informe del proyecto.docx

UNIVERSIDAD TÈCNICA DE COTOPAXI

UNIDAD ACADÈMICA DE CIENCIAS DE LA INGENIERÌA Y APLICADAS

INTEGRANTES: LLANO WILMER.

MONTA SERGIO

CARRERA: INGENIERÌA ELECTROMECÀNICA.

TEMA:

ASIGANTURA: PROYECTO INTEGRADOR. II

CICLO: OCTAVO

FECHA DE PRESENTACIÒN: 28-10-2013.

“DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA MÁQUINA TRITURADORA DE ESTIÉRCOL DE GANADO VACUNO, PARA CONSEGUIR UNA GRANULOMETRIA REQUERIDA DE 3 mm A 6 mm; EN EL SECTOR DE ROMERILLOS AL NORTE DE LA PROVINCIA DE COTOPAXI”

TEMA: “DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA MÁQUINA TRITURADORA DE

ESTIÉRCOL DE GANADO VACUNO, PARA CONSEGUIR UNA

GRANULOMETRIA REQUERIDA DE 3 mm A 6 mm; EN EL SECTOR DE

ROMERILLOS AL NORTE DE LA PROVINCIA DE COTOPAXI”

OBJETIVOS

General:

Diseñar una máquina trituradora de estiércol seco de ganado vacuno, aplicando

conocimientos teóricos, práctico con los materiales existentes en el mercado, para

reducir su tamaño de descomposición del mismo mejorando así la fertilización del

terreno.

Específicos:

Desarrollar una investigación teórica recopilando información de libros, folletos,

páginas web, entre otros para un conocimiento en el diseño de la máquina

trituradora.

Realizar el diseño de partes y componentes de la maquinas mediante un software el

mismo que nos servirá para visualizarlo en un aspecto previo real a futuro.

Realizar los cálculos necesarios mediante conocimiento de ingeniería con el fin de

obtener un mayor alcance para que la maquina sea eficiente en un porcentaje

aceptable.

PROBLEMÁTICA

En presentación y planteamiento del problema logramos ubicar el inconveniente

que, realizando esta investigación el mismo que trata la manera en como el sector

ganadero no puede triturar el abono orgánico (estiércol) de su ganado vacuno, que es

realizado de forma manual y en forma a gran escala como el uso de tractor, sin

embargo las dos maneras de triturar el abono no lograr conseguir descomponer en su

total requerimiento del pasto, ya que este debe ser triturado en dimensiones muy

reducidas para poder descomponerse en menor tiempo, de no ser así, no logra

descomponer como lo requiere, evitando el desarrollo del pasto utilizado para la

alimentación del ganado vacuno debido a que si el abono no desaparece en el tiempo

que lo requiere, este abono se vuelve basura, ya que el nuevo pasto se regenera, y el

abono no se ha descompuesto, causando que este pasto no sea aprovechado en un

rendimiento eficiente y que el ganado no consuma todo el pasto, de manera que es

un inconveniente para todo ganadero. Si el pasto es aprovechado en un buen

rendimiento por parte del ganado, el ganadero podría alimentar más ganado con

menos tramos o rejos de pasto, así como el mejoramiento y aprovechamiento de

nutrientes por el suelo en menor tiempo y una buena regeneración de pasto en el

tiempo requerido.

JUSTIFICACIÓN

Desde el inicio del cultivo en el desarrollo del hombre, y las actividades como es la

producción de leche y crianza de ganado, han venido desarrollando métodos y

formas para que su actividad productiva mejore día tras día, sin embargo hay

inconvenientes como es la producción de estiércol en el sector ganadero (vacuno).

Debido a esto el hombre requiere alternativas para que este estiércol o abono

orgánico pueda ser útil para la producción y no así un inconveniente por lo que el

productor lechero ha buscado los métodos de triturar el abono orgánico a fin de que

se pueda descomponer y fertilizar los pastizales al mismo tiempo que el ganadero

limpia sus pastos. Pero el triturado adoptado por el ganadero actualmente realizado

mediante el proceso manual y mediante el uso de tractor que ha diseñado un

mecanismo de triturado sobre el mismo pastizal, no consiguen que este abono se

descomponga total mente a medida que el ganadero requiere que se pierda el abono

en un alto porcentaje y así su ganado pueda alimentarse de mejor manera con el

pasto regenerado y libre de abono sobrante del anterior pasto ya consumido, además

el triturado manual causando conflictos en la columna vertebral de la persona que

realiza el triturado manual. Por lo que realizar el diseño y ejecución de una máquina

trituradora para el abono, de manera de que se pueda producir un abono triturado

con una granulometría en un rango de 2.5 a 3.5 mm poliédrico en fin de que el

ganadero pueda realizar la fertilización de sus pastizales y no exista abono sobrante

para que el ganado consuma todo el pasto, ya que no existe exceso de abono

sobrante en los pastos regenerados y pueda tener un triturado uniforme a diferencia

de el método tradicional o manual.

OPERACIONALIDAD DE LAS VARIABLES

HIPOTESIS VARIABLES INDICADORES INDICES O ITEMS

El triturado manual

como estrategia

para la obtención

de estiércol

utilizado como

abono para

fertilizar el suelo y

limpiar los

pastizales de

estiércol

obteniendo pasto

limpio y apto para

el consumo de

ganado vacuno.

INDEPENDIENTE

El 100% del tamaño de

estiércol seco de ganado

vacuno, al triturarlo

manualmente solo se

logra triturar el 20% del

mismo, porcentaje que

no logra granulometría

requerida por el

ganadero.

DEPENDIENTE

Triturado manual no

consigue un triturado

uniforme, ni la

granulometría de un

aproximado de 2.5 a 3.5

mm poliédrico que

requiere el ganadero

además de que puede

ocasionar molestias en su

columna resultado del

esfuerzo físico en el

trabajador.

. Golpes mediante

uso de rastrillos,

barra, azadón,

palas.

. Exceso brusco la

columna vertebral

del trabajador al

producir triturado

manual

. Alrededor de 1

hora para triturar

10kg de estiércol.

. Golpes realizados

por el trabajador,

leves como fuertes

consigue un

estiércol triturado

no uniforme.

¿Qué mecanismos

requiere el estiércol

para ser triturado

manual mente?

¿De qué manera se

realiza los

mecanismos para

triturar

manualmente el

estiércol por parte de

quien lo elabora?

MARCO TEORICO

EL ESTIERCOL

Tanto el estiércol como los purines son una mezcla de las heces de los animales con los

orines y la cama. El estiércol es aquel material que puede ser manejado y almacenado

como sólido, mientras que los purines lo son como líquidos.

E1 estiércol además de contener heces y orines puede estar compuesto por otros muchos

elementos, como son las camas, generalmente paja, pero también a veces contiene

serrín, virutas de madera, papel de periódico o productos químicos, también suele

incluir restos de los alimentos del ganado, así como agua. (www.magrama.go.es, 1994)

GRANULOMETRIA.- Los abonos granulados consisten en una mescla de tamaños de

partículas, la cual la cual se caracteriza por la granulometría: proporción de partículas de

cada tamaño, medido como diámetro en mm, en la mezcla. Los tamices utilizados para

su determinación están normalizados, y los ensayos de distribución están relacionados

con la granulometría de cada abono en particular, pues cada tamaño y forma partícula

diferente adquiere un alcance diferente. El valor mínimo recomendado para el diámetro

medio de los gránulos, D50; es de 3mm. (books.google.com.ec)

Los abonos granulados se componen de gránulos entre 2.5 y 4 mm de diámetro y los

abonos pulverulentos de partículas de 0.001-0.1mm. Existen de tipo cristalizado

comprendidas entre 0.2- 1mm. (books.google.com.ec)

Granulo.- Partícula cuya forma puede ser esférica o poliédrica (1 a 4 mm)

(funica.org.ni)

ABONO.-El abono orgánico es un conjunto de materia orgánica que pasa por un

proceso de descomposición o fermentación según sea el tipo de abono que se quiera

preparar. Este proceso es de forma natural por la acción del agua, aire, sol y

microorganismos. (cosechandonatural.com)

RESISTENCIA Y RIGIDEZ DEL MATERIAL

La probeta de ensayo estándar se usa para obtener una variedad de características y

resistencias de los materiales que se emplean en el diseño. En la figura 2-1 se ilustra una

probeta para prueba de tensión típica y sus dimensiones características. (KEITH, 2008)

DUREZA

La resistencia de un material a la penetración por una herramienta con punta se llama

dureza.

Aunque hay muchos sistemas para medir la dureza, aquí sólo se considerarán los dos de

mayor uso. (KEITH, 2008)

NORMAS Y CODIGOS

Una norma es un conjunto de especificaciones para partes, materiales o procesos

establecidos a fin de lograr uniformidad, eficiencia y cantidad especificadas. (KEITH,

2008)

MOLINO

El término molino se utiliza para describir una gran variedad de máquinas de reducción

de tamaño para servicio intermedio. El producto procedente de un triturador con

frecuencia se introduce como alimentación de un molino, en el que se reduce a polvo.

(http://dspace.unach.edu.ec)

TIPOS DE MOLINOS

MOLINO DE BOLAS

El molino de Bolas, análogamente al de Barras, está formado por un cuerpo cilíndrico

de eje horizontal, que en su interior tiene bolas libres. El cuerpo gira merced al

accionamiento de un motor, el cual mueve un piñón que engrana con una corona que

tiene el cuerpo cilíndrico.

Las bolas se mueven haciendo el efecto “de cascada”, rompiendo el material que se

encuentra en la cámara de molienda mediante fricción y percusión.

(http://materias.fi.uba.ar)

MOLINOS DE BOLAS FIGURA 1.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS (http://dspace.ups.edu.ec)

Ventajas

Granulometría variada

Puede ser alimentado con material relativamente grande.

Trabaja con materiales húmedos y secos.

El material molido tiene granulometría muy homogénea.

Desventajas

Es ruidoso

Relativamente grande

Para obtener una granulometría fina se necesita que el material permanezca

mucho tiempo en el molino.

El recubrimiento interior es costoso.

El mantenimiento de esta máquina lleva varios tiempos de parada.

MOLINO DE MARTILLOS

Son martillos que giran generalmente a altas velocidades y golpean al material a triturar

que se encuentra en granos o partículas contra la carcasa entre sí.

(http://dspace.ups.edu.ec) (http://dspace.ups.edu.ec)

1. Eje que gira a gran velocidad y perpendicularmente van montados

articuladamente los elementos de percusión.

2. Martillos

3. Cámara de desintegración

4. Boca de descarga cerrada por una rejilla

5. Boca de entrada

MOLINO DE MARTILLOS FIGURA 2


Ventajas

Sirve para procesar materiales suaves

Al aumentar o disminuir la distancia entre los martillos y la carcasa, puede

variarse la granulometría del material, mientras menor es la distancia el material

es más fino.

La velocidad y el número de martillos son variables que se pueden manejar, para

obtener un material con la granulometría necesaria.

Puede tener sistema de clasificación incorporado.

Consta de elementos de fácil construcción.

No produce contaminación por polvo.

No produce contaminación por ruido exagerado

Trabaja a altas velocidades evitando la adherencia del material en los elementos

de molienda.

Desventajas.

La alimentación tiene que ser con material previamente reducidos.

Debido a que los martillos giran a velocidad, el molino está sujeto a vibraciones

si no se balancean adecuadamente las cargas.

Puede existir atascamiento entre la carcasa y los martillos si la separación entre

los mismos no es la adecuada.

No trabaja con matariles con alto porcentaje de humedad.

MOLINO DE RODILLOS.

Está compuesto por dos rodillos, situados uno al lado del otro, que actúan triturando por

compresión. (http://ocw.ub.edu)

MOLINO DE RODILLOS FIGURA 3


Ventajas

Sirve para procesa matariles no metálicos como la bentonita.

Trabaja en húmedo y seco.

No produce contaminación por ruido exagerado.

Desventajas.

La presión del rodillo contra el anillo es ajustable.

La alimentación tiene que ser en tamaños medianos.

El mantenimiento lleva largos periodos de tiempo.

Construcción costosa.

El sistema es complejo debido a la cantidad de elementos que contiene.

MOLINO DE DISCO

Consta de dos platos, situados uno enfrente del otro, uno giratorio (rotor) y el otro

estático (estator).Suelen ser de corindón algún otro material abrasivo, presentando

siempre ambos una superficie estriada para acentuar el efecto abrasivo, de fricción y

cizalladura sobre el producto a pulverizar.

La separación entre los discos es graduable, de manera que pueden aproximarse entre sí

lo que sea necesario para obtener una buena pulverización, pero siempre sin llegar a

contactar uno con otro para evitar su posible rotura.

La velocidad de giro del molino es lenta (30 rpm) y las partículas que se obtienen son de

tamaño grueso (>100 μm) y poco homogéneas. (http://ocw.ub.edu)

MOLINO DE DISCO FIGURA 4

VENTAJAS Y DEVENTAJAS (http://dspace.ups.edu.ec)

Ventajas

Los discos tienen una vida útil dependiendo de la dureza del material con que

estén construidas.

Elementos de fácil construcción.

Fácil graduación de la granulometría al variar la distancia entre los discos.

Mantenimiento sencillo.

Alimentación continúa.

Trabaja con materiales húmedos y secos.

Desventajas.

Requiere de altas potencias para materiales de dureza media.

Alto costo de los discos.

Tiene baja productividad para granulometría fina.

Para alimentación tiene que ser materia previamente reducida.

Contaminación por polvo.

MATRIZ DE DECISIONES

Matriz de

decisiones

Tipos de molino

Molinos de bolas Molido de

rodillos y

anillo o corona

Molino de

martillos

Molino de discos

Granulometría A C A B

Productividad B B A C

Tamaño del

material a la

entrada.

A A B A

Trabajo con

materiales

secos

A A A A

Trabajo con

material

húmedo

A A C A

Contaminación

por polvo

B A A C

Contaminación

por ruido

C B B B

Facilidad de

mantenimiento

C B A A

Costo B C B C

TOTAL 57 47 66 53

RELACIONDE LAS LETRAS

A = 10 puntos (optimo)

B = 5 puntos (medio)

C = 1 punto (bajo).

COEFICIENTE DE FLUCTUACIÓN: muchas de las funciones de desplazamiento

del par de torsión dadas en situaciones prácticas de ingeniería son tan complicadas que

se tienen que integrar mediante la técnica de métodos numéricos. Por ejemplo, la figura

16-28 es una gráfica, características del par de torsión de un motor de un ciclo de

movimiento de un motor de combustión interna de un solo cilindro. Como una parte de

la curva del par de torsión es negativa, el volante de inercia debe devolver parte de la

energía al motor. Al integrar esta curva desde θ = 0 hasta 4π y dividir el resultado entre

4π se produce el par de torsión medio Tm disponible para impulsar la carga durante el

ciclo.

Cs¿Vv−Vc

V (Shirley, 1046). (KEITH, 2008)

Chavetas y chaveteros

Una chaveta es una elemento situado entre las superficies de un eje árbol y el cubo de

un elemento transmisor de potencia (rueda dentada; piñón, polea, tambor, etc.);

transmitiendo el par de torsor de un elemento a otro (eje cubo).

Las chavetas son elementos desmontables para facilitar el montaje y desmontaje del

sistema de transmisión de que se trate. Se colocan o alojan sobre lo que denominamos

chaveteros, que son ranuras axiales, una mecanizada sobre el eje o árbol, y la otra

mecanizada sobre el cubo del elemento de transmisión.

Normalmente se coloca la chaveta sobre su alojamiento sobre el eje y, a continuación,

se alinea con el cubo del elemento con la posición de la chaveta sobre el eje y se desliza

hasta que este adopta su poder de funcionamiento.

CHAVETAS Y CHAVETEROS FIGURA 5

Hay modos básicos de fallo de potencial en chavetas que transmiten potencia:

Cortadura sobre la sección transversal de la chaveta correspondiente a la altura

de unión eje-cubo.

Aplastamiento por compresión entre la superficie de asiento entre chaveta y eje

o cubo.

L = longitud de la chaveta, parámetro de objeto de calculo.

D = diámetro del eje.

b = ancho de la chaveta, dimensión normalizada dad por el diámetro del eje.

h = altura de la chaveta, dimensión normalizada dad por el diámetro del eje.

T = par de transmisión.

Cortadura.

La fuerza de cortadura que d3eberemos de considerar será,

T

(D2

) Donde T = par transmitido.

La tensión de cortadura será pues,

τ= FAs

= T

(D2

)(b . L)= 2.T

D .b . L ;

Como tensión de cortadura de diseño podemos adoptar:

τ s=0.5∗Sy

N; finalmente Lmint=

2. Tτ s D . b ;

Sy: es la tensión de fluencia.

N = coeficiente de seguridad (en aplicaciones industriales, es adecuado un coeficiente

de 3).

Aplastamiento:

El esfuerzo de compresión y las áreas de la chaveta sometida a este esfuerzo son la

mismas en la parte alojada en el eje y en la parte alojada del cubo del elemento de

unión, L*(h/2). El fallo se producirá sobre la superficie con menor tensión de fluencia

del material definiremos la tensión de diseño como:

σ d=sy

N;

La compresión de vida al estado de carga será,

σ= FA s

=

F

( D2 ) . L( h

2) =

4 TD. L .h

CORREAS DE TRANSMISION

Las correas son elementos de transmisión de potencia, de constitución flexible, que se

acoplan sobre poleas que son solidarias a ejes con el objeto de transmitir pares de giro.

Su naturaleza flexible va a permitir que su fabricación se realice con una cierta

incertidumbre mecánica que puede ser asumida, posteriormente, en su montaje.

La correa de transmisión trabaja por rozamiento con la polea sobre la que va montada.

Este hecho, junto a su naturaleza flexible, confiere a las correas una función de

"fusibles" dentro de las transmisiones, dado que se comportan como amortiguador,

reduciendo el efecto de las vibraciones que puedan transmitirse entre los ejes de la

transmisión.

En general, el empleo de correas en las transmisiones resulta una opción más barata,

pero como contrapartida, este tipo de elementos no pueden garantizar una relación de

transmisión siempre constante entre ejes, dado que pueden originarse pequeños

deslizamiento de la correa sobre la canaladura de la polea, debido, por ejemplo, a que el

tensado inicial no se ha hecho correctamente, o en todo caso, producido por el desgaste

con las horas de funcionamiento.

Correas trapezoidales

Las correas trapezoidales o correas en "V" trabajan a partir del contacto que se establece

entre los flancos laterales de la correa y las paredes del canal de la polea.

Según las normas ISO las correas trapezoidales se dividen en dos grandes grupos: las

correas de secciones con los perfiles clásicos Z, A, B, C, D y E, y las correas estrechas

de secciones SPZ, SPA, SPB Y SPC. En la figura adjunta se representa

esquemáticamente una sección tipo de correa trapezoidal o correa en "V":

CORREA TRAPEZOIDAL FIGURA 6.

Esquema de una correa trapezoidal

Donde,

a, es el ancho de la cara superior de la correa;

h, es la altura o espesor de la correa;

ap, es el denominado ancho primitivo de la correa.

En la siguiente tabla se muestran los valores de los parámetros anteriores según el perfil

de correa:

Perfiles normalizados correa trapezoidal

Las correas trapezoidales o en "V" trabajan en condiciones óptimas cuando lo hacen a

velocidades lineales dentro del rango de los 20-22 m/s. Las correas en "V" no deben

trabajar a velocidades superiores de los 30 m/s, dado que la elevada fuerza centrífuga

que se genera terminaría sacando la correa de la ranura de la polea. Por otro lado, si

funcionasen a velocidades más baja también necesitarían un proceso de equilibrado

estático para conseguir un trabajo más óptimo.

Constitución

La siguiente figura muestra una sección tipo de una correa trapezoidal, así como de las

partes principales que la compone:

CONSTITUCIÓN FIGURA 7.

Elementos de una correa trapezoidal

Donde:

1, es el núcleo;

2, tensores o fibras resistentes;

3, recubrimiento.

Longitud primitiva

La longitud o desarrollo lineal de una correa se mide montada sobre poleas y

convenientemente tensada. En esta situación el desarrollo de una correa variará en

función de la línea de referencia de la sección que se tome para realizar la medición.

Así, se denomina longitud primitiva de la correa (Lp) a la que resulta de realizar la

medición de su longitud a la altura del ancho primitivo (ap) de la sección.

Para efectuar correctamente la medición de la longitud primitiva de la correa, ésta debe

estar, como ya se ha dicho, convenientemente tensada. Para poder aplicar el tensado a la

correa, las dos poleas sobre las que se monte la correa deben ser una fija y la otra

desplazable con el objeto de poder aplicarle a esta última la carga (Q) de tensado.

LONGITUD PRIMITIVA FIGURA 8.

Esquema de montaje de una transmisión por correa

La carga (Q) de tensado a aplicar será función de la sección de la correa que se trate, su

desarrollo primitivo y del diámetro de poleas, según se indica en la siguiente tabla:

Cargas (Q) de tensado

La distancia entre ejes de poleas (E) se mide con la correa ya montada y tensada. Para

que la medición sea correcta se debe hacer girar las poleas cuatro o cinco vueltas a fin

que la correa encaje bien en la ranura.

La longitud primitiva (Lp) de la correa para este caso concreto, donde los diámetros de

las poleas son iguales y el ángulo de contacto igual a 180º, resulta inmediata aplicando

la siguiente expresión:

Lp = 2 · E + Π · d

Donde:

E es la distancia entre ejes de las poleas, en mm;

d es el diámetro primitivo de las poleas, en mm;

Lp es la longitud primitiva de la correa, en mm.

Como ya se dijo al principio de este apartado, la longitud o desarrollo de la correa

variará en función de qué línea de referencia de la sección se tome. Así, si se toma la

cara externa de la sección de la correa como referencia, resultará una longitud nominal

mayor que la longitud primitiva, y por el contrario, si se toma la cara interna, entonces

la longitud nominal obtenida será menor que la longitud primitiva. Es decir, que

Desarrollo externo = Longitud primitiva nominal (Lp) + C1;

Desarrollo interno = Longitud primitiva nominal (Lp) - C2;

Los coeficientes C1 y C2 que hay que sumar o restar a la longitud primitiva para

obtener los desarrollos exteriores o interiores de la correa, se adjuntan en la siguiente

tabla en función del tipo de sección:

Coeficientes C1 y C2

Identificación

Las correas trapezoidales se identifican por sus dimensiones físicas. Así, para proceder a

su identificación se coloca en primer lugar una letra que indica la sección de la correa,

seguido por un número que expresa la longitud nominal de la correa.

Identificación de correa trapezoidal

Poleas

La colocación de la correa de manera correcta en el canal o ranura de la polea influye

considerablemente en el rendimiento de la transmisión y en la vida útil de la correa.

Para conseguir una buena colocación de la correa en la ranura de las poleas es condición

imprescindible un perfecto alineamiento entre poleas. Para ello es necesario que los ejes

del motor sean paralelos y que la correa trabaje perpendicularmente a dichos ejes.

Es síntoma de que existe un mal alineamiento entre poleas cuando uno de los flancos de

la correa está más desgastado que el otro, o que un lado del canal aparece más pulido

que el otro. Un ruido constante de la transmisión o un calentamiento excesivo de los

rodamientos son también síntomas de un mal alineamiento entra poleas.

Por otro lado, como ya se ha indicado, la correa en "V" trabaja por rozamiento entre los

flancos laterales de la correa y las paredes del canal de la polea. Es por ello muy

importante que los flancos de la polea se presenten perfectamente lisos y limpios. La

presencia de suciedad o de partículas de polvo en la polea es muy perjudicial al

convertirse en abrasivos que terminan desgastando a la superficie de la correa.

POLEAS EN V FIGURA 9.

Colocación de la correa en el canal de la polea

La posición correcta de la correa será aquella en la que su base mayor quede por encima

de la polea, lo cual va a asegurar un contacto continuo entre la ranura y los flancos de la

correa. En ningún caso la correa debe tocar el fondo del canal de la polea, dado que de

producirse, la correa empezaría a patinar, y esto provocaría su desgaste inmediato.

Por ello, en poleas con canales muy gastados deben ser reemplazadas de inmediato,

dado que las correas pueden tocar el fondo del canal lo que terminaría "quemando" la

correa y perdería su capacidad de transmitir la potencia.

Diámetro mínimo

La elección del diámetro correcto de las poleas es sumamente importante, dado que un

diámetro excesivamente pequeño para una sección de correa determinada significaría

una flexión excesiva de ésta, lo que terminaría reduciendo su vida útil. Como norma

general, al aumentar el diámetro de la polea aumentará la vida útil de la correa.

Diámetros mínimos de poleas

Siendo:

V diámetro válido de polea;

R diámetro de polea especialmente recomendado.

Ajuste de la distancia entre poleas

Toda transmisión por correas flexibles debe ofrecer la posibilidad de ajustar la distancia

entre centros de poleas, es decir, de poder variar la distancia que separa los ejes de giro

de las distintas poleas que permita realizar las siguientes operaciones:

- hacer posible el montaje inicial de la correa sin forzarla;

- una vez montada, poder realizar la operación de tensado inicial;

- durante la vida útil de la correa, para poder compensar el asentamiento de la correa o

su alargamiento que se produce por el uso.

AJUSTE DE LA DISTANCIA ENTRE POLEAS FIGURA 10

Ajuste de la distancia entre poleas

En la siguiente tabla se indica la variación mínima de la distancia entre ejes de poleas

necesario para la instalación y tensado de las correas:

Desplazamientos mínimos para el montaje

Operación de tensado

La operación de tensado de las correas, necesaria y previa a la puesta en servicio de la

transmisión, se llevará a cabo una vez asegurada la correcta alineación entre poleas.

En primer lugar, una vez montada la correa, se le da a ésta un pequeño tense por el lado

de la transmisión. El ramal tenso de una correa es aquel que se dirige hacia la polea

motriz. Una vez dada esta pequeña tensión se le daría varias vueltas manualmente a la

transmisión para asegurarse una mejor colocación de la correa en el canal.

Posteriormente se debe ajustar los centros de las poleas hasta aumentar algo más la

tensión de la correa, conectando posteriormente el motor de accionamiento durante

varias vueltas con el fin de permitir a las correas asentarse correctamente en las ranuras

de las poleas.

Separa de nuevo el motor, y a continuación se ajusta la distancia entre centros hasta

alcanzar la tensión correcta.

Por último quedaría comprobar que la tensión dada es la correcta y recomendada por el

fabricante. Para la medición de la tensión que tiene una correa se procederá como a

continuación se expone.

OPERACIÓN DE TENSADO FIGURA 11.

Medida del tensado

Como muestra la figura anterior, la medida del tensado consiste en esencia en someter a

la correa a una determinada deflexión mediante la aplicación de una fuerza F

perpendicular al tramo medio (Lt) de la correa, mediante el uso de un tensor resorte,

dispositivo que permite medir la magnitud de la fuerza aplicada. La longitud del tramo

(Lt) puede ser calculada también por la siguiente expresión:

Siendo:

E, la distancia entre ejes de poleas;

d, el diámetro de la polea menor;

D, el diámetro de la polea mayor.

La deflexión a conseguir es de 0,02 mm si la longitud del tramo (Lt) es menor a 500

mm, o de 0,01 mm si excede de 500 mm. A continuación se anota el valor de la

fuerza F aplicada para conseguir estas deflexiones y se compara con los valores dados

en la tabla siguiente suministrada por los fabricantes de correas. (aprendemostecnologia,

2010)

Fuerza de deflexión para medir el tensado de correas en "V"

Una fuerza F medida por debajo del mínimo indicado en la tabla anterior significaría

que le falta tensado a la correa, y por encima que la correa estaría trabajando en sobre

tensión.

No obstante, cuando se instalan correas nuevas, éstas deben tensarse a su valor máximo

permitido, dado que tras las primeras horas de funcionamiento una correa nueva tiende a

perder rápidamente algo de la tensión inicial por su deformación hasta que alcanza la

estabilidad.

Procedimiento de cálculo

Todo fabricante que comercialice correas de transmisión dispone de catálogos con las

especificaciones técnicas de sus correas que es accesible al público en general.

En dichas especificaciones técnicas se incluyen, para cada sección nominal, la potencia

que puede transmitir cada correa, en función del diámetro y las r.p.m. a que gire la polea

más pequeña, ya que ésta es la que va a condicionar la resistencia por fatiga a flexión de

la correa.

No obstante los valores de estas tablas son teóricos, y están calculados suponiendo unas

hipótesis de cargas constantes y un arco de contacto de la correa sobre la polea de 180º.

Evidentemente, la realidad en cada caso será distinta y habrá que ajustarse a las

condiciones específicas de trabajo a la que se someta a la correa. Es por ello que es

necesario hacer uso de unos coeficientes de corrección que tengan en cuenta la realidad

en el diseño y las condiciones de trabajo de cada correa. En los siguientes apartados se

mostrarán cómo calcular dichos coeficientes correctores.

Potencia transmitida

En primer lugar habrá que calcular la potencia de diseño o total de la potencia

transmitida sobre la que se diseñará la correa. La potencia que desarrolla el motor

conductor (P) es el punto de partida, pero a este valor habrá que afectarlo de un

coeficiente corrector en función de diversos factores como son:

• Tipo de motor conductor que se utilice para accionar la transmisión

• Tipo de máquina conducida que se vaya a accionar

• Horas de servicio por día.

De esta manera la potencia corregida (Pc) o total de la potencia transmitida, que es la

que habrá que utilizar en el diseño, vendrá dada por la siguiente expresión:

Pc = P · K, donde:

Pc es la potencia corregida;

P es la potencia transmitida del motor conductor;

K es el factor de corrección de la potencia de acuerdo a la siguiente tabla:

Factor de servicio, K

A la tabla anterior, cuando sea necesario el uso de poleas tensoras, habrá que adicionar

al coeficiente de corrección anterior los valores siguientes en función de la posición de

la polea tensora:

- sobre el ramal flojo interior: ---

- sobre el ramal flojo exterior: +0,1

- sobre el ramal tenso interior: +0,1

- sobre el ramal tenso exterior: +0,2

En ocasiones, en lugar de la potencia del motor de accionamiento (P) lo que se dispone

es su par motor (T). En este caso la potencia (P) que transmite se calcula de la siguiente

manera:

Donde P resulta la potencia transmitida en kW, n son las revoluciones por minuto (rpm)

y T es el par motor en kg fuerza · metro.

Selección del tipo de correa

Cada fabricante dispone de gráficas donde se muestra el tipo de correa adecuada para

trabajar en función de la potencia a transmitir y de las revoluciones de giro de la polea

menor. Se adjunta una gráfica tipo de un fabricante de correas de transmisión donde se

puede seleccionar la sección correcta de la correa:

SELECCIÓN DEL TIPO DE CORREA FIGURA 12.

Selección de la sección de correa

Relación de transmisión

La relación de transmisión se calcula de acuerdo a la siguiente expresión:

Donde,

R es la relación de transmisión;

N son las revoluciones por minuto (rpm) de la polea menor;

n son las revoluciones por minuto (rpm) de la polea mayor;

D es el diámetro de la polea mayor;

d es el diámetro de la polea menor.

Diámetros de poleas

Generalmente se parte del conocimiento del diámetro de alguna de las poleas, de la

mayor o de la menor.

Así, si se parte del diámetro de la polea menor (d), el diámetro de la otra polea, la mayor

(D), se obtendría a partir de la relación de transmisión (R).

D = R · d

Si por el contrario, se conoce el diámetro de la polea mayor (D), el de la menor (d) se

calcula de igual manera:

d = D / R

Por último, habría que comprobar que el diámetro de la polea menor se elige siempre

mayor al mínimo requerido para cada sección, según se indica en la Tabla 8 Diámetros

mínimos de poleas del apartado 4.2 de este tutorial.

Distancia entre ejes

La distancia entre ejes (E) de las poleas suele estar establecida en la transmisión que

debe calcularse. No obstante, puede que en algunos casos este dato no esté decidido,

quedando a mejor criterio calcular esta distancia.

De acuerdo a la experiencia de las empresas fabricantes, y con el objetivo de optimizar

el rendimiento de la transmisión, la distancia entre ejes de poleas (E) mínima se puede

obtener a partir de las siguientes expresiones:

• Si la relación de transmisión R está comprendida entre 1 y 3:

• Si R ≥ 3:

Para este caso bastaría que se cumpliese que E ≥ D

Siendo,

E, la distancia entre ejes de poleas;

R, la relación de transmisión;

d, el diámetro de la polea menor;

D, el diámetro de la polea mayor.

Longitud de la correa

La longitud primitiva de la correa (Lp) de una transmisión se calcula directamente a

partir de la siguiente expresión:

Donde,

E, es la distancia entre ejes de poleas;

d, es el diámetro de la polea menor;

D, es el diámetro de la polea mayor;

Π, es el número pi (3,14159265)

La expresión anterior calcula el valor exacto para la longitud de la correa. No obstante,

las casas comerciales fabrican una serie normalizada de longitudes primitivas nominales

para cada sección de correa, que seguramente no coincidirán con la longitud calculada

mediante la expresión anterior. Por ello, de esta lista habrá que elegir, para el tipo de

correa que se trate, la longitud más próxima al valor calculado.

Posteriormente, habrá que determinar el factor de corrección del largo de la correa

(Fcl). Ello es así porque en las tablas de correas de cualquier fabricante, las prestaciones

que en ellas aparecen están confeccionadas para un desarrollo base de la correa. Como

en el cálculo que se realice se obtendrá una longitud de correa distinta al desarrollo base

con que se han confeccionado las tablas, habrá que afectarles con un coeficiente

corrector de longitud (Fcl)

Así, si la longitud obtenida es mayor a la longitud base, habrá que afectarle con un

coeficiente corrector mayor a la unidad (Fcl > 1). Esto es así porque al ser la frecuencia

con que flexiona una correa inversamente proporcional a su longitud, es decir, a mayor

longitud de correa implica menor número de flexiones de cada sección, y por tanto

mayor duración, por lo que se estaría del lado de la seguridad y por tanto, el Fcl deberá

ser mayor a la unidad (Fcl > 1).

Por el contrario, si la longitud calculada es inferior al desarrollo estándar del fabricante,

la prestación será inferior a la indicada en las tablas, y por lo tanto habrá que aplicar un

coeficiente corrector menor a 1 (Fcl < 1).

Arco de contacto

La polea determinante en el diseño y en la duración de la vida útil de la correa será la de

menor diámetro. Por ello, es necesario conocer el ángulo de contacto sobre esta polea.

La determinación del ángulo de contacto (A) de la correa sobre la polea menor se realiza

aplicando la siguiente expresión:

Donde:

A es el ángulo de contacto sobre la polea menor, en º

E es la distancia entre ejes de poleas;

d es el diámetro de la polea menor;

D es el diámetro de la polea mayor.

Al igual que en el caso anterior, el diseño óptimo de la correa se ha realizado para un

ángulo de contacto sobre la polea de 180º. Como en general el ángulo de contacto sobre

la polea menor será inferior a 180º, la prestación de la correa no será la óptima, y por

tanto habrá que afectarla por un coeficiente corrector del arco de contacto (FcA)

Velocidad lineal de la correa

Para el cálculo de la velocidad lineal de la correa se emplea la siguiente expresión,

Donde,

vt es la velocidad lineal o tangencial de la correa, en m/s;

d, es el diámetro de la polea menor, en mm;

N son las revoluciones por minuto (rpm) de la polea menor;

Π, es el número pi (3,14159265)

Como ya se ha indicado en algún apartado anterior, la velocidad lineal de una correa

trapezoidal no debe sobrepasar los 30 m/s, dado que a partir de esta velocidad las

fuerzas centrífugas son de una magnitud tal que podría desencajar la correa de la ranura

de la polea. Si se necesitasen velocidades superiores a los 30 m/s se deberá utilizar

poleas especiales que eviten este inconveniente.

Potencia efectiva por correa

La potencia efectiva por correa (Pe) se calcula a partir de la potencia base (Pb) afectada

de los coeficientes correctores por longitud de correa (Fcl) y por arco de contacto (FcA).

De esta forma la expresión que proporciona la potencia efectiva es la siguiente:

Pe = Pb · Fcl · FcA

Cálculo del número de correas

El cálculo del número de correas necesaria para mover la transmisión es inmediato y

resulta de dividir la potencia corregida (Pc) vista en el apartado 5.2 y que constituye el

total de la potencia a transmitir, entre la potencia efectiva (Pe) por correa. Es decir, que:

Sistema simple de poleas con correa

El sistema de poleas con correa más simple consiste en dos poleas situadas a cierta

distancia, que giran a la vez por efecto del rozamiento de una correa con ambas poleas.

Las correas suelen ser cintas de cuero flexibles y resistentes. Es este un sistema de

transmisión circular puesto que ambas poleas poseen movimiento circular.

En base a esta definición distinguimos claramente los siguientes elementos:

1. La polea motriz: también llamada polea conductora: Es la polea ajustada al eje que

tiene movimiento propio, causado por un motor, manivela,

… En definitiva, este eje conductor posee el movimiento que deseamos transmitir.

2. Polea conducida: Es la polea ajustada al eje que tenemos que mover. Así, por

ejemplo: en una lavadora este eje será aquel ajustado al tambor que contiene la ropa.

SISTEMA SIMPLE DE POLEAS CON CORREA FIGURA 13

Definición: Definimos la relación de transmisión (i) como la relación que existe entre la

velocidad de la polea salida (n2) y la velocidad de la polea de entrada (n1).

La relación de transmisión, como su nombre indica, es una relación de dos cifras, no

una división.

Donde

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_transmisi%C3%B3n

http://aprendemostecnologia.org/2008/08/28/sistema-simple-de-poleas-con-correa/

http://aprendemostecnologia.org/2008/08/28/sistema-simple-de-poleas-con-correa/

http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2008/07/prueba_html_fd10987.gif

http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2008/07/prueba_html_m117f5521.gif

d1 = diámetro de la polea motriz (entrada).

d2 = diámetro de la polea conducida (salida).

Se puede calcular la velocidad de las poleas a partir de los tamaños de las mismas

n1·d1 = n2·d2

Expresión que también se puede colocar como…

TOLERANCIAS DIMENSIONALES. INTRODUCCIÓN

En la UD Metrología definíamos Tolerancia como a la cantidad total que se permite

variar en la fabricación de una pieza respecto de lo indicado en el plano; definiremos

pues, Tolerancia dimensional a la cantidad total que es permitido variar en la

fabricación, a una dimensión especificada en el plano según la cota nominal.

TÉRMINOS EMPLEADOS EN TOLERANCIAS

Cota nominal. Es la medida indicada en el plano como básica e identificativa.

Medida máxima. Es la medida máxima admisible.

Medida mínima. Es la medida mínima admisible. A

Tolerancia (t). Es la diferencia entre las medidas máximas y mínima de un

elemento. Esta tolerancia puede situarse de las siguientes formas respecto de la

medida nominal (línea de referencia), ver fig. 2.1 :

Encima (+): 50 (+30, +20 µm) t = 30 - 20 = 10 µm Dmáx = 50.030

mm

Dmín = 50.020 mm

Debajo (-): 50 (-30, -20 µm) t = 30 - 20 = 10 µm Dmáx = 49.980

mm

En Dmín = 49.970 mm

Repartido (±): 50 (+30, -20 µm) t = 30 - (-20) = 50 µm Dmáx = 50.030

mm

Dmín = 49.980 mm

http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2008/07/prueba_html_33029792.gif

TÉRMINOS EMPLEADOS EN TOLERANCIAS FIGURA 14.

Ajuste. Es el acoplamiento entre varias piezas de la misma medida nominal.

Eje. Es la pieza que presenta contactos externos en un ajuste, es decir, es la parte

contenida.

Agujero. Es la pieza que presenta contactos internos en un ajuste, es decir, es la

parte continente.

Diferencia superior. Es la diferencia entre la medida máxima y la nominal.

Diferencia inferior. Es la diferencia entre la medida mínima y la nominal.

Diferencia de referencia. Es la que se utiliza para posicionar la zona de tolerancia,

se toma la menor de la superior o inferior.

TÉRMINOS EMPLEADOS EN TOLERANCIAS FIGURA 15.

Posición de la tolerancia

La posición de las tolerancias se determina por la diferencia de referencia que será la

superior o inferior según esté por debajo o por encima.

https://lh3.googleusercontent.com/-4kBmQUbopn4/UGdcbwZ_jhI/AAAAAAAAAIo/kyTYtpIMgOE/s1600/image008.gif

https://lh4.googleusercontent.com/-GO2VdmlDWLY/UGdcbxWEHQI/AAAAAAAAAI4/4Nm6-1CyZus/s1600/image010.gif

POSICIÓN DE LA TOLERANCIA FIGURA 16.

Las distintas posiciones, que se establecen para cada grupo de dimensión, se designan

mediante letras que serán mayúsculas para agujeros y minúsculas para ejes.

El sistema ISO establece las secuencias de posiciones mostradas en la adelante.

Determinación de la diferencia de referencia

El sistema de tolerancia ISO, define unas tablas en las que se determinan las diferencias

superior e inferior que servirán para determinar la diferencia de referencia. Se muestra a

continuación un extracto de las tablas con las posiciones más utilizadas en mecánica

general.

La distancia de referencia depende de:

Calidad de la tolerancia.

Dimensión de la pieza.

AJUSTES

La construcción de conjuntos mecánicos se basa en el acoplamiento o ajuste de diversos

elementos en condiciones determinadas que vendrán definidas por factores como:

Condiciones de trabajo.

Función a desempeñar.

Tipo de elemento mecánico.

Posición del eje Resultado para posición H

a, b, c, cd, d, e, ef, f, g Ajuste móvil

h, j, js, k, m, n Ajuste indeterminado

p, r, s, t, u, v, x, y, z, za, zb, zcAjuste fijo

https://lh4.googleusercontent.com/-_uEPePpbcIQ/UGdcc5j0nVI/AAAAAAAAAJA/G77yBWPZ6nk/s1600/image016.gif

Sistema eje-base

Este sistema contempla una posición para el eje de forma que la diferencia superior es

nula, es decir se selecciona la posición h. Manteniendo fija esta posición, se obtienen

ajustes fijos móviles o indeterminados jugando con la posición del agujero.

SISTEMA EJE-BASE FIGURA 17.

Se muestra a continuación los tipos de ajustes que se pueden obtener en función de las

diferentes posiciones.

Posición del agujero Resultado para posición h

A, B, C, CD, D, E, EF, F, G Ajuste móvil

H, J, JS, K, M, N Ajuste indeterminado

P, R, S, T, U, V, X, Y,Z, ZA, ZB, ZCAjuste fijo

OPERACIONES CON TOLERANCIAS

En la práctica se presenta, a veces, la necesidad de cambiar las disposiciones de las

cotas de tolerancia indicadas en el dibujo, sustituyendo algunas de ellas por otras nuevas

con tolerancia, o bien sustituyendo las cotas indicadas con máximos o mínimos por otra

con tolerancia de forma que no se modifiquen las condiciones impuestas anteriormente.

Este cambio puede ser debido por necesidades del proceso de fabricación, para

simplificar la medición, etc.

Cálculo de la tolerancia resultante.

El cálculo de la tolerancia resultante de una cadena de tolerancias en la misma dirección

se determina calculando la suma de los valores de las tolerancias de cada uno de los

componentes de la cadena.

Ejemplo: Se pide calcular la cota X de la pieza de la

CÁLCULO DE LA TOLERANCIA RESULTANTE FIGURA 18.

X = 20+ 10 + 30 + 20 = 80 mm

dsx = 0 + 0.5 + 0.08 + 0 = 0.58 mm

dix = 0.1 + 0 + 0.05 + 0.5 = 0.65 mm

X = 80 (+0, 58, -0, 65)

Sustitución de cotas con tolerancias.

Es recomendable realizar esta operación únicamente cuando es indispensable y en el

caso de que las ventajas conseguidas sean mayores que los inconvenientes de trabajar

con tolerancias más estrechas ya que cuando se puede realizar dicha sustitución la

tolerancia resultante es siempre menor. Para realizar la sustitución se deberán cumplir

los siguientes requisitos:

La cota que se sustituye debe tener una tolerancia mayor que la que se conserva.

De lo contrario habrá que modificar el plano.

El procedimiento para calcular la nueva cota se empezará siempre por plantear la

relación de la cota que se sustituye.

En la pieza de la fig. Se pretende calcular la cota B sustituyendo la cota A y mantener la

C.

https://lh4.googleusercontent.com/-D_cRs4siMm8/UGdcgFC28YI/AAAAAAAAAKM/GF0QHEp9Uzw/s1600/image034.gif

1.- 60 - (-50) = 110 µm Tolerancia cota A.

100 - 40 = 60 µm Tolerancia cota B.

Como la sustituida ta> tc que es la que queda, se puede realizar la sustitución.

2.- Amáx = Cmáx - Bmín Bmín = Cmáx - Amáx

Bmín = 79.960 - 50.060 = 29.900 mm

B=30 (-30, -100 µm)

Amín = Cmín - Bmáx Bmáx = Cmín - Amín

Bmáx = 79.900 - 49.950 = 29.950 mm

Uniones roscadas.

En mecánica se denomina rosca a la hélice construía sobre un cilindro, con perfil

determinado y de manera continua y uniforme. Si la hélice es exterior se le denomina

tornillo y si es interior se le denomina tuerca.

Terminología de roscas

TERMINOLOGÍA DE ROSCAS FIGURA 19.

Diámetro exterior: Diámetro máximo de la

rosca.

Diámetro interior: Diámetro mínimo de la

rosca.

Diámetro medio: Diámetro imaginario

donde el ancho del vano coincide con el

ancho del filete.

Paso: Distancia axial entre dos filetes

contiguos. En ocasiones se define como

número de hilos por unidad de longitud

(pulgadas). En roscas de varias entradas se

distinguen el paso del filete y el de la rosca.

Ángulo de hélice: Ángulo

formado por la tangente al filete

con la dirección perpendicular al

eje.

Flanco: Superficies de contacto

tornillo-tuerca.

Profundidad de la rosca: Es la

altura del filete, corresponde a la

semidiferencia entre el diámetro

exterior e interior.

Tolerancias en las roscas

Las tolerancias definidas en las roscas deben establecerse de forma que se respeten las

siguientes condiciones:

La intercambiabilidad debe garantizarse.

La solidez del conjunto no debe modificarse.

Los flancos del filete deben apoyarse lo más posibles sobre toda su superficie y en

toda la longitud roscada.

Debiendo ser siempre posible el montaje del tornillo en la tuerca, por analogía con el

sistema de tolerancias agujero base, el perfil teórico ha sido elegido:

Para la tuerca como perfil límite inferior.

Para el tornillo como perfil límite superior.

Denominación de las tolerancias

Las tolerancias de roscas también se definen mediante número - indica calidad de la

tolerancia- y mediante una letra - indica posición de la tolerancia -, donde el concepto es el

mismo que en el sistema ISO de tolerancias pero con la diferencia de que en las roscas

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXIUNIDAD ACADÈMICA CIYA

Latacunga – Cotopaxi – Ecuador

primero de indica la calidad y luego la posición. Ejemplo de indicación de tolerancia de

calidad 6 posiciones g en un tornillo de métrica 10:

M10 6g

Esta diferencia se realiza para no confundir al usuario de las tablas de tolerancias ya que las

definidas para roscas son diferentes a las habituales, al tener que compensar la tolerancia

además los errores de paso y ángulo.

La tabla de tolerancias del ángulo del flanco (A/2):

La tabla de tolerancias del paso métrico de la rosca es:

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CALCULO PARA LA SELECCIÓN DEL VOLUMEN DE LA TOLVA

PRACTICA REALIZADA PARA EL VOLUMEN

Se realiza la medición del volumen de nuestro material a moler (abono) con la finalidad de

obtener el volumen de entrada con respecto a la salida, en el proceso de molido para lo que

tomaremos una medida patrón para el molido un recipiente en litros la cual tendremos el

valor del volumen de entrada con respecto a la salida.

En el primer caso tendremos en el recipiente 10 litros de abono en volumen lo cual pesa

2kg en tanto que a la salida tendremos el mismo peso mientras que habrá una variación de

volumen. Para lo cual se realiza la práctica del molido de nuestro abono en un molino

casero de cocina, se logra moler 1 kg lo cual representa 1.5 litros de volumen, en tanto que

en 2 kg de abono molido será entonces será 3 kg en relación al primer recipiente de abono

seco sin moler hay diferencia de tres litros con respecto al abono molido que obtenemos a

la salida con el mismo recipiente.

10litros deentrada3 litrosde salida

=3,333

Quiere decir que la relación de volumen es, 3.33 litros de abono seco para conseguir 1 litro

de abono molido puesto que la relación de peso es el mismo. Y con respecto al abono se

logra obtener un granulo de molienda hasta de 1 mm de diámetro poliédrico incluso

conseguir hasta menos que 1 mm de manera que puede ser hasta polvo.

Alcance de molienda por la máquina.

Una persona muele 2 sacos llenos de estiércol de ganando vacuno al día y con dimensione

entre 25 a 35 mm, y se requiere moler 6 sacos al día que vendría ser los 6 sacos en las 8

horas de trabajo. Las dimensiones del grano para el diseño de la máquina esta en moler

entre 3 a 5mm de diámetro, por lo que los cálculos serían:

PARA LA TOLVA





Tomamos como referencia el saco de arroz que tiene un radio de 25 cm y una altura de 75

cm entonces el volumen de la tolva será:

V=π r2 h

V=π (0,25 m )2(0,75 m)

V=0,147 m3

Esto trasformado a litros tenemos.

V=0,15 m3 1000 ltr

1m3

V=150 litros

Esto multiplicado por la relación hecha en la práctica que es de 3,3333 tenemos

V=450 litros

Tenemos el volumen total de la tolva tenemos en la práctica realizada el peso del estiércol

que es de 1kg por los 5 litros, el siguiente calculo será la capacidad por peso del material a

moler por hora.

Por regla de tres tenemos.

P=450 ltr x1 kg5 ltr

=90 kg

Capacidad de molienda en Kg/min.

68

Kg1 h

∗1000 g

1Kg∗1 h

60 min=1133

gramosmin

Que en libras será 2,5librasminuto





Calculo de la energía necesaria para romper un pedazo de estiércol seco.

Para el experimento se dejo caer un trozo de metal de 1,5 Kg a una altura de 2,5m cortando

así el trozo de estiércol de 0,45 kg de peso cuyas dimensiones fueron: Largo= 15cm,

Ancho= 12 cm, Espesor=6cm.

La energía de ruptura del estiércol se puede calcular con la ecuación 1:

E=m∗g∗h(1) (Gere; 129)

M= masa del trozo de metal.

G=gravedad

H=energía

E=2 Kg∗9,81m

s2∗2 m

E=39,2 Nm

Nota: Este tipo de experimento se realizo prácticamente ya que el valor de la energía de

trituración del estiércol no se encontró.

Calculo de la velocidad tangencial

Al momento de dejar caer el objeto metálico se produce una energía potencial, la misma

energía que necesitará el martillo cuando está girando y choca con los trozos de estiércol.

Ahora bien el eje conjuntamente girara con los martillos chocándose así con los trozos de

estiércol y produciéndose una energía cinética lo cual se calcula con la siguiente ecuación

2:





E=12

m∗V 2 (2 ) (http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/ke.html)

Si igualamos la ecuación 1 con la 2 y despejando la velocidad tenemos ecuación 3:

m∗g∗h=12

m∗V 2

V=√ 2 m1∗g∗hm2

(3)

m1=masa del trozo de metal

m2= masa del trozo de estiércol

V=√ 2 (2 )∗(9,81m

m2 )∗3 m

0,45 Kg

V=16.2ms

Se necesita determinar los tipos de materiales para lograr vencer la energía de la masa m1,

con respecto de la masa m2, para que venza y destruya la energía 1 a la energía 2 respecto

de sus masas por lo que habrá que determinar que la masa m1 debe tener mayor energía ya

que dos masas girando a la misma velocidad durante el impacto tendrá mayor energía el de

mayor masa, que la otra de tal manera que el metal logre romper al material al moler

(estiércol), girando este caso ambas masas a la misma velocidad dentro de nuestra cámara

de molienda. Para el cual nosotros vamos a realizar el caculo de la densidad de los

materiales para determinar la cantidad de energía que necesita nuestro material de diseño

tanto en dureza de material como en dimensiones en tanto que necesitamos determinar la

resistencia de los materiales y el diseño de cuchillas, ejes de movimiento, y diseño de la

cámara de molienda.

En nuestro caso tenemos que de 2 Kg a una altura de 3m cortando así el trozo de estiércol

de 0,45 kg de peso cuyas dimensiones fueron: Largo= 15cm, Ancho= 12 cm, Espesor=6cm.





Entonces habrá dimensiones de estiércol de un rango de 6cm de espesor hasta 0.5 cm de

manera que se necesita un metal de 2 kg de energía necesaria para destruir el elemento a

moler que equivale a 36.8 Nm de energía a una velocidad tangencial de 16.2 m/s

Entonces nuestra velocidad tangencial es de 16.2 m/s, y queremos saber cuál es nuestra

velocidad angular, para que un objeto que gira alrededor de un eje, cada punto del objeto

tenga la misma velocidad angular. La velocidad tangencial de cualquier punto es

proporcional a su distancia del eje de rotación. Las unidades de velocidad angular son los

radianes/segundo.

Nota: el sistema de giro del molino es desacelerado, lo que significa que el sistema cede

energía.

Con el dato obtenido podemos calcular el coeficiente de fluctuación según la ecuación 4:

Cs¿ Vv−VcV

(4) (Shirley, 1046)Donde:V= la velocidad tangencial del volante, tomada como velocidad tangencial media.Ahora si definimos V como la ecuación 5 tenemos:Cs¿ Vv−Vc

2 (5) (KEITH, 2008)

Si remplazamos la ecuación 5 y la ecuación 4 y despejamos Vc obtenemos la ecuación de la velocidad tangencial final, ecuación 6:Vc¿−Vv

Cs−2Cs+2

(6) Av. Simón Rodríguez, Barrio El Ejido, Sector San Felipe s/n




El valor de Cs para los martillos del coeficiente de fluctuación será de 0.030 a 0.050 (investigación de la universidad de Navarra) y remplazando el valor en la ecuación 6 obtenemos:Vc¿−16.2∗0.050−2

0.050+2

Vc= 15.41m/sComo Vc es menor a Vv existe una cesión de potencia por parte del volante al estiércol.Nota: el sistema de giro del molino es desacelerado, lo que significa que el sistema cede energía.Con el dato obtenido podemos calcular la velocidad angular con carga o velocidad angular final ecuación 7:ωc¿

VcRg

(7)De esta relación se reduce el radio de giro, que es necesario para obtener la velocidad

angular que va a tener el martillo.

Radio de giro

Para obtener el radio de giro (Rg) que se muestra en al figura se necesita despejar la

ecuación 8:

Rg¿ V .602 πω

(8) Donde:ω = la velocidad angular del motor





V = la velocidad

Remplazando los datos tenemos el valor de la velocidad angular obtenido:

Rg¿ 16.2 x602 xπx 1800

Rg = 0.082mPor facilidad de manejo se escogerá un valor de radio de 0.10 m, el cual se lo utilizara para el valor de la velocidad angular con cargaωc¿

15.41m / s0.10 m

ωc¿154.1rad

s

La velocidad angular del motor fue determinada en la sección 6.1, la cual es igual a la

velocidad angular sin carga:

ωv = 1800 rpm

ωv = 188.5 rad

s

Con el valor obtenido del radio de giro, se puede tener una idea aproximada de cual es la

medida que deben tener los martillos, y las dimensiones del soporte de los martillos

acoplado al eje de giro del volante de nuestro molino, así como la medida que deberá tener

la cámara o carcasa de molino de martillos.

La carcasa debe estar lo mas cerca a los martillos, por que además de la trituración del

estiércol por medio de los martillos, el estiércol al estrellarse contra las paredes produce





esfuerzos de contacto en sentido contrario, que hace que el estiércol se fracture mediante

planos como se muestra en la figura.

Obtenidas las velocidades angulares, se puede obtener la velocidad del sistema por medio

movimiento angular desacelerado ecuación 9:

ω2 v=ω2c+2∗α∗Ѳ (9)

Dónde:

α=aceleracionangular

Ѳ=espacio recorido por los martillos

Despejando la ecuación 10 obtenemos la aceleración angular, ecuación 10:

α=ω2 v−ω2 c2∗Ѳ

(10)

El espacio que recorre el martillo (existen 3 martillos desfasados 120ª acoplados a los

soportes y a eje, entonces tenemos:

Ѳ=120=¿2.09 rad

Remplazamos estos valores en la ecuación 10 y obtenemos:

α=188.52−154.12 rad2

s2

2∗2.09 rad

α=2819.48rad

s2

con el valor de aceleración angular, se puede calcular la fuerza del martillo para triturar el

estiércol, el cual es llamado fuerza de corte (Fc) la aplicación de la fuerza de corte se puede





considerar en el extremo superior del martillo, donde existe el contacto, como muestra la

figura.

La fuerza de trituración es produce un momento que es dado por el momento de la fuerza

de corte ecuación 11:

M=Fc∗d (11)

Donde:

D= distancia del martillo. Como se muestra en la figura.

El momento de inercia del martillo es dado por la ecuación 12:

Io = 1

12∗m∗d2

(12)

Dónde: m = la masa del martillo.

Ahora el momento que produce la fuerza de corte con respecto al centro de giro del martillo

viene dado por la ecuación del momento que produce la fuerza ecuación 13:

M = Io * α (13)

Si, se iguala la ecuación 12 con la ecuación 14 y se despeja la fuerza de trituración

obtenemos la ecuación 14:

Fc= Io∗αd

(14)

Si remplazamos la ecuación 13 y la ecuación 15, despejando la masa obtenemos la masa de

los martillos ecuación 15:

m= Fc∗12α∗d

(15)





En la ecuación existe la incógnita d, para obtener ese valor se toma en cuenta las siguientes

consideraciones:

La longitud L del martillo deberá cumplir las condiciones geométricas para su

correcto funcionamiento, es decir deberá, deberá guardar la relación geométrica

con los soportes porta cuchillas y con el eje de rotación según muestra la figura.

Los tres martillos cuando el molino este sin funcionar será como muestra la

figura.

La longitud L del martillo deberá estar acorde con la medida del radio de giro

obtenida anteriormente.

El martillo tendrá dos agujeros de 20mm, para cambiar el lado del martillo

cuando este desgastado y los agujeros estarán a 20mm del borde del martillo al

centro del agujero, como se muestra en la figura. Tomando en cuenta las

anteriores consideraciones y sumado el diámetro del eje (eje que estará

conectado con el eje del molino, para producir el movimiento de las cuchillas y

lo soportes y por ende de los martillos) que pasara por medio de los discos

desfasados de 120 grados que unen los martillos mediante los soportes al eje,

una medida superior aumentaría el peso y por ende costos por lo que nuestro

molino estará diseñado con acero ASTM A36 para moler estiércol.

Una vez determinada la distancia d, y obtenida la fuerza de corte experimentalmente, y

remplazando la ecuación 15 tenemos:

Fc= 19.6 N

m= 19.6 N∗12

2819.48rad

s2 ∗0.1 m

m = 0.83 kg

DIMENCIONES:





e = espesor del martillo 0.004 m, este valor ha sido obtenido tomando en cuenta que el

espesor promedio de un estiércol es de 8mm.

a = ancho del martillo de 25mm en base a la masa de 0.83que en las tablas DIPAC se

encuentra la más aproximada con estos datos de 0.79kg/m * 4 mm de espesor y 25 mm de

ancho acero ASTM A36

FALLA POR CIZALLADURA

Debido a la tracción que genera el perno sobre el área de la placa, se puede dar la falla por

desgarramiento o cizalladura como se muestra en la figura.

El área desgarro se puede calcular mediante la fórmula del área de desgarre ecuación 16:

Ad = e * d1 * 2 (16) (Shirley; 268)

Dónde: e = espesor del martillo

D1 = distancia del borde del orificio al borde del martillo

El esfuerzo cortante se calcula mediante la fórmula del esfuerzo cortante ecuación 17:

τ=FcϝAd

(17)

Dónde: Fcϝ=¿ la fuerza centrífuga que se calcula mediante la ecuación 18:

Fcϝ = ω2 * m * Rg (18) (hilebber, 136 – 135)

Dónde: m = la masa del martillo

Rg = radio de giro.





Reemplazando los datos se obtiene el siguiente valor

Fcϝ = 188.52 m * 0.83 kg * 0.082m

Fcϝ = 2418.32 N.

Remplazando los valores obtenidos en la ecuación 18 tenemos:

τ= 2418.32 N0.004 m∗0.01 m∗2

τ = 30229000

τ = 30.23Mpa.

El valor de factor de seguridad se puede obtener mediante la ecuación 19:

η¿ Sy2∗τ

(19) (Shirley, 333)

El valor de Sy para nuestro acero es ASTM A36 es de 250 Mpa. remplazando los valores

obtenemos:

η¿ 250 Mpa2∗30.23 Mpa

= 4.13

El factor de seguridad no garantiza que no habrá falla por desgarramiento.

FALLA POR TRACCIÓN.

El esfuerzo normal por tracción, debido a la fuerza centrífuga, se calcula mediante e

esfuerzo normal ecuación 23:

σ¿ FcϝAst

(20)





Dónde: Ast = la sección transversal del martillo y remplazando datos obtenemos.

σ¿ 2418.32 N0.004 m∗0.025 m

= 24183200 = 24.18 Mpa.El factor de seguridad viene dado por la ecuación 21:η¿ Sy

σ =

250 Mpa24.18 Mpa

= 10.33 (21) (shigley, 333)

El factor de seguridad es alto, por lo que va garantizar que no habrá falla por

desgarramiento. También hay que definir la forma de los martillos que tendrán cuatro

aristas para el corte que es lo más utilizado en molinos de martillo y garantiza que no

existirá demasiado rose con la cámara en el movimiento de operación, por lo que no

arriesga a romper las cuchillas por cizalladura o desgarramiento.

DISEÑO DEL EJE SOPORTE.

Para el diseño del eje central de sistema de los matillos utilizaremos esfuerzos de flexión de

manera que nos permita representar todas las fuerzas que interactúan sobre el:

23kg

34 10mm

Ra Rb

∑Fy = 0 DATOS:

Ra + Rb – Pt = 0 a = 2819.48rad/s

518.78N – Ra - Rb = 0 F = m*a = 0.23 kg * 281.9 m/s =64.8N

– Ra = Rb – 518.78N FT = 518.4N





∑Ma = 0 (shigley) (KEITH, 2008)

F1d1 + F2d2 + F3d3 + F4d4 + F5d5 + F6d6 + F7d7 + F8d8 - RBd∆B

-Rb = −F 1¿¿

-Rb = −64.8 N (10+44+78+112+146+180+214+246)

258

−RB=−64.8 N (1032)Nmm

258 mm = - 259.2N

RB = 259.2N

-RA = 259.2N – 518.78N

-RA = 259.2N

M1 = 259.2N * 0.01m = 2.6Nm

M2 = 2.60Nm * 194.4 (0.034m) = 9.20Nm

M3 = 9.20Nm * 129.6 (0.054m) = 13.60Nm

M4 = 13.60Nm * 64.8 (0.034m) = 15.80Nm

M5 = 15.8Nm * 0 (0.34m) = 15.80Nm

M6 = 15.80Nm – 64.8

Calculo del diámetro del eje (KEITH, 2008)

Sy = 235000000 N/m2

MT = F*R





MT = 518.4*0.1

MT = 51.84Nm Fs=σmaxSy

D =3√ 16∗MTπ∗σmax

= 3√ 16∗51.84 Nmπ∗σmax

=

Q = MT

r =

51.84 Nm0.013 m

2 = 7975.38N

= maxح Q△ N

= MT

π Q2

4 =

7975.38 N /mπ (0.013 m)2

4

= 60086208.29 N/m

n = syح max

=235000000 N /m60086208 N /m = 3.9

Eje central (shigley) (KEITH, 2008)

F1 F2

60 300 60

Ra Rb

∑Fy = 0

F1+F2-Ra-Rb

-Ra = Rb – 1555,2 – 1555,2

- Ra = Rb – 3110,4N





-Ra = - 155,2N

∑Ma = 0

F1d1 + F2d2 - RBd∆B = 0

−RB=−(F 1d 1+F 2d 2)

d ∆ B

Rb = (1555,2)(0,06 m)+(1555,2)(0,36 m)

420 mm

Rb = 9331 Nm+559,87 Nm

0,42m = 1555, 2

FACTOR DE SEGURIDAD ecuación 22: (shigley) (KEITH, 2008)

Q = MT

r =

MT0.049 m

2 = 22100N

T = Q∆

=

22100 N

π (0,019 m )2

4

=77946243,6Nm

n = Sy

T max

FT = F1 + F2 + F3





FT = 518.4 * 3

FT = 1555.2N

MT = FT * r

MT = (1555.2) (0.135)

MT = 209.95Nm

D =3√ 16∗MTπ∗σmax

= 3√ 16∗209.95 Nm

π∗370000000Nm2

= 0.01424m.

Resistencia a la fatiga. (Shigley) (KEITH, 2008)

Kb = 0.85

Ka = 0.70

Sy = 2400 kg/cm2

Su = 3400 kg/cm2 = 50 Kpsi.

Considerando las cargas no tan altas se ha tomado en cuenta el eje de 1 pulgada datos que

se da en tablas (catálogo de adelca)

Calculo de la chaveta.

0.5ح = * SyN

Por lo tanto = 0.5ح * 250000000

5,4 = 23148148.15 Pa.

Para la longitud mínima sigue la ecuación 23:





F=Tθ2

Donde: T = par trasmitido.

t=T∆

=F= T

(D2

)(b .l) = 2Tح . D . b

Lmin= 2Tح Db

Lmin= 2(11.28 Nm)

(23148148.15Nm2 )(0.0254)(0.008) = 5.05X10−3m = 5 mm

Esfuerzo normal tenemos ecuación 24:

σ = Syn

= 250000000 Pa

5.4 = 46296296.3 Pa.

Ahora el límite mínimo tenemos:

Lmin = 4 TσDb

Lmin = 4 (11.8 Nm )

49296296.3N

m2 ¿(0.0254 m)(0.007m)¿

= 5,77X10−3 m=6 mm

Lmin = 10mm.

Potencia a transmitir ecuación 25:

F = 1555.2N ح = F*r

T = 518.4 N * 0.0125* sen120





T = 5,61Nm

P = n∗T9.555

= 1800 rpm∗5.61 Nm

9.555 = 1057.17 watts

P = 1.42 Hp = 1.5 Hp.

Entonces se realiza la selección de motor de 2 hp para la sentido giratorio de la maquina.

Motor: 2HP

n: 1800 rpm

Potencia transmitida

pc = P.Kf

pc = 2Hp*1.5

Pc = 3Hp.

Selección de la correa tabla de la figura (potencia corregida)

N = 1800rpm

P = 3Hp

Curva: perfil A

Relación de transmisión. (Almez) (almez.pntic.mec.es, 2014)

Para la relación de transmisión de potencia redactamos en primera instancia la capacidad

que debe tener el motor, luego realizar el juego de poleas que deberá tener el eje del motor

y el eje del molino, previo a su ejecución unida mediante una correa o banda para lo cual

sabemos que el movimiento de poleas de muestra que, si variamos uno de los radios de las

poleas de cualquiera de los ejes este ocasiona que el movimiento de la polea más grande sea

de menor revoluciones que la pequeña por cuestión de transmisión de movimiento siempre

y cuando estén conectadas entre sí y ejecuten el mismo movimiento.





Datos:

n1 = velocidad de la polea entrada es de 1720 rpm.

n2 = velocidad de la polea salida es la incógnita

d1 = diámetro de la polea entrada es 11.43 cm

d2 = diámetro de la polea salida es 11.43 cm

a) i=d 1d 2

=3020

=32

b) n1·d1 = n2·d2 = 1720 rpm·11.43 cm = n2·11.43 cm

n 2=1720. 11.4311.43

=19659.611.43

=1720 rpm

c) Es un multiplicador porque la velocidad de la polea de salida es igual que la velocidad de

la polea de entrada (n1 = n1).

Diámetro de las poleas. (Aprendemos tecnología) (aprendemostecnologia, 2010)

D = 100mm E = 200mm E>200 500mm

E≥ r+1

2d + d = E ≥

1+12

100 + 100 = 200mm

Longitud de la correa ecuación 26: (aprendemostecnologia, 2010)

Lp=2E+ π2

( D+d )+ ( D−d )2

4 E

Lp=2∗500+ π2

(1+1 )+ (100−100 )2

4∗500 = 1003mm

Lp = 10.29mm = 1314.16 = 1330.





Factor de corrección del largo de la correa

5,7 = (tabla Fc)

Arco de contacto (58 Angulo de contacto) (aprendemostecnologia, 2010)

E = 500mm

Polea= 100mm

A= 180 – 57 (D−d)

E

A= 179,43

A=180%

Factor de contacto

Fca = 1 con 180%

Velocidad de la correa ecuación 26: (aprendemostecnologia, 2010)

Vf= πdN

60∗1000= π∗100 mm∗1800

60∗1000 = 9.42

ms

= 10ms

prestación base de la curva

D=100mm

N=1600rpm

16= 2.18.

Potencia efectiva ecuación 27: (aprendemostecnologia, 2010)

Pe= Pb * Fcl * Fca

Pe= 2.18*0.9*1= Pe = 1,962HP.





Numero total de correas según 512.

Número= PcPe

=3 HP1.962

= hp= 1.5 = 2 correas.

Bastidor.

La base del motor ha sido construida con acero al carbono. Todas las partes de la base del

molino han sido soldadas con electrodo 6011.

Nota: debido a las vibraciones que ha de tener el molino han sido construidas con acero

ASTM A-36, para la dimensión final tanto de largo, ancho y altura de las paredes se tomó

en cuenta la medida de la cámara, es decir, se armó los ejes con sus respectivos soportes de

martillos desfasados 120 grados y demás componentes de manera que aumento 1cm para el

ancho y largo, porque como se ha mencionado anteriormente, las paredes también ayudan a

la trituración del abono, es por eso que se necesita que estén lo más cerca a los martillos

.

CONCLUSIONES





De acuerdo a los cálculos realizados, se puede desarrollar diferentes métodos de

creación para las distintas piezas que requiere el proyecto como su magnitud y su

resistencia de material para que este sea óptimo para el proyecto.

De acuerdo al planteamiento del problema se puede cumplir con el objetivo planteado

pero hay que lograr la obtención de toda la información científica, técnica que permite

desarrollar el proyecto.

Un software permite una visualización de lo que se puede tener en la construcción antes

de crear, y permite la orientación en la creación del prototipo o máquina, la misma que

fue creada para cumplir con el proyecto.

RECOMENDACIONES.

Si se trata de realizar un proyecto se debe tomar el alcance y el futro de proyecto de

manera que nos permita cumplir y desarrollar con lo planificado.

Siempre que realice un proyecto es bueno buscar todas las fuentes de información

necesaria, y de ser posible asesoría que nos permitan desarrollar el proyecto.

Cuando se disponga a construir una sistema mecánico, electrónico, entre otros siempre

tener en cuenta que estamos en un sistema laborar, y que este es un campo donde

siempre existirá situaciones de riesgo en reacción de las actividades ejecutadas por lo

que se recomienda estar sujeto a un sistema de seguridad industrial y utilizar todos los

equipos de normativa reglamentarias para operar en estos procesos.

Bibliografía

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informe del proyecto.docx

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