camino conque no se contaba antes en las zO'
nas cafetera.sjendo obljgatorio el uso de máquinas o de i.n-
dustria caSera que no tenían la adecuada tecnología para el
pr0ceso.
Nosotros noS permitimos dar un gran paSo para el meiOrami.en-
to y aprovechamiento de nuestros estudios profesionales,
convertidos en meioras para el campo.
-
- Reconocimiento de I
vi stas a caficul tores
fabricantes de desPul
2 MATERIALES Y METODOLOGIA
a necesidad real, a través de entre-
, Fedecafé, empresas distri bui doras y
padora s .
- Local i zacj ón. E1 presente trabaio fué real i zado en d
ferentes I ugares : FUNTEC ; ( Yumbo) La boratori o de Tecnol og
Mecánica ( CUA0 ) , tal I eres particul ares '
El objeto del trabaio es dotar al caficultor de una máqui -
na despul padora novedosa para tratar cual quier tipo de gra-
no sin ajustes previos y lo más importante, de alto rendi-
mi ento.
Esta despul:padora será además una máquina de sencilla ope-
ra icón, baia en peso total faci I i tando el transporte en 'l as
montañas cafeteras. contará con un sistema protector auto-
mático para evitar daños eR el si stema interno.
1-
1a
Esta máquina no necesita el tradicional sistema de aiuste
-
t2
de pecheros. .Estamos estimando que esta máqui.na despul pará
entre 2.000 Y 1 .500 ki I os Por hora '
Las actjvidades experimentales del trabaio se real izaron
en el desarrollo de las siguientes operaci.oneS del bene'fi-
cio del café: selección despulpado, secado, pesador €'rllpd-
que.A continuación se describe el materi.al y metodologí'a
en el clespul pado qu e es I a parte donde se apl ica I a má-
quina.
2,I DESPULPADO
2.I.I Materiales. Para I a eiecución de este experimento
se utilizaron las sigu'ientes piezas:
2.I.I.l Tolva. La cual posee las siguientes característi-
cas: pieza de aluminjo, su construccjón en forma de cono
o Venturi , posee al etag cle graduación de al imentación; es-
tas aletas son construídas en plástj'co.
2.7.L.2 Vol ante. Este posee dobl e funci ón, vol ante y po-
lea el cual está construído en fundición y va montado So-
bre el eje horizontal; es asegurado por medio de una tuer-
ca y a su vez tiene un seguro, éste va montado sobre un
dj sco que I o I I amamos porta-fus i bl e de acero de 10-20.
-
13
2.1.1.3 Eje horizontal . Su construcción en acero 1'0-20.En el va montado una serie de eleméntosque tienen una gran
funci6n, empezando por el vol ante, rodami entos, tapas pl ás-ticas, chumaceras, al imentadores pl ásticos, cuñas, pi ñónde ataque, separadores.
2.I.L.4 Agi tador. Es el el emento que acel era I a entradadel grano al proceso de despulpado, lo conforman tres pa-
I etas y está construído en p1 ástico reforzado y tj ene comoaditamento con buje en el cual descansa el eie que I e pro-duce su movimiento.
2.L.1.5 Bastidor o soporte, o tambien denominada base,esta pieza está fundida én aluminio y tiene como funciónser la base de los elementos de transmisión, posee unbosin el cual al oja e1 eje vertical .
2.I.L.6 Carter. Su construcción en alumin'io hace que seaun dispositivo I iviano, y que no encara trabajo y el cualaloja los engranajes y el lubrjcante; es una pieza hermé-tica.
2.t.1.7 Pecheros o cuchillas. Hecho por fundición su ca-lidad a la hechura debe ser perfecta y;que no tenga desper-fectos por fundición, tales como huecos o protuberancias(grano de hi erro ) en I os canal es.
-
14
2.1.1.8 Piñones.su característica
Son de construcci ón
cónicos.
en bronce fundido y
2.t.1.9 Base. Su construcción se hizo en lámina de cal i-bre 3/B y uniones soldadas, con sus respectivas oreias de
ancl aje.
2.1.1.10 Camisa. Su función es picar uniformementer, esconstruído en lámina de acero inoxidab'l e, su particularidadson sus dientes, que hacen el proceso de descarece y estáasegurada con punti l'l as y unos taches.
2.1.1.lL Cil indro. Es la base del rayo o camisa y estáfundido en al uminio por su característica de diseño I os
hemos denomi nado vol ante 2.
2.L.t.LZ Eje vertical . De construcción similar al hori-zontal de acero L0-20; sus características de trabaio son Iposee en la parte superior la base para ubicar el'piñónde I os di entes (rueda) I o cual está sujetada con un torni-llo de rosca NF 3/8" de diámetro por 1." de largo con aran-del a de seguridad, ubica dos rodamientos para transmitir
el movimiento al cil indro ral I ador y éste está aseguradocon un cufrero y su respectiva tuerca con arandela de segu-ridad. Hace su centro en la base inferior a través de unbuj e de tefl ón .
-
2.1.1.13
la máquici I índri
mon taj e ,
nio.
15
Guardas metál icas. Estas son tapas que cobijan
na y son de protección, su construcción en forma
ca di vj di da en cuatro secciones para el fácil des-
están hechos en lámina L0-20 en material de alumi-
2.1..L.14 Rodamientos. Sus características rígidas de bolas
sell ados de fácil adqui sición en el mercado.
2.t.1.L5 Tornillería. Por selección tornillos de grado 5
con arandel aS, Y arandel as de seguri dad provistos de tuer-
cas.
2.1, .I .16 Pecheros f i jos . Todos I os pecheros pueden rern0-
Verse e i nstal arse si n necesidad de remoVer I as col umnas
que unen el cuerpo superior o bastidor con la;base de la
máquina. El montaie y ca'l ibre los pecheros uno p0r un0
no se debe apretar compl etamente, I os torni I los Se sujetan
el pechero al bastidor o base para poder ubicarlo correcta-
mente con respecto al ral I o o camisa. Con una I ámi na de
calibre 20 verifique el juego entre el rallo y e'l labio
des pu1 pador. Gi re el cj I i ndro con 1 a mano por I a parte su-
perior de la máquina o con el Volante y cerciórese que no
hay superficies rozando entre el pechero y camisa. Una vez
cal ibrado el pechero apriete I os tornil I os superior e in-
ferior de fijación. El ajusta del pechero es una operación
-
16
que la debe hacer un mecánico de acuerdo con -el manual de
operación y mantenimiento. Sin embargo con un poco de cui -
dado el caficul tor puede hacerl o en I a forma sigui ente:
observar si el tambor está bien ajustado en los empotrami'en-
tos pues si tiene iuego es imposjble hacer un buen aiuste'
También se debe observar que el eie del cil indro esté bien
centrado.
Con esta ej ecuci ón de $raduaci ón y aj ustes I a despul padora
debe operar si n ni nguna di fi cul tad.
2.2 GRADUACION DEL ALIMENTADOR
La graduaojón de al jmentación de la máquina'de acuerdo con
la calidad y tamaño del grano a despulpar, de acuerdo con
el estado de la cosecha. Para ésto desplace hasta afuera o
hacia adentro I as a'l etas de graduación de I a al imentaci6n,
ubjcadas en la parte posterior de'.la tolva. Al f inal de cada
cosecha verifique el estado de'los rodamientos y piñones'
I 'impie y engrase 'los componentes i nf eriores del carter.
2 .3 REPOS I C I ON DEL PROTECTOR DE SOBRECARGA
En el momento en que la máquina recibe el impacto de un
objeto extnaño duro se rompe el pasador fusible de arrastre
del protector.
-
T7
Para establ ecer I a operación de I a despu'l padora procedemos
de la siguiente forma:
- Desconecte el motor
- col oque un nuevo pasador de I os provi stos con I a máqui na
en alguno de los aguieros de los discos localizados en el
frente del vol ante. 0bserve que" el pasador sal ga al otro
extremo y dobl e el pasador en ambas putrtas '
- Remueva el tornillode la.tolva y levanteésta de 1 a máqu i na .
localizado en la parte baja frontal
la to,hva con ambas manos retirando
- Gire cuidadosamente rel volante en sentido contrario al
normal de trabaio, hasta I ocal i zar el obieto extraño en
a1 gunos de I os 6 chorrros o pecheros '
- Trate de sacar el obieto por la parte superior de los
pecheros con un alambre. En caso de que no isea fácil con
el al ambre, qu'ite I as guardas metál icas .exüeriores o fal -
das . Sol tando I as mari posaS que I a sosti enen suel ten I os
tres torni I I os que sui etan el pechero al basti dor y a I a
base reti rándol o del ci I i ndro importante usamos únicamente
ga'l vanizado de 7/64. Para el fusjble pasador' el uso de
material no recomendado puede ocaSionar daños a I a máqui na '
-
18
- Reti re obi eto extraño .
- coloque el pechero, los guardas y la tolva con sus tor-
nillos y tuercas teniendo en cuenta que la üolva encaje
en I as ranuras de I os dos compl ementos pl ásticos.
- Iniciamos nuevamente nuestros beneficios '
2.4 RETENES PARA LA PIEDRA
Para defender I as cami sas contra I os dañoS ¡ rSe usan tanques
y trampas que no deien pasar las piedras ni los ohietos me-
tál j cos, pero que requj eren buena canti dad de agua corri en-
te para Su funcj onami ento. Tambi én puede usarse un canal
de conducci ón del café desde I a tol va hasta I a despul pa-
dora, al cual Se le adapta un desarenador. 'Este canal pue-
ser de concreto, madera'o PVC.
De construíren concreto o madera Sus dimensiOnes pueden
ser las s'iguientes:
Altura: 10 a 25 cm
Ancho: 1.0 cm
Largo: 1 p necesario para cada i nstal aci ón.
Para que funcione bjen se debe construír con desnivel del
-
19
2% (dos por ciento). EL canal puede cubri.r con una tapa con
hendiduras a los lados para que salga el agua sobrante'
pero no tan amplias que dejen escapar los granos. Antes de
I I egar a I a tol va de máqui na se i nstal a un desarenador,
para progeger I a despu'l padora de materi al es extraños. El
desarenador debe tener una compuerta o tapón para efectuar
I impjezas periódicas.
I
-
3. LABORES ANTES DE LA DESPULPADA
Fuera de I as i nstahaciones y trabajos ya i ndicados, el ca-ficul tor debe ejecutar ci etas labores antes de iniciar eldespul pado de todo pase de café.
3.1 CUTDADoS CON LA MAQUINA
El caficul tor debe tener los siguientes cuidados con lamáqu i na despul padora.
Asegúrese de que I a máqui na esté I impia, si n granos ni
pul pa s de I a o perac i ón anteri or .
- 0bservar que la camisa esté bien, su estado y aiuste alcilindro.
- Engrase de engranaies, revisi6n de rodamientos chumace-ras.
- Mover la máquina con la mano para ver si hay cuerpos
-
27
extraños, tales como piedras. Esto es muy importante en'l as
máqui nas movi dad con motor.
- Tomar una mrlestra del café que sale por los canales cuan-
do Se empiéce a despulpar, para Ver si salen granos mordi-
dos. En tal caso se debe revjsar el estadd del pechero
(sus venas y canal es ), así como el a juste y e'l estado de
I a cami sa.
- Tomar también una muestra de pul pa para ver si. quedan
granos enteros, 'l o cual indicará que el pechero quedó muy
separado.
- Se deben tomar muestras durante todo el proceso del des-
pulpado, pues un daño en la miquina puede hacer que muchosgranos se vayan con'fl a pulpa o mordery trillar una gran can-
tidad de ellos.
- No esperar que I a cami sa esté compl etamente arrui nadapara cambi arl a.
Es conveni ente recordar que se debe tener un ci I indro con
cami sa nueva como repuesto.
3.2 CUIDADO CON LOS FRUTOS
Antes de i ni ciar el despul pado se deben tener I os si gui en-tes cu i dados con I os frutos .
-
22
- Remojar los frutos cuando estén muy secos.
- Usar tanques de madera o de eternit, si Be es un produc-tor pequeñ0, no usar canecas de hi erro porque el pergami nose mancha.
- Col ocar el tanque con bastante agua sobre un pi so i.ncl i -nado, así los cuerpos extraños como las piedras, quedan e-el fondo después de sacar el café con cuidado.
- No dejar el café en los tanques más de 72 horas porquese mancha y pierde peso.
- Uti I i zar el tanque $i fón si se es un productor grande.El tanque sifón sirve para remojar I as cerezas, para sepa-rar les frutos vanos o con una sola almendra que quedanfl otando y , pa ra retener l as pi edras y ildS arenas .
-
4. LA DESPULPADA
La mejor manera de evitardaños,enel café es despulpar elfruto el mismo día que se recolecta. Si por alguna causano se puede despulpar el mismo día, se debe dejar el caféen un tanque, ojalá con agua corriente para despulpar enla mañana siguÍ:énte.
Si ésto no se puede hacer, se deja el café cereza en cos-tal es abi ertos, separados unos de otros, en un sitio fres-co y ventilado.
El café cereza no se debe guardar en sacos plásticos o dete j'ido apretado, porque I a f al ta de ai re hace que I a cerezase caliente y manche el pergamino.
En a1 gunos pa íses, el café cereza se seca s i n di scul pa rse,pero la despulpada ayuda a conservar la cal idad y permiteun secado más rápido y parejo. Mientras mas madrua y jugosaestá la cereza, mejor y más fácil será la despul pada. Cual -quier máquina bien graduada,. despul pa el grano hien reco-I ectado. Por el contari o, I as mej ores máqui nas tri I I an y
-
24
4.1 DAÑOS DE UN MAL DESPULPADO
Los daños que sufre el café por un mal despulpado y que re-
bajan su precio, son I os siguientes:
4.1.1 Granos mordidos por la máquina. Esto facilita laentrada del hongo que produce el "cardenillo", el cual puede
echar a perder un lote de café. Cuando se echa húmedo, losgranos mordi dos se parten en I a tri I I a.
mu erden
ba.
4.L.2
p0r n0
secados
longado
el café verde, l os granos pi ntones y l a "guaya-
Granos tnil 1 ados por I a despul padora. Estos granos,tener pergaminos, s€ secan primero y resaltan sobre-
, S€ oxidan o "doran" durante el almacenamiento pro-y son atacados fácilmente por el gorgojo.
Estos daños son producidos por un pechero en mal estado (ve-
nas y canales sin aiuste adecuado) o por una camisa en malestado (dañada o con los dientes muy agudos y dispareios).
4.1.3 Granos con pu1 pa pegada. Esta pul pa se enmohece yel grano adquiere mal sabor. Estos granos se concen como"media cara".
-
25
4 . 1 .4 Granos Pequeños que no
cerez&s que tienen Poco mucíl
man l as " guayabas " que son de
prrec i o del I ote del ca f é.
despulpa la máquina. Las
ago y I as cerezas secas ' for-
muy baja cal idad Y rebajan el
4.1.5 Granos que se pierden con la pulpa. Generalmente se
debe a un pechero desaiustado o en mal estado, o a una ca-
mi sa dañada. La abundanci a de granos enteros en I a pul pa
y los granos partidos o mordjdos, pueden dar una gran pér-
dida.
Todo lo anterior demuestra la necesidad de vigilar constan-
temente el f uncionami ento de I a máqu'i na despul padora ' para
hacerl e I os arregl os oportunamente '
4.2 SELECCION DEL MOTOR
4.2.1, Motores eléctricos. Los mejores son los eléctricos,
que vienen en diferentes ;potencias. En general para moVer
una despulpadora se toma desde I/2 HP'
4.2.2 Motores dergasolina. cuando no se dispone de elec-
trici dad, S€ pueden empl ear motores de gasol ina ' Estos vie-
nen de 2, qt/Z o más caballos de fuerza IHP). Debe tenerse
en cuenta que un motor de gasolina gira entre 2.500 y 3'000
Fptrlr A1 gunos motores traen una caia reduCtora de veloci-
-
z6
dades y en estos motores se debe tener en cuenta las revolucio-
nes de'l reductor.
Los motores de 3 caballos (HP) con reductor, giran a 600
rpm y la polea o volante del motor debe ser de ql/Z pu'l ga-
das . No requieren contraeie.
4.2.3 Motores de ACPM (Diesel). Estos motores giran a
1.800 revolucjones por minuto y son de 31/2 caballos de
fuerza [HP) ;l a instal ación y cál cul o de pol eas es simil ar
a I a que Se hace para I os motores el éctnicos de 'l .800 revo-
I uc i ones por mi nuto .
Segui damente Se ajustaron l as condi cj ones de operación "de
I a máqui na, vari ando I a vel oci dad del motor hasta obtener
la velocidad desea en e'l eie de la despu'l padora. Finalmen-
te se iiaba la cantidad de agua para el despulpado'
4.3 RENDIMI ENTO
Para cada una de las observaciones hecha pOr tratamiento'r
se determinará el tiempo de despulpado de 20 kg de café
cereza.
4.4 CAL IDAD DEL DESPULPADO
La calidad del despu'l pado se analizó en base a la normaIcontec [16).
-
27
La cal idad del despul pado se cuantific6 en base a deter-
mi naciones de:
- Granos tni I I ado s
- Granos mordi dos
- Granos sin desPulPar
- Pulpa en el grano
- Grano en I a Pul Pa.
para determjnar los anteriores aspectos se procedió de la
siguiente forma: Durante el despulpado de cada una de las
unidades experimental es (20 kg. de café cereza), se toma-
ron periódicamente muestras tanto de la pulpa como del ca-
fé proveni ente de I a máqui na. Con estas muestras Se confor-
maron dos muestras totales, una del café despulpado y otra
de I a pul pa.-Estas muestras fueron puestas a escurrir de
agua durante una hora
4. 5 CARACTERISTICAS DE OPERACION DE MAQUINAS DESPULPADORAS
- Despul padora cordi I 1 eras No. 3. La cual posee I as s i -
gu i ente caracterís ti cas :
. Ci I i ndro hori zontal de acero, cerrado I ateral mente con
un diámetro de 19.1 cm.
-
28
. Número de chorros 3
. Rendimiento: 960 kglhora a 180 rpm. (revoluciones del ci-
I i ndro por mi nuto ) .
. Potencia de acci onami ento : 3/4 hp.
. Cami sa de acero i noxi dabl e remachada
. Acc'ionamiento del al jmentador de grano por medio de ca-
dena, el cual gi ra en el mi smo sentj do del ci I i ndro.
. Graduación del pechero por medio de dos tornillos.
. Freno automático de seguri dad contra obietos duros.
. Volante acanalado para banda en rrVrr diámetro 42 cm.
- Despul padora marca Comi té Cal das No. 3 cuyaS caracteri s -
ticas son:
. Cil indro horizontal de acerto abierto lateralmente, diá-
metro de 19.1 cm.
. Número de chorros: 3.
' Rendimiento: 450 kg/hora a 180 rpm (revoluciones por mi-
nuto).
. Potencia de accionamiento 3/4 Hp.
. Camisa de cobre
. Accionamiento del al imentador de granos por medio de en-granajes de piñones, el cual'gira en sentido contrario al
cilindro.
-
29
. Gr:aduaci ón del pech-ero por dos cuñeros accionados por
cuat ro torn i I I o cada uno .
. Diámetro del vol ante 38.1 cm.
- Una doble zaranda cilíndrica rotatiya de harras parale-
I as, enl a cual se cl asi f icó el caf é cereza (-cl asi f icaci.ónpor tamaño. La Separaci ón entre I as barras para I a zaranda
interior y exterior eran respectivamente 13 y 11 mm respec-
ti vamente. La vel oci dad de rotaci ón de I a zaranda era de
30 rp.m.
- Una balanza con capacidad de 500 Lg y precisión de O.2
kg con al cual se pesaron las cantidades de café cereza'
necesari as para cada prueba.
- Un tacómetro de carátula marca Jaquet, un rango de medi-da de 30-12.000 rpm,.r" cotl el cual se dete,nminó la velocidaddel cilindro de la despulpagado.
- Un motor de velocidad variable marca ASEA' con rango de
variación de 650 - 1.300 - 2.600 rpm. a f1. - 3.2 - 6.5Hp, tres fases, con el cual se obtuvi eron las diferentesvel oci dades en el ci I i ndro de I a despul padora .
- Una fuente de agua y vál vul a para regul ar I a canti dadentregada a I a máqu'ina; ésta se di stri huía uni f ormementeen la máquina, mediante la utilización de un tubo de PVC"
UnlversirJod ¡ulurr{jrrn í1e
Se;rión Iii1li¡tqr'
-
30
de presión de 1/2" de diámetro, al cual se Ifo raciones de 5 mm. de di ámetro, reparti das
tubo.
e
a
hicieron per-
lo largo del
- Una bal anza el ectrónica marca METTLER ' con capaci dad de380 gramos y sensibil idad de 0.1 mg. la cual se utilizó pa-ra determi nar I as canti dades de grano tri I I ado, grano mor-di do, pul pa en el grano y grano s i n despul par.
4.6 METODOS
Se rea'l izaron diez tratamientos de despulpado, resultado de
I a combinación de cinco velocidades del cil indro de las des-pulpadoras (120,140, 160, LB0, 200 rpm.I y dos niveles de
agua (1 I itro y 2 litros de agua por kg. de café despulpado).
Se hi ci eron di ez observaciones por tratamiento, cada una
resultante del despu'l pado de 20 kg de café cereza.
Con el fin de uniformar el tamaño de las cerezas para laspruebas, cada I ote del café se pasó por un cl asi ficador dedoble zaranda. En la zaranda interior se retenían las ce-rezas cuyo diámetro menor era süperior a L3 mm. La zarandaexterna que recjbía el café que pasaba la zaranda jnterna,
retenías I as cerezas con di ámetro menor superior a 1.1 mm(cafe normal ).
-
31
Todas laS pruebas Se realiza¡ion con el café retenido en la
segunda zaranda.
El café clasificado se homogenizaba sobre una superficie
ampl ía, volteando toda la masa hasta observar una buena
di stri buci ón en el I a de I os granos verdes, pintones, nadu-
ros , etc. Después de uni formado el café, S€ procedió a for*mar I as uni dades experimental es, tomando al azar de diferen-
tes partes de la masa, PeQueñaS cantidades de cerezas hasta
compl eta r 20 kg .
Una vez escurrridos,se paSaron 300 gramos de cada una' los
cual es se anal jzaron seleccjonando los granos trillados,granos mordi dos, pul pa en el 9ranO, granos sin despul par'
y granos en la pu1 pa.
Cada uno de I os componentes antes mencionados ' se cuanti -ficaron en peSos y Se eXpresaron comg un pOrcentaje del pe-
so de la muestra.
4.7 CALIDAD DE LA SEMILLA
La calidad de la
nó,, a Dartir de I
café despul pado se determi.*
germi naeúón.
semilla en
a s pruebasel
de
De la muestra utilizada para la determi naci ón de la calidad
-
32
del despul pado, en cadaqueña submuestra para I a
tratamiento, se extnajó,una pe-
prueba de germi naci ón.
De cada submuestra se seleccionaron al azar 200 semillasnormal es (excl uyendo I os granos monstruos, caracol eS, trián-
gu1 o, etc . )
A estaS semjllas se les retiró manualmente el pergamino cOn
el fin de acelerar la germinación. Para la desinfección de
las semill as fueron Sumergidas, por un tiempo de 30 minutos
aproximadamente, en una sol uci ón de Di'fol atan + Benl ate
(2 .5 g de Di fol atán + 0 .6 g de Benl ate en un I i tro de ir,
agua desti I ada ) . Transcurri dos I os 30 mi nutos, fueron So-
metidos a treS enjuages con de.stilada; Con €l fin de remo-
ver cualquier residuo de la solución. Las semillas Se sem-
braron en cajas pl ástj cas en grupos de 50 col ocándol as so-
bre un.,papel absorbente que mantenía una reserva de agua.
Los registros de germinación se hicieron durante un meS a
i nterval os de c i nco días.
-
5. DISEÑO DE LOS PECHEROS
Hemos determinado el número deun número menor no garantizamos
para eficiencia esperadal
Tambi én se
rimental y
determinar
chorros.
Para el diseño de este el ementoefecto de columna y debemos analla fuerza que ocasiona fl exión,la deterninación de la geometría
pecheros en seis
un flujo normalque con
producto
ya
de
ha hecho as í debdio a que esta máqu,iina es expe-no contamos con información técnica, Se logróque en una máqui na hori zontal se ti enen cuatro
tomaremos muy en cuenta el
izar si la fuerza axial yqué infl uencia tiene para
Determinaremos el factor JGfecto de columna) que es unaequivalente a esfuerzo ficticia relacionado con el esfuerzoén el lfmite de fluencia en la misma forma que la cargareal éstá rel aci ona con I a carga crítica.
-
34
Util izaremos las expresiones de Euler t Jhonson para com-parar y determinar con la relación kfL (esbel tez) el tipode col umna.
El material es hierro gris de fundición.
5.1. GEOMETRIA FUNCIONALWx
$c3l
l,úx
l.lx
W/6 Sen 30
Wl6 Cos 30
5.2 PROCEDIMI ENTO
Del libro AllEsbeltez = e
en Hal I pági na-L
Kmi n.
46 determi nanos rel aci ón
L Longitud
-
35
A = Area : b x d.
K = RaCio gi ro mínimo
? ^ a, v ñ ,'r3 a, - 4Imin = bd" _ 5.62 x 0.31 pul g.+ = 0.031. pul g.*
12 1,2
A = [d = 5.62 pulg. x 0.31 pulg- = t-74 pulg.2
Kmin = Radio giro mínimo
\ /Trit-v - \/N_\/A
Imin = momento dp inercia mínimo = bd312
r / )31 oulq.4Kmin =\/ o't - ,V t.74 pul g."
Kmin = 0.133 pulg.
e = I 5.62 pulg. = Qz.l3Kmin 0.133 Pulg
Igualando la ecuaei,6n de Eu'l er y Jhonson nos queda la
s i gu i ente ecuac'ión:
\ l-rc {' ;v*L =eK =o
-
36
sy=
c
El val or obteni do Por I a ecuaci ón
rando con I a esbel tez obteni do de L
si L/Km'i n
S1 L/Kmin
L/K =
L/K = 1 .49 5. 39
Esfuerzo I ími te deAnexo 2.
se detérmina comPa-
in.
Usar Jhonson
Usar Eul er
Módulo elasticida PSI = L0 x 106 PSI Ver Anexo 1 -
= 33.000 PSI Verfrecuenci a PSICl. ,,0-¡ r..¡ '
Condiciones c^ntorno= ll4 extremo empotrado y otro
libre de Allen Hall Ver Anexo 3.
o/Km
Sy
330oo Li b/ PL62
Debemos usar 1a expresión de Jhonson para el cálculo de ¿
-
37
S
¿=
4C Tr2 E
33. ooo (42.].3IzP s'i
4l/+ rz x 1.0 x106 Psi
0.59
2.45
33 .ooo Lib/Pü1;g82.4? 7IB/Pul g
equi val ente
¿=
¿=
EQ't
Sy
Fs
es el esfuerzo admi si bl e
(fad
esfuerzo fl uenci a
Sy
S EQ.
FS 400
-
38
Oomen ta ri o
Este eS un val or realmente el eyado pero priman las necesi -
dades func i onal es sobre I as de di seño en este caso.
Como proyecto, pensamos obtener los pecheros de plástico
reforzados como una optimi zación de la máquina.
5.3 " ANAL ISIS DE ESFUERZOS
( =¿ F + MxcA I Línea neutra
= Coefi ci ente de Pandeo
F = Fuerza LIB/
A = Area pul g.2
M = Momento L IB - Pul g.
f, = Di stanc i a al ej e neutno, Pul g .
Ittt = Momento incercia respecto al eie neutro
Wx = Componente del Peso en X (LlB)
l¡¡y = Componente del peso en y LaxialmenteL LLtB)
L = Longitud (Pulg.)
M = [¡lx L LIB. PULG.
-
39
5.3.1 Cál culo del peso. La densidad aparente media del
café (onm) es igual 700 kg/M3 dato obtenido publ icación de
Cenicafé 1985. Vol umen 36 (Ver Anexo 4) '
Capaci dad de I a tol va = 0 .065 M3
Peso = 700 kglM3 x 0 .065 M3 = 45.0 kg
Peso = 45.0 + 10 = $5 kg.
Pe so el men tos : 10 kg .
Tomamos 60 kg. como rango de seguridad'
Feso total 60 kg = 120 libras
Número de pecheros = 6
l{x - ld Sen 30 - L?o sen 30 = 10 LIB
py = W co, 30 = t?o Cos 30 = 17-32 LIB-66
l'l tomamos r como base el número de pecheros6
M = l.lx.L = 10x5.61 = 56'? LIB-PULG'
66
? - - -^3bd" 0.31 x 5-62ILI\ = _t2 t2
= 4.58 pul g.4
-
^ I.77L=2
pul g 0.885 pulg
A Area transversal 0 .31 x
q Compresión
t.77
McF
A
C Compresión - 2.45 x t7.32 LrgO .U4, ,r1g.2
LIB
*t n.'f Compresión = - 77.57
A Compresi6ri 288.42 LIB/Pul g
McF +A
{ Tracción
Cf Tracci ón 66.72 LIBRul g .2
5.4 DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LA BASE INT ERI OR
La base interior está conformada
Tapa de la base interior
Cil indro de I a base interior
40
0.547 pulg.2
56.2 LIB/Pulg. x0.885 Puls.
4. 58 pul g.4
10.85 LIB/pulg.
por I as siguientes Partes:
-
4L
5.4.1 Tapac i al de tapabase, según
de la base interior.que s.e pueda asumi r
q9¡g -$€ muestra
Consi deremos
empotrado en
un di feren-
el cilindro
T;
b
h
L
t^l
7
ancho [mm)
al tura (mm)
longitud (mm)
peso ( kg )
,a.
-
/t p-L--tSi.-{
momento de inercia Polar
Para el s i stema tenemos que la deformación máxima es:
v mái
6omo :
?tlL "=-
3 EI
?bh'n
1,2 l^ll
-?
3 Ebh-Y máx
reempl azando tenemos:
-
wPeso de la cereza + Peso de las piezas
6
Se divide entre 6 porque son 6 albtas.
t20 lb
42
9ks
la tabla B-1 r Anexo
t^l
L 0.015 metros
2.L x 106
20 lb
kg tomado de2
cm
6
[ve
5)
mmSea una deformaci ón permisible de: 0.15
Ymáx (0.015 m ) (0.15
m
mm\I
m
Ymáx 2.25 x -4.10 cm
De la ecuación C despeio
@3 eb Ymáx
h
h
h = 0.65 cm
3 (1.e x tou 9, ) (r cm)cm
(2.25 x 10-4 cm )
-
43
Para su construcción se seleccionó una lámina de hierro de
314". Laminado en caliente.
La lámina se enrolló formando un círculo y luego se soldó
en sus extremos con electrodo E 6016.
5.4.2 Cilincro de la base inferior. consideramos unafuerza Ft según como se muestra en el esquema:
Ft
hl
Wp
Wp
l¿Jp
tl + I,lp
L20 lb
peso de
= peso del café
I os 6 pecheros
6x
2L
3.5 lb.
lb.
Por tensión simpl e tenemos
DeG.pt rT
-
44
Tomamos: ! = 2.90 mm = 11.4 pulgadas = diámetro
(c = ltoo k9 = 19.800 PSI (ver Anexo 5)cn2
(e = esfuerzo A compresión
e = espesor de la platina
Despejando delaecuac,ión 2 tenemos:
2Fte=r D 6c
2 (r41 lb)g-
(") (11.4 puls) (29800 'o ,pul g.-
e = 2.6? x 10-4 pulgadas
Por ci 1atrl adura tenemos
T = Torque lib - pulg.F = Fuerza (lib)
FDl=2
_ 2 TF=
-
45
r _ 63.000 HPn
Entonces:
F= (2) (36.000) HP;Dxn
Hp = 1.5
P = 11.4 pul gadas = di ámetro
n = 400 rpm.
(2) (0g.ooo) (t.s Hp)(11.4 pulgadas) (400 rp.m)
FT=A
F=
F = 4I.4 lb.
Entonces determinamos el esfuerzo constante
-FnD e
2
2FL-
nD e
-
46
Despejando e ten emo s :
F 4t.4 I b
2.500 kg "^2
11.4 pulg.
2 (4r.4 ]b)( 35.500 I b
.2pu4rg.
(3.1416) (11.4 pulg)t
g= 2FrnD
35.500 D,pul gi
t oma do
An exo
B-1 (VerTabl a
5)
D
e
Por construcci ón sel ecci onamcis una I ámi na de hi erro
pul gadas esti rado en cal i ente.
e 6 .,5
Comparando el e.3y el e =
8
que este esPesor
x 1o-5 pulg.
e= 3-
= 2.62 x 1.5-4 pulg- por tensión simple,pulgadas por construcción podemos observar
es mugho mayor.
5.4.3 Diseño de la soldadura base inferior. Se supone que
toda I a I ínea ci rcunferencial del tambor ti ene so'l dadura,
pa ra cons i derar I a sol dadura como un I ínea .
La soldadura está sometida a torque, POF tanto los esfuer-
zos son:
-
47
SS
Ss
TyJ
0.5 5u
0.707 l.l1 Ju
2 n"r3
0:707 !t 2 ny3
Tomado de la tabla 7-l Shigley (Ver Anexo 6)
Ju
Ss
J+
Ju
esfuerzo a la
momento po1 ar
momen to po I a r
cizalladora
i nerci a
de inercia unitario
Reempl azado en Ecuación 3
wt Espesor C al tura de I a sol dadura
-
48
TYSS
SS
I{l =
Su
bl1
0.707 Ht 2 nt3
T
0.707 wt 2 n"rz
despejo WL :
Reempl azando SS
tl10l 55u 0.707x2nyt
T 236.25 I b:pul g.
2 n\2
= 0.55u tenemos
T
Ss 0.707
6z. ooo +,m
tomado de la 7-3 Sh'igley (Ver7)
(5.7 pulg.)2
TablaAne(o
236.25 lb - pulg
Wl = 5.28y la altura
(2 ")
seccl0no
pul gadas.
(0.5) ( 62.ooo IU 2(0.707)Pul g'-
10-5 pul gadas Se
es igual a 3/16X
Hi
un electro E6016
?fl5r1¡0 l¡rii,iru|iJ {li. riaiCtlll5 err;ó n 3 if li,¡r 11"
-trrüf
Un¡
-
49
5.5 DISEÑO MECANISI4O TRANSMISION
Nüestra máquina tendrá una revol ución en el eie de entrada
de 400 RPM. Tenemos como reiomendaci ón en despul padoras ho-
rizontal de velocidad máxima en el rallador de 250 RPM.
Con estos dats :determjnaremos la relación de revol ución C.
DEbemos tener en cuenta que la máquina se podrá usar manual-
mente pero los cálculos los haremos en función de utiliza-
cj6n de motor eléctrico de 1.200 RPM y 1.5 HP, el cual se
selecciona más adelante.
5.5.1 Información preliminar.
9 = ángulo presión = 20o según tabla 12-8 donde los engra-
najeS cónicos de dientes rectos estandareS se cortan uti-
lizando un ángu1o de presión de 20o, adendos y dedendos
des'igual es y di entes de al tura compl eta . Esto aumenta 1a
raz6n de contacto, evita el rebaie e incrementa la resis-
tencia del p'i ñón. En la tabl a l2-8 se encuentran las pYropor-
ci ones de di entes estandares cons i deradas en el extremo
mayor de los mismos. (Ver Anexo 8).
Según T-a.bla A-21 de di seño en Ingeniería Mecánica de Shigiey
se tiene una dureza de 60 B Rockwell HR para bronce.
-
50
C Admisible = 7653 KGF/CM2 = Se [Ver Anexo 9)
5.5.2 Predimencionamiento. Se hará el predimencionamiento
utj 1 izada en di seño por contacto de I a Agma.
5.5.2.1 ' Predimencionamjento del módulo por Le wis.
¡3 = 0.64 x Tl. x Koo ADXYl-x Axz real
Donde:
M = Módul o
T1 = To.rque a transmi ti r
o ad = fsfuerzo admi si bl e del material a contacto
o ad = 7653 KG/CMz = '|08.672,6 libras/p'rlgadas
Y1 = Factor de forma basado en el número formativo de
di entes y el ti po de perfi I del di ent".
= Factor de ancho 8 + L2 tomamos con 8 según confe-
rencia Ingeniero Jorge Caicedo Cap. VIII, página 23.(Ver Anexo l0).
Ko = Factor corrección por sobre carga Tabla ll-5 Shigley
= 1.,5 (Ver Anexo ll).
-
51
5.5.2.2 Cálculo del factor de forma.
Donde: Y = 0. L54 - 0.9L2 Cos fZ Real
fr = Angulo formado por la longitud cónica (Angulo de paso)
TANG . ,F = Z pi ñónZ rueda
Z Re-al = ['lúmero di entes rea]
'i = n ejen rallador
Donde i rel aci ón de vel oci dades
i = 400 = 1.6250
Si tengo I 6 di entes en I a rueda entonces
Z pi ñón = Z rueda- = l'6 = 10i 1.6
Z piñón = 10
-
52
TANG.f = 10 = Tan-l Jg =t6 16
= 32" *= 58o
Veremos detal I es en el Anexo 12
.e¿Y1 = 0.154 - 0.912 Cos X
Z real
Y1 = 0.154 - 0.912 Cos 32"10
Y1 = 0.0766
Factor de forma
5.5.2.3 Cál cul o del torque. Tomamos el torque del motor
T1 = Torque
T1 = 63.000 x 1{_B_ = 63.000 x 1.5 HP = 236.26 Lib/Pulgadas
4OO RPMRPM
Ti = 236.25 Lib-Pulg. = 272'76 KG' CMS'
-
53
5.5.2.4 Cál cul o módul o
M = Módul o
l{3 = 0.64 x 272.76 KG - CMS x 1.57653 KGF x0.0766x8xL0
cMz
M = 0.17 CMs
M = t.7 mm
Tomo un módulo de 1.75 mm. para empezar iteracciones, tenien--
do en cuenta que varían de 0.25 mm.
M = 'J..75 mm
Vtang = Vel oci dad tangenci al
Vtang= nxDPxN
Dp = Diámetro de paso (mm)
Dp =!t x7=1.75 x10
Dp = L7.5 mm
Vtang = n 17.5 mm x 4002 5 . 4rrim
5. 5. 3 Cálrcul o de'l esf uerzo presente (Sc)
-fZ pies= 72.14 pi e-mi nuto
-
5.5.3.1 Ecuación Barth.rectos cuyos dientes sean
do, la Agma recomienda elción Barth.
54
En el caso de engranajes c6nicosacabados por sin fin, o Por alisa-
factor de velocidad Cv de la ecua-
Cv=50
so*ñ
Donde v es 1a velocidad de la I i nea de di ámetro
Cv = 50 = 0.66
50+
5. 5.3.2 Cál cul o carga tangenci al ( Ver Anexo 7)
Carga Tangenci a1 - l'lt = 33.000 x HPVtang
[,lt = 33.000 x 1 .572.14
ld¿ = 686.16 libras
-
55
5.5. 3. 3 Cá1 cul o del ancho de cara '
D,z
Lc = Longitud cónica =
Lc = 16.51. mm
La norma dice que
te de la longitudcedo Capítulo IX)
el ancho de cara debe ser la tercera par-
cónica (Conferencia Ingeniero Jorge Cai -
(ver Anexo 13).
Dpl2
sen Y= L7 .5/2
Sen re
8.75 =
séii 32
B= ancho cara = 16.513
= 5.50 mm
5. 5. 3.4 Ecuaci ón de esfuerzo presente (sc)
Sc S SccClxcHCt+Cr
fI
III
l. ]=
Scc
-
56
-.Sc = Cp
Sc
Pasa el cri teri o contacto.
| = Factor geometría Para12-26 Shigley (Ver anexo
engranaj es cón i cos rectos Fi g
14).
| = 0.06 PLG4 ( Que I o hemos cal cul ado anteri ormente) .
Km = cm = Factor distribución carga = 1.25'[abla 72-9
Shigley (Ver anexo No. 15).
Cp = coeficiente eléstico = 2.050 Tabla 12-10 Shigley (Ver
Anexo l6).
Co = Ko = Factor corrección por sobre carga = 1.25 Tabla
11.5 Shigley (Ver Anexo l7).
Cf = Ka Coeficiente de acabado = 0.75 F'igura 11 -26 (Ver
Anexo 18).
Cs = Kb = factor tamaño = f
Sh'igley.
Tabl a LL-29. (Ver Anexo I 9)
-
57
Scc =
CL=
Anexo
Esfuerzo contacto corregi do
rJida Infinita = 1..1 Shigley Tabla 11-8 (VerFa cto r20) .
CR = Factor confiabilidad = 1..27 (Ver Anexo 20) Shigley
Tabla ll-8.
cT = factor de11-30 (Ver Anexo
=1 T
-
5B
Sc corregido = 108 67?.6 | t't - t II t x 1.25 l
Sc corregido = 95631,88 LIB/lulgz
Como Sc
DespueS de varÍas iteracciones encontramos la solución con
el módulo igual a 7.
M=J
!=MxZ=Jx10=70mm
Vtang = n x 70 mm/25'4 x 400 = 288'59 Pie-Min
Cv=50 = 0.74
50 + Vr88d-
l,l = CArga tangencial
tlt = 33.000 x 1.5 = t7L.52 L'i bras288 . 59
LC= Dlz _ = 35 = 66.04 mm.Sen 3?." Sen 3?-"
72
-
59
B_ 66.04
3
22.01 mm
5.5.3.5 Cálculo de esfuerzo contacto
cp \ I\/
t71.52 x 1,.25 x 0.85 x L.25 c 2Sc
Sc
Sc
ul o, * !9- *22 'ol x o .0625.4 25.4
95.0 Ig.75 Lib/pulg.2
Sc Corregi do = 95631 .88 L'ib/ pul g.2 Val or cal cul ado anteri or
5.6 VERI FICACION POR ROTURA SEGUN AGMA
Rotura r = esfuerzo de rotura
Sh'i gl ey Tabl a A-21 ( Ver Anexoe)
o Rot ura = 0.18 Su
-- 20.000 Lib/pulg.2 para el bronce en fatiga'
S. correg ido Q 95.0 Lg -75 LibPul 9.2
110.000 Lib /pulg.2
95631.88 Lib 2Pulg.-
Su =
Universidcd lul0n0m0 d¿ Crrid¿nl¡5r.r;¡:n fiii;i;¡t,'r1
Rotura
-
5.6.1 Expres i ón del esfuerzo de rotura en fatiga
Px tx mBxJ
S co rreg i do
skL - s corregl'doK1 KP
60
funci ón
se obti e-
)¿g =(r')(
de
1)
S
Ko
Km
Cv
K
t^lT
B
J
t=
=
factor
L2-9
de co rrecci ó
Shigley (Ver
n por sobrecarga
Anexo I 5 )
= 1.5 Tabl a
factor de distriShigl ey (Ver
carga = 1 25 Tabla 11-5buciónAnexo 1
Ky 0.74 Cál cul o anterior
Kb factor de tamaño (Ver Anexo 19)
Fuerza tangenc'ia'l (Li'bra)
Ancho de cara ( Pt¡l gadas )
Factor geométri co Fi gura
(Anexo 14).
12-26 Shi gl eY = 0.l'6
P Cateto adyacente del
de número de dientes
ne por geometría.
ángu1 o formado pory di ámetro primi ti vo
-
61
g= (
$=
$=
0.74
L7L.52 Lib. x I s.se Pul q. x l, x 1.25 \1'
0.86 x 0.167.25
)
gzss.t2) (50.6e)
146.686.4 Lib/Pls.
Scorreg i do
Sc = $ x KL
= factor confi abi I i dad
= facto r ci cl os
= 20000 x 1.3
de vida
0.99 x I
Donde: S s Sc
14.686.4 Lib.Pu'l g.
KTXKR
= factor temperatura = f (Ver Anexo 2l)-KT
Kr
KL
Sc
= 0.99 (Ver Anexo 20\
= 1.3 (Ver Anexo 20)
= 26.262 PSl
26.262 Lib./pulg.
-
62
SEQ' = Es el esfuerzo admisible equivalente
= Aad
Sy = fsfuerzo fl uenc i a
Fs - Sy = 33.000 Lib/PuIg.SEQ' 82.42 Lib/pulg.
FS= 400
Comentario:
Este es un valor ¡"ealmente elevado pero priman las nece-
sidades funcionales sobre las de diseño en este cas0.
como proyecto, pensamos obtener los pecheros de plástico
reforzados como una optimación de I a máqui na '
-
6'3
5 .6 .2 Dimens i ones
7
Angu'lo Presi ón
Altura total h= 2.188 + 0.002P
Altura trabajo H1 = 2P
Pi ñón Rueda
10
20
10 mm
16
20"
1 Omm
I = 9.1 mm 9.1 mm5.58
Adendon a = H1-a2
aZ - 0.54 + 0.46 5.g5 mm 3.25 mmi2
Dedendo bl = f¡ - a4.15 mm 6.75 mm
bZ = h ' az
Dprimitivo D1 = Mx 7l 70 mm 1.I2 mm
DZ = l{xZz
Dexterior Do1 = DL * 2u1.
DoZ = DZ + Zuz8L7 mm 118.5 mm
-
64
DRz=D02-2h
Lcónica LcL=D =J9-=66'042Sen f 2Sen 32
DRaiz DRl = DQl = 2h
Lcl. = Lc2
6L.7 mm 98.5 mm
Holgura= f, h-ht 10-9.1 = 0'9 mm'
Angulo del dedendo Tang-l bl2CN
Tang-l b2
LC1
Angulo exterior 4, =t t +2
3.59"
340
5.83"
56"
óor= eo- bo,
Ansulo Raiz Ór, = ff z-t 3lo 59o
=Yz-LÓrZ
-
5.6.3 - Lubri caci ón.carter con aceite detar la contaminaciónI os pi ñones dañando
65
Los engranaies están ai sl ados en un
transmisión SAE 140 con el fin de evi-del café y que la cereza se meta entre
un número considerable de granos.
5.7 DISEÑO DE EJES
5.7.L Determinación de fuerzas en el eie horizontal
?.72n K,a /5'
vtpRsx
lVo
WrI
5.7.1.1 Cál cul o de fuerzas de la c6lrea
(Et-E) Dp = Mt
l4t = 63.000 x Potenci a (hp)
-
66
F1
F2
foe
0 + 2 arc sen
F2
F1
Mt
f
tens i ón en el rama'l f l oi o de l a
tensión en el ramal ti rante de
Momento Torsor (Lb) lib. x pulg.
coefi ci nete de fri cci ón.
ángulo de abrazamiento de la correa IRADI
di ámetro mayor. ( Pl g. )
di ámetro menor. ( Pl g. )
distancia entre
RFm del eie = 400
banda. [libI
la banda. [lib)
0
centros ( pul g.)
D
D
c
Rpm del motor
Se consiguió un
i = nz
=n1
Di ámetro de
1200
volante de 1,7 pulgadas de diámetro
4000.333
1200
la polea del motor = 17 pulg.x 0.33 = 5.68 pulg.
-
67
5 .7 .L.2 Cál cul os matemáti cos
Mr - 63 '000 x 1' 5 hp = 236.zs lib-pulg. (272.76 kg-cts)400
/\(r - Fr= 2 x 236'25 lib-pulg' Ft-Fz = 27'79 Lib'
27
o = .,, {?}u". sen 17 - 5'68V zxz3
f, = 23 pul g (distancia mínima entre centros ManuaI habasit.( Ver Anexo 23)
f = 0.4 (Manual habasit)
. o = l-Fás radi anes
Fl - ^0.4 x 3.625 rad-c
F2
Ft = 4.26 Fz FZ = 8.52 lib. F3 = 36'29 lib'
5.7.1.3 Cálculo de fuerzas producidas por la i.transmisión
cón i ca.
l{t = fuerza tangencial lib.
l,lr = fuerza radi al I i b.
l¡la = fuerza axial lib.
(Ver Anexo 7)
-
68
wt - 33 ' 000. x pot hp ; wr = l,lt tant0 cos 2 ;V
l¡la = Wt tan 0 s"n f ,
[ = vel oci dad en el di ámetro de paso en pi e-mi n '
v = n Dp x n Dp = 2.75 pulg. calculado anteriormenteL2
en la geometría
= ángu1o de paso formado por la longitud cónica
;YZ = 58o
fr z 9oo = fl ; Yt = tan-l t! (ver Anexo 7)z2
z = número de dientes de la rueda y el piñón.
P = ángul o de Pres i ón = 20"
Wp = p€So de la polea = $ I ib.
= tan-l - 10 - 32"16
f,t
! = r x 2.75 x 400 ; V = 2gg pie - min.L2
*t _ 33.000 x 1.5 hp ; Ht = 171.8 lib.288 ple-m1n.
-
69
l,l r
f.la
171.8 tan 20 cos 58
171.8 tan 20 sen 58
33.13 lib.
53.02 I i b .
Hr=
[.la=
5.7.1.4 Determinación de radios vectorialmente.
-R̂ac = - 15i ;Rab=-5.14i 1.37j ; ñ't=-1,7.72
- Fn) Rad x l,lp¿''Rac x
Por estáti ca
Ma=QRabx
= (_5.14i
Rl Rad x (Ft
Rl t
8¿)+.T
tl
- 1.370 x (53.02i - 33.13i - t7
(15i ) x (nly
j)
j- [) - t7 .72i x [-5
1.
3l
1
J
k
= Q 235.36 'T = Q T = 235.36 I i b. pul g.
= Q - 883.91
= 0 170.47 +
- 14.99 Rl. + 492.43 = Q
72.63 - 15 *1, * 88'6 = Q
R1, = 16.015 lih.
Rly = 22.L2 lib.
F 0
0 Wax
0-t^lp+
- R- = 05y 53.02 lib.*s,
Rly + Wry = Q ; R5y = l'6'015 lib'*uy
( = 0 (F1-F2) - Rl. - wt. + R5, = 0 ; R5y = 1f7'9 lib'
!lni.¿¿rsirjorJ lut0nem0 de Crcid¡nh
-
Di,dgrama de momentos fl ectores
70
y cortantes [Vertica-5.7 .1 es )
t7.7
Y (lts)-5
t€1.,
7249
n(ta-ns\\/tt.3s
t6.05
Vc
Vc
Vb
Va
r.Mo
Md
Mc
5 Lbs.
5 + 22.12 = L7 .12 Lbs.
17 .l? - 33.15 = 16.05 Lbs.
-16.05 + 16.05 = 0
0
5 x 2.73 = -13.65
-5 x L2.575 + 22.1'2 x 9.54
-
7T
f4c
Mb
Mb
154.9 Lfb. Pulg.
5 x 1.7.72 - 22.L2 x
72.49 Lbs-Pulg.
.15 + 33.15 x 5.14
Comprobación:
t{u* = !.37 = 72.49 Lbs. Pulg.
Momentos flectores y cortantes. Diagrama (Tlansversa-5.7 .3les).
v(" )R¡e
"7.196t'oi
-
72
EV = 0V1 = -27.79 Lbs.
UZ = -27-79 '26-LL = -53.9 Lbs.
V3 = -53.9 + 171.8 = IL7.9
V4 = 117.9 - 117.9 = Q
xMo = Q
M1 = -27.79x2.73 =-74.50 Lbs-Pulg.
tIZ = _27.79 x 1.2.57 + 26.11 x 9.94
l4Z = $06.59 Lbs-Pulg.
M3 = [L7.9 x 5.145
M3 = $0615 Lbs. Pulg.
M4=Q
5.7 .4 Cál cul o del diámetro de eies. Econtramos que eleje se encuentra más sol icitado en el tramo CB.
-
73
{n cb = Momento res u'ltante MR ch=
f-n nlMrR .¡ ü 60 6 .5¿ + r54 .8¿
MR.b = 625 Lib. pulg.
5 .7 .4 .I Cri teri os de I a ASME
¿9
Tomamos un acero para ejes 1020 con Su = 101 Ki pPüil g2
v
S., = 69 Ki p (Ver Anexo 24) .r --_ -Pu'l g'¿
0 . 18 S, según Al I en Hal Ianexo 25)
rd Capítul o 9 pag. 114 (Ver
S Esfuerzo
Esfuerzo
Es fu e rzo
a la fluencia
timo
v
útSu
td = el ásti co )
(KrxMt)2
cortante de di seño (en el I ími te
-
74
Mt
Mb
Kb
Kt
Momento torsor Lib. pulg
Momento flector máximo. Lib.pulg.
Coeficiente fl ector = 2 según AI len Hal Capítulo 9pági na 114.
Coef i ci ente torsor = l. . 5 según A'l I en Ha'l9 pági na 114.
Analizaremos punto b
d3 = L60.18 x 69.000
0 .81 13.16"
5.7.4.2 Cálculde Soderberg.
o del factor de seguridad por la ecuación
F.S. nX d3
'l Capítu1o(Anexo 25)
d
,r t
Cal cul amos el diámetro del eie a torsiónde obtener un diámetro comparativo con el
ASNE.
pura con el fincri teri o de I a
236.25)
-
75
d3 = 16 x Mtir X tdd
rad = para aceros de ejes comerci al es con cuñeros =(goo - 4zo) kg/cn?
Mt = momento torsor = 136.25 1 i b/pul g.
r dd = 360 kg/cn? x 14.2 I ib/kg * .r2l pul g.2 = 5LI21ib/pulg.2
.{3 _ 16 x 236.25 lib./pulg.
-¿
x 5112 lbi.pulg.-
d = 0.77 " = 3/4 pulgadas
con el criterio de l a a. s.m.e nos exite 13/16" por lo cualéste es el criterio más exigente.
Se tomará un di ámetro de 1 pu1 gada 25 mm por facil i dadde consecuci ón de I os rodami entos.
0btendremos con este diámetro el val or del factor de segu-ri dad.
Sn = I ími te de esfuerzo seguro modi fi cado.
Sn = KL * Kf * K, * K,l x 0.5 Su.
-
76
Kt
Kd
Kf
K,
= Factor tipo de carga = 0.8
= Factor de tamaño = 0.9
= Factor de forma = 0.75
(Ver Anexo 26\
IVer Anexo 27)
(Ver Anexo Z8).
(Fl ex íón ).
Sn = | x 0.8 x 0'9 x
= Factor de acabado superfi ci al = LlL.5 (Ver Anexo 29I
1i b/pul g2I0.75 x Ll 1.5 x 0.5 (1o1.ooo
sn=
F.S
Longi tud entre apoyos
18,180 1|b/pu1g.2
zzr@f *r| 69.000 I i u/pul g-F.S 2.85
5.7.5 Cál cul o de defl exi ones
5.7.5.1 En el eie 7
625 1 ib.pul s.18.180 liu/pulg.2
= t5 pul g.
l-rM5. lt'
33591ú.
9.?"
-
77
Y fl ec ha
Ymáximo permisib'le para eies = 0.005 pulg.p'ie.
Cal culamos el momento de i nercja I para una sección circu-
lar.
,4,oI=-64
,4I=-=64
0.049 pul g.4
existe
[=
Y max cuando:
L2 -bz $2 - 5.f33
X 8.12 pulg.
Y máx Pxb G? - oz)'/' Mx L2+9x3x ExI xL
carga vertical (liU¡
distancia entre aPoYos
módul o el asti c i dad del acero
gx3xExI
33.59 lih.P
L [pulg) = 15 Pul 9.
b
M
di stancia al apoYo
momento fl ector 72.64 lib-pulg.
(pulgadas) = 5.1 pul gadas
= 30 x
72.64 x
106 psi.
$zctYmax - 33.59 ( 16: - 5.1') -
gxfl-x 30x106x 0.049 x15I
9x /ilsoxloo x o.o4o
-
78
Ymax = 7 .2 x 10-4 pul gadas
Y permisible = 0.005 pulg-pie x 15 pulg.12 pul g/pie
-?x10- pul gad.-- 6.24
Yma x Ypermisible
5.7.5.2 En el eje J
YmaxPb (J - az) 3/29 x/T x E x I x L
0K.
171.81 lib x 5. 1 oul q. (l,sz lq. - 5.1.2 pulYmax
ex V= 4 xx 30x106 psi x 0.064 pu1g. 15 pu1 g.
Ymax = 5.53 x 10-3 pulgadas
Y permisibles = 6.24 x 10-3 pulgadas
Tenemos que: Ymax 0K.
5 . 7 .5 .3 Anal i za remos?., PL-Ymax=-
3EI
t7l.s /tó
el vol adi zo
-
El valor del momento de inercia cambia por tener otro di'á-
metro.
Diámetro es la sección de voladizo = 0.75 pulgadas'
0.018 pul g.4n x 0.754 pulg.4
5 I ib x t2.73 pulg)3
3 x 30 x 106 x 0.018 (psi
6.27 x 10-5 pulgadas
79
Univcrsidod auf0n0m0 do 0ccidantcSertión lillioto$
64
En el eje 7
Y max
Ymax=
En el eje
Ymax =
x pulg.4)
J
55.6 lib x 2.733 pulg.3
3 x 30x 106 x 0.018 pulg.4
Y max 6.98 x 10-4 pul gadas
Comentario
Como se pudo ver cuando anal izamos el eie en voladizo las
cargas no deflectaron el eie Qmpliamente y pasan al cri-
terio de Y perm.i sible en eies apoyados en dos apoyos.
Los val ores de carga y geometría fueron dados anteriormen-
te y es por ésto que se colocan directamente'
-
80
5.7 .6 Cálculo de l.a velocidaC críti.ca
l,lc
w. (go w x Y ) t''
tl xYZ
Ymax =
l,l = peso de larpolea = g lib.
vel oci dad crítica
(6.27 x 10-5
7 x 10-4
=30fr
Y max (6.98 x 10-4
x 7 x 10-4 pu1 g. = 3.5 x 10-3 I ib-pul g.
x(7xto-4¡2 pulg.2= 2.45x10-6 lib-pulg.
pu'l g) 2 + pul g) 2
'Y max
tl x Ymax =
Wx Ymas2 =
5 I ib
5 I ib
go
w. = # (t' pur s lsegz 3.5 x 1o-3 tib-prlq \ 1'/2/
gravedad = 386 pul g/seg2
7091 rad/seg7091 rad/seg = tt zg.5 Rps2x r
w.
w.
-
81
W. = RPS x*60 = RPl4 1128.5 RPS x 60
tlc = 67715 RpM
Nunca se obtendrá esta velocidad
5.7.7 Verificación por deformación torcional Ifairesl
e=584TIL-;0Gxd4
0 = Angulo de deformación por torgión.
| = Loñgitud del eje = 53 cts
G = Módulo de elasticidad Torcional = 8.1 x 105 kg/cnt?
6[ = Diámetr"o menor del eje (cts) = ]..9 cts. = 3/4"
0 = 584 x 272.76 kq-cts
0 = 0.0015" : I = 0.0015/ 0.53 mts. = 0.028olmts.
T = Torque (kg -cts) = 272.76 kg - cts.
8.1 x 105 k g¡ctsz x (t .9 cts)4
o0 es menor que 3.2 mts. OK
-
82
5.7.8 Determinación de cargas sohre el eie del ral'l ador.
f c = esfuerzo de despulpado. Dato obtenido de la publica-
ción 46 de Cenicafé. (Ver Anexo 30)'
Diámetro promedio de la cereza de café = 1.5 mm = Q.6 pulg.
A = área promedio de la cereza = 1f A.6 2 = 0.38 pulg.2
2
At = Area de trabajo del pechero Icuchillas), Geometría en
pl anos.
4.5 et x 14 43 cts. = l'0 Pul g.2At=\.L
r.z. s+ cts/,pul g.)
At = Base x al tura
Las 2/3 partes del área del pechero están con cereza y en
la otra tercera parte grano I impio de cáscara con musil ado'
# grano, At = r0 pulg'Z x 2/3 = 17 granos
A 0.38 Pulg.2
Debemos tener en cuenta que el diámetro promedio disminuye
un 30%, entonces el área del grano es [= 0'38 x 0'30
A = 0.12 pu1g.2
-
83
# granos = 10 x L/3 putg2 = LB granosO.I2 Pu192
# de granos totales = 36
F total ) f uerza total de des pu'lpado
F total = ['x # de pecheros x # de granos
f = fuerza de despulpado de un grano de café = XA
f = (, x a
f = 0.3 lib./pulg. x 0.38 pul92 = 0.141 tib.
Ft = 0.141 Lib. x 6 x 36 = 13.536 1ib. Ft = 13.536 lib.
T = Torque consum,ido en el despul pado
T = Ft x di ámetro del ral I ador
T = 13.535 lib. x 9.58/2 pulg. T = 64.83 lib.pulg.
Potencia teórica consumi da en el despul pador = Txn = Pt63.000
P+ = 64.83 li@ = 0.25 HP63.000
P" = potencia real consumida = Pt x fle
-
84
n. = eficiencia el éctrica = I/0.7
P, =0.25x1.42 10.4 Hp. Pr=0.4 Hp.
Comenta ri o .
La potencia asumida en el diseño es 1.5 f,p, pero la potenciareal consumida en el despulpado solo nos da 0.4 Hp. Existien-do una gran di ferenci a, de todas maneras debemos de asumi reste val or que es uti I i zado por fabri cantes de despul pa-doras Hori zontal es con mucha experi enc i a. Para el I os escomún tener motores de 1.5 hasta 2 Hp.
Como pos i bl es causas del motor más grande deben ser:
a. ': El valor de esfuerzo de corte dado por la publ icaciónes para granos maduros, pero es muy normal que se despulpen
granos verdes.
b. A este val or tenemos que sumarl e el consumo de potenciapor I a transmi sión cónica. Y pérdidas por FRICCI0N.
-
85
5.7.8.1 Análisis de fuerzas y momentos
1.93
5/tó.
4J(.=
Rbu = -2.66 2.2i3+
Mb = 0 =,,T + 1.93
(Wri+Wuj - Wtk)
i.=0 1.93 R.r*
T = 377.96
-1.93 R.*
./\ /\.R.*i* R.rk) + (2.2i -2.66j ) x
Rc.= '236.77 lib-
t* (
455.98 = Q
j =0
k-0=
1ib. pulg.
+ 1 16.64 + 88. 14
?.66"
R.*= 106.1 lib.
-
f=0
i = 0=
86
0 = 33.13 -RUx+106.1 Rbr= I39 .2 I i b.
R.b.y= 58.02 lib-
Rbz = 408.57
W., -Rb**R.*
i=Q=rur-*Or*U
ft=Q=Wtr*Rbr*R.,
DIAGRAMA DE MOMENTOS Y CORTANTES EN EL EJE I
,o5.ll
H (á:.n¡t t¿.64
204,X83
v (¿¿t33.t3s
Vl =
U2=
V3 =
171.8 lbs.
171.8 + 408.57 = 236.77
236.77 - 236.77 = 0
-
B7
Ml = 171.8 x 2.66 = 456.98
t42 = -136.77 x 193 = 456'98
Ml-M2=M3=Q
M3=Q
DIAGRAMA DE MOMENTOS Y CORTANTES EN EL EJE K
zr6.ll
v Qt')
ttLB
*@',,416.?e
V1 = -J3.135 lib.
U2=-13.135+138.24 = 1.05.1.1 L Ib.
=QV3 = 105.11. - 105.11
-
88
M1 = -116.64 Lih.Pu19.
¡tlz = -116.64 - 88.131
142 =
M3=
M4=
204.783 Lib. Pu1g.
105.1 x 193 = 204.783 Lib, Pu1g.
142-M3=Q
M resultante en a
Ma= = 11.6.64 lib. pulg.
\lMb = \1204.783' + 456.98'
u
Mb = 500.7 I i b. pul g.
5.7 .8 .2 Determi naci ón del di ámetro del ei e por I a ASME
d3 = 16fl'r d
d3 =-,16
7T x 0. 18 x 69000.
0.75 pul g.
116.642
d=
2 x 500.7)2+ [r.5 x 236.2512
-
89
Analizamos el punto donde el momento es máximo.
5.7.8.3 Diámetro del eje por torsión pura.
d3 = 16,x Mt 16 x 236.25 -l i b. pul q
'lI x T^¿ x 220 kg /r*2 x 74.2 lib./k9 x CtsZ pulg.
d = 0.72 pulg. = 20 mm.
Tomamos como diámetro mínimo
miento.
20 mm. por facilidad de roda-
5.7.8.4 Cálculo del factor de seguri dad po r Soderberg
F.S. = * u3
32
Sn = 18180 psi
S, = 69000 psi
Mt = 236.25 lib. Pulg.
Mb = 500.7 lib. pulg.
Unrversidod rutonorno do
Serrión Bibti0t6r00tci¡lcnh
-
90
F.S. = 0.783
32 236.252
69.000 18.1.80
F.S. = 1.67
5.7.8.5 Cál cul o de defl exiones Ipunto b)
Ymx permisible (voladizo) = 0.009 pulg. pie.
Longi tud del vo'l adi zo = 2.66 pul g.
Y max- permisible = 0.009 x 2-66 pulg' = 1'95 x 10-3 pulg'
Di ámetro del eje = 22 mm. = 0.86 pul g.
= 0.028 pul g.4I = 'l(aa {r o.eot64
+ 500.7
64
Y = PL3 171.8 lib. x 2.663 Prlg.33x Ex I 3 x 30 x 106 x 0.028 [Psi x pul g.4
f = 1 .018 x 10-3 pul g.
Ymax permi s i bl e OK
-
5.7.8.6 Cál cul o de I a vel ocidad crítica
l.l = peso del ral 1 ador
t'IXY
f = 1.018 x 10-3 pul 9.
x 1.018 x
x (1.018
91
= 5.09 x 1o-3 lib.pulg.t,lxY= 5 lib.
l,t x Y2 = g lib.
30
1o-3 pul g.
x 1o -t)' = 5.18 x 1o-6 lib.
1i b prl g IIib.p"n.lTT|'"
-2pu r g. seg. 5.09 x 10-3;. 18 -;-10-6
pul g.2
L/2
w.
w.
= 5811.1- rad/seg.
= 56.160 rpm
Nunca tendremos esta vel oci dad 0k.
5.7 .8.7 Veri f i caci ónel torque que produceexpl icadas.
por deformación torsional. Tomaremosel motor, por razones anteriormente
0 584 x 272.6 kq-cts.g.1 x 105 rg lcts.2 x 24 cts4
-
92
Q = 0.012o
Longitud del eie = 22.3 cm.
0 = 0.012' = 0.055"/mts. 3.2olmts.0 .223 mts.
OK
5.8 DISEÑO D EL VOLANTE
Para el di seño del vol ante tomamos I os si gui entes parámetros :
RPMI = 400 rPm
llle = $ I bs. l,lt = Peso del vol ante
d = 0.787 pu1 g. d= diámetro del eje hori zontal
y= 10000 pSI (Ver Anexo 5)
C = 0.31 (Coeficiente fl uctuante de velocidad) (Ver anexo 31)
Yr = 8.5" (sodio medio) =
Kl = 0.1. Relación del espesor y el radio medio. (Ver Anexo 31)
n = 3 brazos
-
93
tCt = m = masa (lbs)
5.8.1 Determinamos la energía cinética del yolante IEkl
[ = Vel oci dad Pi e/mi n
g = Gravedad ( Pie/ seg2)
Ek = 1 m Uz2
Como : V = 27T rm RpMl60
m = l^ltg
2g = 32.2 pies/seg.-
Entonces: Ek=1 wt Mz2 32.2 \@
Ek = I.lt ,^2 RPMa845500
La energía que toma el volante es: (Aff¡
-
94
^ EK
^EA
Entonces :
EKt - EK|
r'J¡ ., ^2 - RPM22rRPMI
845.500
Para determinar la energía de vol nate, encontramos RPMr:
RPM 2
RMPI (-c' 2 +C
,^2 l*or,' -
2-(qoorrylltl2+0.3 )
(G.30o) (3)2 (+!_
4
3
4
A EK
^ EK
a EK. =
=wt(RPM,(4)' 2+C
(s tu¡ (8.5 pulg)2
500
I| 400I
845.
845.500
31 I b-pi e
5.8.2 Determi namos I os esfuerzos sobre el aro AT
c=i, +14Y ^2 RPM' 2)1 24 .400
( e.s211+oo2)
( I 12 Rotrt )ry( a. s) 2 (+oo) 2
G= t24.400
1b-- 2pu lg.G = 579
0.1)
-
5.8.3 Determi namos las ,dimensiones del aro
95
Ecuaci ón pa ra ohtener I a constan-te del radio medio Y Kz
6 .57
;t-,
+Y 6 .579
(3 )' ( 0.1)
= g.'3 r.( constante)
407 .2Ym
Ym =
RPMl
407 .2
JT
400
'ym
K?
8.5 pul gadas
Arr (z + c)z Rel aci on entreespesor de 'l a
ancho y elru edao.os cril I"lt
K2 (31 lb - pie) (2 + o.g)2 e.g(0.6e) (0.3) (0.1)2 (e.s pul g) 3 57g 1b ,pugl.-
lbpul g
K2 1 .85
-
96
Según Tabl a 2 tomamos : [Ver Anexo 32L
t/tr = Kl I r (espesor de la rueda o aro) = tr
Tr = (0.1) (8.5 pulg)
W. = (2) (0.85) pulgadas
Kz=l
5.8.4 Dimensiones del aro. Las dimensiones del aro son:
tr = 0.85 pulg. ,
Wr = KZ t. (ancho de la rueda = Wr
Wr. = L '7 Pul gadas
Ar = f,r Wr (area de la rueda) = Ar
Ar = L.44 pul gadasZ
-
97
, -- 0.96"
5.8.5 Dimensiones de'los hrazos. Teniendo en cuenta elcortante del eje determinamos el volumen de los brazos s.
d3S
6.8 n r (1 1 .33 \Y
( Vol umen de I os brazos) = $
2
(10.000) 1b/Prt?o .7s7 pulq.)3
6.8 (s)(szg lb \-2)pu lg
| .t 1.33\ r-8.3
S
Usamos brazos de:Comprobando:
0 .48 pul g. 3
(5- put g)8
1.5 pul g. pul gadas5xT-
S
3
lm=8,6"
1.5 pul g. ) 2
0.47 pu'l g.
-
98
5.8.6 Chequeo del vol ante.sión de les;brazos =
el esfuerzo o ten-EncontramosT.
ft
ft
{^' RpM12r24 .400
(a s putg)2 (4oo rpm)2L24.400
lbCI
Utilizando las
Fuerza ax i al enSegún i:tabl a 3
pulg.2
f ó rmu I a s deI os brasospara n =
92
Timoshenko's
(s).
4 brazos IVer Anexo 33)
Fs As ct-Fm2o.1og4 ( "" )' +tr
0.965 * 1.5 AtAs
As = Area de losbrazos
As
As
(+ pul g.) ( t. s pul g. )t
0.9375 pulg.' (Area de los brazos)
(0.e375 pulg.2) (gz f[ 2)
0.1094 I 8'5 Pulg' ,20.85 pul g.
6lb.
Fs1.44 pulg. \
-1
0.9375 pulg.
Fs
+ 0.965 + 1.5
-
99
Chequeando a esfuerzos de tensión de I os brazos.
ft FsAs
6lb0- r3?5 pul g.2
Ct = 6.5 lb.2putg.
Comparando 0- t con tracci ón delB-1 de resistencia de material es de5)
I b/pul g.2
Ct
fFracción = 8946
Determi namos I a
radial ) Fr(Según Anexo 33)
Fr
Fr
Fr I29 .5
Chequeando el
aluminio de la tablaSi nger es: (-Ver Anexo
t6. 5 1 b/ pul g.'
el aro Ifr1 ( Fuerzafuerza a tensión en= Fuerza radial
(1.44 puls.2) Oz o#;.r- o.s (6 rb)
Ar
-
100
ct =
ct =
Fr
Ar
L29.5 I bL .44 W1g.2
ft = !o lbprt g.2
Determinamos el momento flecto en el aro y brazos (Nr)
Mr = Momento fl ector resul tante
Según Anexo 33
Mr = Q.1366 Fs l'm.
Mr = Q.1366 (6 lb) (8.5 pulg.)
Mr = | lb. x pulg.
Chequeando momento a I a fl exi ón en el aro.
Cb = Momento a flexión en el aro [lib/pulg.2)
como: sr - l¡lr (tr)zn
Sr = vol umen del a ro pul g .3
Sr = ( I.7 pul s.) (0.85 pul q.)23
Sr = 0.41 pul g.3
-
101
EntonceE. f¿- TlbxPulg. = f7 lb0.41 pul g.3 pul g.2
f Total = ff + 6b
6 Total = esfuerzo combinado 1ib ?pul g-
ftotal = io lb r L7 'o ,pulg. pulg.-
6 total = ro7 I bpul g.2
Encontramos el factor de seguridad F.S.
TracciónF.S. =
F. S.
Total
Tracción
Tracci ón = 8940 I ibzpul g. -
(Ver Anexo 5)
Total
r- - g946 lb,
rs = prl g.'107 lb ^.¿pulg.
F.S. = $3 muy bueno
El vol ante que di s eñamos no se fundió, si no que I ocompramos en el comercio.
-
t02
5.9 CONSTRUCCION DEL SISTEMA DE AL TMENTACION
5.9.1 Construcción Tolva. Dicha tolva se construyó parauna capacidad de 25 kg de café en pulpa.
El material con que se el aboró fué al uminio I aminado en
caliente de e = L mm.
Para más detal I es ver pl ano adj unto .
5 .9 .2 Construcci ón al etas graduaci ón al imentaci ón. La
función del café que entra a I a despul padora.
Dichas al etas se fabricaron en pl ástico reforzado hecho
artesanal mente.
Para más detal I es ver pl anos adjuntos.
5.9.3 Construcción agitador horizontal. La función delagitador es agitar uniformemente el grano que llega alal imentador vertical . Dichos agitadores están construídospl ástico reforzado en forna artesanal .
Para más detal I es ver pl ano adj unto.
5.9.4 Construcción alimentador vertical . Este al i.nentador
-
103
distribuye el grano a tnavés de la base superior para que
llegue a los Pecheros.
Se consti tuyeron en pl ásti co reforzado. consta de 3 al etas '
Para más detal I es ver pl anos adiuntos '
5.9.5 Base superjor. Dicha base se elaboró en aluminio
de fundición con suS respectivas chumaceraS en forma de
pedestal . La funci ón de di c ha base es :
- Ancl ar el eie vertical y hori zontal
- Dirigir la al imentación de cereza a los pecheros
- Si rve de soporte a I as guardas exteriores
para su fundjción se pl aboró su respectivo .modelo. Para
más detal I es ver P1 anos " di untos '
5. 1O SEL ECCI ON DE RODAMI ENTOS Y BUJES
5.10..1 Rodamientos del volante
Datos: rl = 400 rpm
Fr = $ lbs. = fuerza radial
Lh=8000horas=duraciónnominalenhorasdefuncionamiento Para maquinaria
agrícola según catálogo SKF Il 961)
-
104
Dado que no ti.ene ninguna carga axial sobre el rodamiento
I a carga equi val ente:
P = Fr = $ lbs.
Según ca