escarificadora - venteadora de quinua

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMONFACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

INGENIERIA INDUSTRIAL

ESCARIFICADORA – VENTEADORA DE QUINUA

GRUPO # 16

NOMBRES: CORRALES VENEROS NATHALYGALARZA VARGAS M. CRISTHELPEREZ FERNANDEZ DIEGOTORRES BARRIOS KEVIN A.ZEBALLOS CHUQUIMIA JORGE I.DOCENTE:ING. MALDONADO LOPEZ PASCUAL

COCHABAMBA – BOLIVIA

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Diseño Asistido por Computadora

ESCARIFICADORA – VENTEADORA DE QUINUA

1. INTRODUCCION

La quinua ha sido reconocida como “GRANO DE ORO” por el mundo, debido a su altísimo y completo valor nutricional.

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Tiene muchos nutrientes, alto contenido proteico, vitaminas y aminoácidos. Lo cual la lleva a ser una fuente alimenticia que podría reemplazar a otros alimentos como el arroz o las carnes.

Este granito de tamaño mínimo y colores tierra, se califica como poderoso, hasta el punto que el año 2013 fue declarado como el Año Internacional de la Quinua - AIQ, por la organización de Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, reconociendo el valor nutritivo del cereal y su contribución a la seguridad alimentaria.

CLASIFICACION DE LA QUINUA

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La QUINUA siempre ha atendido a las siguientes características de los granos en cuanto tamaño (grande, mediano y pequeño) y color (blanco, café, amarillo, gris, rosado, rojo y negro).

Dentro de las variedades más importantes de Quinua y cultivadas con fines comerciales y de exportación, se encuentra la variedad Quinua Real "Blanca", que tiene un diámetro comprendido entre (2mm. 2.8mm.)

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1.1PRODUCCION DE QUINUA EN BOLIVIA

Bolivia a nivel mundial es el principal productor y exportador de quinua, es en ese sentido, el gobierno actual promulga un decreto para incentivar el cultivo y producción de quinua con créditos por 10 millones de dólares destinados a pequeños, medianos y grandes productores de los departamentos de La Paz, Oruro, Potosí y el departamento de Cochabamba productor en desarrollo.

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Actualmente la producción anual de quinua en Bolivia se aproxima a las 44 mil toneladas, en una superficie cultivada de 69 mil hectáreas y con una exportación del 50 por ciento destinada al mercado de los Estados Unidos. Se exporta aproximadamente 26 mil toneladas generando 75 millones de dólares para el país y los productores.

1.2PRODUCCION DE QUINUA EN COCHABAMBA

Al presente en el departamento de Cochabamba la cosecha del grano de quinua está en desarrollo, pero en el corto tiempo que este grano fue implantado en las siembras y cosecha de los agricultores en el valle alto esto dio una buena respuesta.

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PRODUCCION DE QUINUA EN TOTORA (MONTE PUNKU)

La siembra de quinua comenzó en Octubre 2013 y su cosecha fue en marzo 2014 de la “Quinua Real BLANCA” que es la más apta para la topografía de los municipios de Arani, Cliza, Cocapata, Morochata, Tarata y Totora.

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“quinua patillo (blanca) y roja”

Fuente: propia

La producción anual de quinua en el valle alto TOTORA (MONTE PUNKU) es de 123 toneladas de grano limpio de quinua, en una superficie cultivada de 10 hectáreas. Generando una ganancia de 554 mil dólares para los productores del Monte Punku.

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En la actualidad son 4 familias las productoras de quinua en MONTE PUNKU dueñas de 10 hectáreas disponibles para la siembra de quinua, estas familias siembran 2 veces al año de cada siembra se cosechan 1125 quintales (grano limpio) de las 10 hectáreas. Los productores venden su producto a instituciones procesadoras de alimentos de quinua, teniendo un costo de 1700 Bolivianos por quintal.

El proceso productivo en la localidad de Monte Punku es manual, cabe decir que el escarificado y el venteado es el cuello de botella en la cadena productiva de la localidad.

Valles Interandinos de Cochabamba consolidan producción de quinua. INIAF

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En el marco de las políticas sectoriales, el Instituto Nacional de Innovación Agropecuaria y Forestal, INIAF, participó en la demostración de producción y cosecha de la quinua, en los Valles Interandinos, municipio de Totora – Monte punku, del Departamento de Cochabamba.

El objetivo de esta actividad fue promover y consolidar el cultivo de la quinua en la región, por sus grandes cualidades nutricionales únicas y su enorme adaptabilidad a diferentes pisos ecológicos. El evento se realizó con la participación instituciones gubernamentales, departamentales, instituciones de investigación, las ONG, municipios aledaños y productores.

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En el evento los productores, mostraron su satisfacción con el cultivo de la quinua, que se adaptó con facilidad en esta región. Por su parte el Centro de Investigación y Formación en Mecanización Agrícola (CIFEMA), realizó la demostración de dos maquinarias agrícolas: venteadora y trilladora de quinua, que sirven no sólo para el cultivo de la quinua sino también para el trigo y amaranto. “La producción del Grano de Oro, se adaptó con facilidad en nuestras tierras, este alimento es nutritivo para todas las familias, además es un cultivo alternativo a productos como la papa y el trigo que son producidas en esta zona”.

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“TR-C TRILLADORA” Fuente: Propia

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“V-M VENTEADORA” Fuente: Propia

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“Monte Punk’u“Fuente: Propia

“Monte Punk’u“ se encuentra aprox. a 210 km de la ciudad de CBBA.

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2. PLANTEAMENTO DEL PROBLEMA

La cosecha del grano de quinua en áreas productoras de Cochabamba, es mayormente tradicional y está sujeta a las condiciones climáticas.

La siega, el traslado del material cortado, la trilla, el venteado y el embolsado, son operaciones que se realizan en el proceso de la cosecha de granos, de estas cinco operaciones la trilla y el venteado son las más arduas y difíciles de realizar, también en este proceso existe mayor riesgo de pérdida de grano.

Con la finalidad de dar respuestas a este problema se han difundido en algunas zonas quinueras maquinas trilladoras y venteadoras de diferentes tamaños y capacidades.

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El trabajo que realiza la venteadora es la limpieza y/o separación del grano de la cascara, esto es un problema para el agricultor ya que al no contar con una maquina eficiente depende del fenómeno natural que es el viento.

Otro de los problemas es que al no tener una maquina eficiente en el trillado, el venteado no podrá ser optimo entonces no se podrá obtener un grano 100% libre de paja o cascara.

Una solución al problema a la limpieza y/o separación del grano es diseñar una venteadora que este adjunta a un mecanismo previo de descascarado o frotado “ESCARIFICADO” que ayudara a obtener una mejor limpieza y una alta calidad del grano.

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Esto para facilitar y reducir la fatiga laboral del agricultor, esta máquina deber ser de bajo costo para ser accesible a todo bolsillo.

Actualmente la máquina de venteado de CIFEMA (V-M):

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Tiene un rendimiento de 6 quintales de grano de quinua por hora, cuyo grano observamos que no es completamente limpio, este grano tiene residuos de cascara, lo que pone en descontento a los productores y ven como opción volver a ventear el grano resultante. El mecanismos de escarificado que implementamos a la máquina de venteado tendrá un rendimiento de 5 quintales de quinua por hora, el resultado será un grano 100 % limpio, al agrado de los productores y solo bastara una vez ser venteado el grano trillado.

3. OBJETIVOS

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3.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar y adaptar un mecanismo de escarificado a la maquina venteadora V-M de quinua que cumpla con los requerimientos del productor optimizando el tiempo del proceso de escarificado y venteado, mejorando así la calidad de limpieza del grano de quinua.

3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Diseñar la maquina escarificadora - venteadora de quinua haciendo uso de sistemas CAD (solidworks).

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Realizar los cálculos necesarios para el diseño de la maquina escarificadora – venteadora de quinua.

Emplear materiales que se encuentren en el mercado nacional para la fabricación de la máquina.

Diseñar una máquina de peso y tamaño adecuado a la ergonomía del usuario, para su fácil operación y transporte.

Costo accesible de acuerdo a las situaciones socioeconómicas por debajo a los 2000 $.

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3.3 ARBOL DE OBJETIVOS

ESCARIFICADO - VENTEADORA

FUNCIONAL

MEJORAR EL PELADO

LIMPIEZ EFICAZ

EFICIENTE

GRANO LIMPIO EN SU TOTALIDAD

SATISAFACER LAS NECESIDADES DEL

AGRICULTOR

RAPIDEZ

CALIDAD

MERCADO COSTO ACCESIBLE

RESISTENCIA MECANICA

MATERIAL RESISTENTE

COMPONENTES ESTANDARIZADOS

OPERACION USUARIO

TAMANO ADECUADO

FACIL MANEJO

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4. JUSTIFICACION

La cosecha de quinua en el área tradicional es una demanda no satisfecha para los agricultores, debido a que utilizan herramientas manuales rusticas de bajo rendimiento, ocasionando alta inversión de tiempo y esfuerzo. Por otro lado los resultados son de baja calidad (grano con residuos de cascara y/o grano partido) y perdidas por daño de animales y malas condiciones del tiempo.

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La Escarificadora – Venteadora de quinua es una máquina de escarificado y limpieza del grano de quinua. Lo que se pretende con este mecanismo es la mejora del pelado del grano que facilitara al venteado, obteniendo un grano limpio.

Este proceso se da por el llenano de la tolva con quinua trillada aproximamente 1 quintal (55 kilogramos), esta quinua trillada pasa por el mecanismo de escarificado donde se retira por completo la cubierta de la quinua, posteriormente pasa por el proceso de venteado obteniendo un grano completamente limpio.

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5. REQUERIMIENTO DEL USUARIO

Debido a la gran importancia que está teniendo la siembra del grano de quinua en los pueblos del valle alto en el departamento de Cochabamba, los agricultores del lugar requieren:

Un avance tecnológico que ayude a Obtener un grano completamente limpio y de alta calidad Optimizar el tiempo de trabajo para el agricultor Reducir el esfuerzo físico de las personas Fácil Mantenimiento Fácil manejo

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Sin riesgo para los operarios Bajo costo

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6. ESPECIFICACIONES DE LA MAQUINA

MECANISMO DE LA MAQUINA

La máquina cumple con un peso y tamaño adecuado a la ergonomía del usuario.

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La máquina Escarificadora – Venteadora de Quinua tiene un alto aproximadamente de 1500 (mm.) y con los materiales usados en la maquina el peso de dicha maquina es aproximadamente 89345,32 (Grs.)

Funcionamiento de sistema de pelado del grano de quinua por rodillo:

El mecanismo empieza con la alimentación de la tolva con la quinua trillada, la tolva desemboca al mecanismo de escarificado que tiene un rodillo (Ø=30 cm) concéntrico con el eje del tambor, la distancia

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que habrá entre el rodillo y la cara interna del tambor es de aproximadamente 2 – 3 (mm). Cuya cara y tambor serán recubiertas con goma.

La quinua ya trillada ingresa al sistema mediante la rotación del rodillo en dirección interna a la cámara de venteado, la superficie rugosa e inmóvil de tambor recubierto con goma facilitara el retiro de la saponina que recubre al grano de quinua, mientras que el rodillo está recubierto con goma rugosa y adherente que proporcionará la dirección para la desembocadura del grano de quinua, retirando la saponina mediante el movimiento de rotación con la fuerza necesaria para remover la saponina sin romper los granos.

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La goma como material protagonista será elemental para evitar el desgaste por abrasión que se podría generar en otros materiales sensibles como el metal mediante las pequeñas partículas de polvo y/o tierra adheridas al grano.

Funcionamiento de sistema de venteado:

Ventajas

Un agricultor normalmente realiza las labores de venteo en 2 semanas para un total de 40 a 50 (qq) de quinua. Con el empleo de la venteadora mecánica, esta actividad se puede realizar solo un dia (10 hr/dia)

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El venteo mecánico se puede realizar en cualquier época del año, sin depender del viento.

La venteadora mecánica consta de las siguientes partes: tolva de alimentación, seleccionadora de jipi (residuos de planta de quinua luego del trillado), seleccionadora de grano y molo pulverizador.

Tolva de alimentación

Se encuentra en la parte superior del equipo, tiene una capacidad de 40 -50 kilos, forma cuadrangular, con una caída piramidal y un regulador de caída para material a ventear.

Selección de grano

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Parte del equipo que se encuentra en la sección inferior, consta. El tamaño de grano se selecciona por el aire que se genera en las 6 aspas que tiene el equipo. Para generar aire en las aspas se tiene una polea, el cual está conectada a la toma de fuerza del motor.

Seleccionadora de jipi

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Se encuentra en la parte media del equipo, es una e de forma rectangular y alimentada por aire en la parte posterior. En esta parte del equipo solo se selecciona el jipi

Entrada de la Quinua a la tolva y el mecanismo de escarificado (quinua más cascara).

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Dirección que se mueven las aspas.

Dirección en la que sale el viento (sistema de venteo o limpieza).

Salida de los Granos Limpio de Quinua.

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7. CALCULOS

CARACTERISTICA

Nivel de humedad 15 - 20 (%)

Densidad 375 (kg/m3)

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PLANTA

Tamaño 1000 - 2000 (mm)

Tamaño panoja 300 – 500 (mm)

Diámetro tallo 15 - 20 (mm)

Peso 80 (gr)

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GRANO

Diámetro 2 – 2,8 (mm)

Espesor 0,8 – 1,5 (mm)

Peso específico 0.7 (gr)

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7.1 CALCULOS DEL SITEMA DE ALIMETACION

DATOSVolumen - TOLVA (SolidWorks) V 0.1356 m3

Densidad Quinua ρ 375 (kg/m3)

Entonces la cantidad máxima que entra en la tolva:

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ρ = mV

m = ρ * V

m= 50.85 (Kg)

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V = 0.1356 (m3)

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Superficie de contacto del rodillo de escarificado:

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Según pruebas realizadas con el material de goma que se empleará en la fabricación del rodillo escarificador se obtuvo una efectividad en la superficie de contacto óptima para el escarificado del grano de quinua este oscila entre los 14 - 16 cm de longitud de frotamiento, empleamos el valor medio del rango, 15 cm para la longitud de frotamiento.

DATOS DEL RODILLO DE ESCARIFICADO:

RADIO DEL RODILLO CON GOMA (cm) 10

Como el radio es 10 cm = 0.1m

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La fórmula de una circunferencia es

entonces por relacion

0.62832 360 0

0.15 ∝

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Se halla:

∝ = (0.15 * 360) / (0.62832)

∝ = 87. 94 0

∝ = 90 0

Tomamos el ángulo de 90° que será el trayecto para la superficie de contacto y determinamos el nuevo nivel de frotamiento

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Resultados:

El Angulo de necesario para poder tener un buen escarificado de la quinua es de 90°

La longitud óptima para el escarificado es de 0,15 m

7.2 CALCULOS DEL VENTEADO

Caudal generado por el viento (φ):

DATOS

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Velocidad V 14 (m/s)Base de salida del viento b 0.64 (m)Altura de salida del viento h 0.2 (m)

La velocidad del viento fue medida por un anemómetro de manera experimental, así para obtener una

velocidad conveniente para el venteado de la Quinua.

A = b*h

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A = 0.128(m2)

φ = V*A

φ = 1.792 m³/s

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Presión estática del aire (Pe):

DATOS

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Presión atm del aire CBBA Patm 102. 404 Kpa

Temperatura mínima del ambiente T 0min 9 oCDensidad de aire (T omin) ρ 1,2425 kg/ m³

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Presión del aire (T omin) P 100.56 KpaTemperatura máxima del ambiente T 0max 30 oCDensidad de aire (T omax) ρ 1,127 kg/ m³Presión del aire (T omax) P 101.2395 Kpa

∆ P (T omin)= 102.404 – 100.56 = 1.84 Kpa = 1840 Pa (presión máxima que se ejerce sobre el sistema de

venteado)

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∆ P (T omax)= 102.404 – 101.2395 = 1.16 Kpa = 1164.5 Pa

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Coeficiente de rapidez (ny):

DATOSCaudal del aire Ҩ 1.792 m³/sPresión estática del aire Pe 2722 KpaDensidad del aire ρ 1,29 kg/ m³

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7.2.1 CALCULO DE DIAMETROS DEL ROTOR

Diámetro interno del rotor es:

Para tal coeficiente de rapidez se tiene K entre un intervalo de 0 – 0.5

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Diámetro exterior del rotor es:

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7.2.2 NUMERO DE PALETAS

DATOSDiametro interno Di 0.014 (m)Diametro externo De 0.028(m)

Relación entre diámetros:

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Numero de paletas (Z):

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7.3 TRIANGULO DE VELOCIDADES

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Rendimiento Adiabatico (ηa) , Mecanico (ηm) y Hidraulico (ηh)

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W = Velocidad angular

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C1 = 52.81 (m/seg)

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U1 = 9.42 (m/seg)

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C2 = 6.30(m3/seg)

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U2 = 27.86(m/seg)

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7.4 CALCULO DE LA POTENCIA REQUERIDA POR EL VENTILADOR

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Pot = 4.02 (cv)

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7.5 VARIACION DE AREA Y VELOCIDAD DE ALIMENTACION

DATOS

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Capacidad de la tolva en masa m 50 (Kg)Velocidad V 14(m/s)Densidad quinua ρ 375 (kg/m3)Area 1 A1 0.128 (m2)Area 2 A2 0.206 (m2)Area 3 A3 0.125 (m2)Area 4 A4 0.206(m2)Area 5 A5 0.127 (m2)

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Entonces:

V1 = 14 (m/s)

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m 1= 14 * (0.128) * 375 = 672 (Kg /s)

V2 = (672)/(0.206 * 375) = 8.70 (m/s)

m2 = 8.70 * (0.125) * 375 = 407.16 (Kg/s)

V3= (407.16) / (0.206* 375) = 5.27 (m/s)

m3 = 5.27 * 0.127 * 375 = 251.695 (Kg/s)

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Flujo masico (kg/s) Velocidad (m/s)672 14407.16 8.70251.695 5.27

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V = 8.70 m / s

V = 5.27 m / s

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7.6 CALCULO DE TRANSMISION

TRANSMISION (según “ingemecanica” – correas de trasmisión Cálculos y Diseño)

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MOTORA:n1 = 1500 r.p.md1 = 90 (mm)

MOVIDA:n2 = 0.40 * n1

n2 = 0.40 * 1500n2 = 600 r.p.m

Calcular Diametro (movida):

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DATOSNumero de rev. n1 1500 r.p.m.Numero de rev. n2 600 r.p.m.Diametro (motora) d1 90 (mm)

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Relación de transmisión (R):

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Distancia entre ejes (E):

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E ≥ 541.25 (mm)

LONGITUD DE CORREA:

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L = 1971.5 (mm)

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SELECCIÓN DE CORREA 1:

DATOSPotencia del motor Pot 5 HpFrecuencia f 1.1

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Pc = potencia corregida

Pc = Pot * fe

Pc = 5.5 hp

n1 = 1500 rpm

Con presión corregida (Pc) y n1 entramos a la gráfica:

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Seccion “A”

DIAMETROS DE POLEA PARA SECCION “A”

SECCION DIAMETRO MIN. (mm)

DIAMETRO MAX. (mm)

A 75 112

CUMPLE:

D1= 90 (mm)

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SELECCIÓN DE CORREA 2:

DATOSPotencia del motor Pot 5 HpFrecuencia f 1.3

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Pc = potencia corregida

Pc = Pot * fe

Pc = 6.5 hp

n2 = 600 rpm

Con presión corregida (Pc) y n1 entramos a la gráfica:

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Sección “B”

DIAMETROS DE POLEA PARA SECCION “B”

CUMPLE:

D3= 225 (mm)

SECCION DIAMETRO MIN. (mm)

DIAMETRO MAX. (mm)

B 200 240

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Seleccionamos correa de tipo A y tipo B

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escarificadora - venteadora de quinua

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