picadora de bagazo final

7/27/2019 Picadora de Bagazo Final

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Proyecto de curso Diseo Mecnico

Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 1

CURSO : DISEO MECNICO

DOCENTE: Ing. Juan Snchez Bustamante

Ing. Mario Olivera AldanaTITULO : PICADORA DE BAGAZO DE CAA DE

AZUCAR

ALUMNOS:

Aleman Crispn Davis

Dvila Miguel Manuel Y.

Guerrero Gamboa David

Snchez Huaman Andrs

Snchez Huaman Daniel

2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLLOESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERAMECNICA


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INDICE ANALITICO Pg.

I. DISEO DE UNA MQUINA PICADORA DE BAGAZO ........................... 4

1.1 Necesidad............................................................................................. 4

1.2 bsqueda de informacin- entendimiento detallado del problema

dediseo ............................................................................................... 4

II. DESCRIPCIN DEL PROBLEMA ............................................................. 7

2.1Especificaciones de Diseo .................................................................. 8

III. CONCEPTO DE DISEO .................................................................. 11

3.1 Evaluacin de alternativas .......................................................... 12

3.1.1 Transmisin por engranajes ............................................................... 13

3.1.2 Transmisin por cadenas ................................................................... 13

3.1.3 Transmisin por correas .................................................................... 14

IV. DISEO PARAMTRICO ................................................................. 19

4.1 Capacidad de la mquina .............................................................. 19

4.2 Energa especfica de corte de la Caa de Azcar ......................... 19

4.3 Velocidad y potencia de corte ........................................................ 20

4.4 Medidas promedio de una caa ..................................................... 20

4.5 Relacin entre el nmero de revoluciones vs. el nmero de

cuchillas, en el rotor picador .......................................................... 21

4.6 Dimetro del volante ...................................................................... 23


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4.7 Torque de corte requerido .............................................................. 24

4.8 Potencia de corte ........................................................................... 25

IV.2 DISEO DE LOS ELEMENTOS DE LA MAQUINA ........................... 25

4.2.1 Sistema de alimentacin ..................................................................... 25

4.2.2 Bandeja de alimentacin ................................................................ 25

4.2.3 Cortador .......................................................................................... 26

4.2.3.1 Rotor ............................................................................................... 26

4.2.3.2 Cuchillas ......................................................................................... 27

4.2.3.3 Paletas Sopladoras ......................................................................... 29

4.2.4 Diseo de los pernos ...................................................................... 30

4.2.5 Seleccin de fajas o correas para picadora de bagazo.................... 32

4.2.6 Diseo, del Eje Principal de la picadora de bagazo ......................... 41

4.2.6.1 Anlisis Esttico ............................................................................. 41

4.2.6.2 Anlisis de fatiga ............................................................................... 45

4.2.7 Clculo y Seleccin de Chaveta ......................................................... 52

4.2.8 clculo y seleccin de los rodamientos .............................................. 53


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I. DISEO DE UNA MQUINA PICADORA DE BAGAZO

1.1 NECESIDAD:

El costo de insumos para la alimentacin del ganado tiene valores exagerados, heah la necesidad de buscar alternativas para la alimentacin sana y balanceada delganado, aprovechando todos los recursos agrcolas de nuestro pas.

En el mercado existe una gran variedad de mquinas picadoras de pasto, las cualesno estn sustentadas con un diseo propio para el bagazo de caa de azcar, que tienemuchas aplicaciones en otros pases, entre las cuales se incluye la alimentacin delganado. Por ello se ha realizado el diseo y construccin de la mquina picadora debagazo de caa de azcar. Adems permite picar forrajes de igual o menor resistenciaal corte.

1.2 BSQUEDA DE INFORMACIN- ENTENDIMIENTO DETALLADO DEL

PROBLEMA DE DISEO

- Cul ser la capacidad de bagazo picado?

- Qu longitud de bagazo de caa entrara a la maquina?

- Cul es el costo mximo de fabricacin?

- Cul ser la velocidad de picado de la maquina?

- Qu geometra y tipo de material ser la maquina?

- Qu rigidez y estabilidad tendr la maquina?- Qu tipo de motor utilizara la maquina?

- Qu voltaje utilizara el motor?

- Qu espacio debe ocupar?

- Cul ser el ngulo de corte?

- Cmo ser el transporte y la seleccin del bagazo de caa?

- Cul debe ser la velocidad tope en la mquina?

- Necesitar combustible o trabajar con energa elctrica?

- Se desea arranque elctrico?- Necesitar algn sistema de enfriamiento?

- Cul es el tope en el costo de fabricacin, cul es el capital que contamos?

- Cules son los parmetros involucrados (temperatura, humedad, etc. del bagazo),

tenemos los valores de algunos de ellos o algunos intervalos de comportamiento del

bagazo?


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- Cul es la geometra y cules son las dimensiones del recinto donde se debe de

ubicar la mquina?

- Cul es la produccin deseada, cul es el volumen que va a trabajar la mquina?

- Cules Los caballos de fuerza o torque que vamos a utilizar?

- Cada cunto tiempo se debe realizar un mantenimiento?

- Cul es la esperanza de vida en las horas de funcionamiento?

- Qu normas de seguridad se utilizarn?

- Se requieren nuevas herramientas?

- Estarn involucradas cargas radiales o axiales?

- Trabajan con alguna marca de motor dentro de la poltica de la empresa?

- En que condiciones llega el bagazo?

- Cul ser la condicin del ambiente de trabajo de la mquina?


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FORMULACIN DEL PROBLEMA


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II. DESCRIPCIN DEL PROBLEMA

En el sector ganadero de nuestro pas, especialmente para los productores de leche, es

muy importante mantener una alimentacin balanceada en el ganado durante todo el ao.

Para ello no solo es necesario tener mtodos y tcnicas de alimentacin, sino tambin

contar con la maquinaria necesaria.

Con el avance de la tecnologa se ha implementado soluciones a necesidades

especficas, en sector ganadero, una de ellas es mejorar la calidad del alimento del ganado,

para de esta forma obtener un mayor beneficio de los productos: lcteos y crnicos;

aprovechando todos los recursos agropecuarios que son abundantes en nuestro pas.

Muchos de estos recursos son mnimamente aprovechados para el consumo humano, otra

parte sirve de alimento para el ganado y gran parte es desperdiciado.

Dado las nuevas tcnicas de alimentacin ganadera y el aporte tecnolgico, en la

actualidad, se han encontrado diversas formas de aprovechar los recursos agropecuarios en

su totalidad, es por esto nuestra investigacin se concentra en desarrollar una mquina que

ayude a aprovechar uno de estos recursos, que es el bagazo de caa.

La caa de azcar ha sido utilizada durante mucho tiempo principalmente en la

produccin de azcar, y dems derivados. A travs de su historia se ha encontrado varios

usos como abono y combustibles adems de ser utilizado como alimento para el ganado. El

bagazo en su forma original, utilizado como alimento para el ganado. El bagazo en su formaoriginal, utilizado como alimento para ganado presenta dificultad en el proceso de corte y

para masticar de los rumiantes; por esto nuestro proyecto se basa en el diseo de una

mquina picadora de bagazo de caa de azcar, para que facilite el consumo del alimento

para el gandao. La combinacin del bagazo de caa picado con melaza presenta un

alimento balanceado adecuado para el consumo del ganado.


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2.1 ESPECIFICACIONES DE DISEO

TITULO

DISEO DE UNA MQUINA PICADORA DE BAGAZO DE CAA DE AZCAR

PROBLEMA DE DISEO

Maquina picadora de bagazo

PROPOSITO DE DISEO :

Obtencion de bagazo picado para alimentacion de ganado vacuno

EFECTOS NO DESEADOS (NO PREVISTOS) :

Corrosion de las componentes de la maquina.

1. REQUERIMIENTO DEL CLIENTE:

FUNCION Y RENDIMIENTO DE LA MAQUINA

- Usar motor elctrico monofsico

- Tiempo de trabajo 4 hrs diarias dos en la maana y dos en la tarde.

- La mquina picar 400 kg de bagazo de caa de azcar por jornada de trabajo.

- La mquina debe cortar bagazo de caa de azcar de tamaos entre 0.5 1 cm.

- El bagazo se encontrara hmedo. Con un porcentaje promedio de humedad de 25%

- Desperdicio de un mximo del 5% del producto, debido que quedan atrapados bagazopicado dentro del bastidor.

ENTORNO OPERATIVO

- Fabricado con un material resistente a las condiciones de la empresa: (Humedad de 20

%, Calor de 28C, corrosin)

- No generar ruidos molestos para el operador no mayor de 75 decibeles

- Mquina fija y rgida.

ECONMICO

- Gran vida econmica mayor a 10 aos

- Mantenimiento cada 6 meses o mayor tiempo prolongado

- El presupuesto para la construccin ser de $ 2000


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LIMITACIONES GEOMTRICAS

- Trabajar en un ambiente abiertos espacio mnimo de 4x5 sin techo

SEGURIDAD

- Necesita de depsitos de almacenamiento con base de cemento para soporte

- Nivel de seguridad suficiente a fin de preservar a las personas y a los bienes,

derivados de la instalacin, funcionamiento, mantenimiento y reparacin de la

mquina.

CONTAMINACIN

- Mnimo impacto ambiental. Bandeja alimentacin y recepcin adecuado para evitar

el venteo del bagazo picado en el ambiente

FACILIDADES DE USO

- La posicin del equipo , controles y banco de trabajo, deben permitir una postura y

control correcto

- El acceso a los distintos elementos de mquina deber ser cmodo para las

operaciones de mantenimiento montaje y desmontaje.

MANTENIMIENTO

- Las piezas deben ser fcilmente reemplazadas y deben encontrarse en stock en el

mercado nacional.

- La mquina deber estar diseada para que las operaciones de verificacin,

regulacin, engrase y limpieza se puedan efectuar desde lugares fcilmente

accesibles;

2. REQUISITOS DE LA EMPRESA:

Econmico:

- Precio competitivo con la maquinaria del mercado.

- Volumen de produccin:

- Los componentes deben fabricarse por proceso de mecanizado doblado, torneado,

etc.

Financiacin:

- Inversin a recuperar en 2 aos.


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CONCEPTO DE DISEO


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III. CONCEPTO DE DISEO

PARA CORTE

ALTERNATIVAS EXPLICACIN FSICA APLICACIN

1 Fuerza de impacto martillos

2 Fuerzas de presin rodillos

3Fuerza de cizalla y

frotamientodiscos

4Fuerza de cizalla e

impactobolas

5 Fuerza de impacto cuchillas

PARA CUCHILLAS

ALTERNATIVA EXPLICACIN FSICA APLICACIN

1

Fuerza de impacto

Conservacin de la masa

Leyes de movimiento de

newton

Ley de la vibracin o

frecuencia

Volante con cuchillas

radiales y rotor soplador.

2 Fuerzas de presin

Volante con cuchillas

radiales y ventilador

expulsor.


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3 Fuerza de cizalla y frotamientoTambor con cuchillas en

hlice.

4 Fuerza de cizalla e impacto Con rotor soplador

3.1. EVALUACION DE ALTERNATIVAS

Primera Alternativa

El bagazo ser seleccionado y transportado manualmente por un operario, del mismo

modo ser la regulacin de la alimentacin al sistema de corte. La energa para dicho

sistema ser proporcionada por un motor elctrico. En el sistema de transmisin

usaremos correas para transmitir la potencia hacia el sistema de picado. El sistema de

picado se basar en un rotor de cuchillas dispuesta en forma radial. La expulsin del

material picado lo har con un ventilador.

Segunda Alternativa

El bagazo ser seleccionado por el operario y transportado manualmente. El operario

guiar el bagazo hacia rodillos de alimentacin forzada, para lo cual requerimos de un

motor- reductor. La regulacin de la cantidad de bagazo ser manual. La potencia parael sistema ser proporcionada por un motor elctrico. El sistema de corte consta de un

rotor- soplador de varias cuchillas dispuestas en forma radial. La transmisin ser por

medio de bandas para el eje del rotor.


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Tercera alternativa

La seleccin y transporte del bagazo ser en forma manual, al igual que la regulacin

de la alimentacin. Posee rodillos de alimentacin forzada. La potencia es suministrada

por un motor elctrico. El sistema de corte es un rotor en forma de tambor con varias

cuchillas dispuestas en forma tangencial. La transmisin ser por medio de bandas. La

salida del material picado ser por gravedad.


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Cuarta alternativa

El transporte y la seleccin del bagazo de caa sern manuales, as como la

regulacin de la alimentacin. La potencia necesaria para el funcionamiento del sistema

ser suministrada por un motor de corriente elctrica. El sistema de corte posee un

rotor- soplador en forma de volante cuyas cuchillas estn dispuestas en radialmente. Latransmisin de potencia desde el eje del motor hacia el rotor- soplador es directa.

De las 4 alternativas escogemos la cuarta alternativa


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Matriz Morfologica de la Picadora


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Tenemos alternativas para: mecanismos de transmisin y mecanismos

operativos.

En los mecanismos de transmisin desarrollamos las siguientes alternativas:

3.1.1Transm isin por engran ajes

La conexin entre dos engranajes se efecta mediante los dientes. El paso de los

dientes debe coincidir.

VENTAJAS DESVENTAJAS

Variedad de materiales para

su construccin.

Sin lubricacin adecuada

existir exceso de friccin,

por lo que se incrementan

las prdidas y se

deterioran los dientes.

Un engranaje no metlico

facilita el trabajo con una

buena lubricacin.

Costo elevado

Tiene una buena relacin de

contacto lo que hace que el

trabajo sea eficiente.

Exceso de ruido al trabajar

y dificultad en el

reemplazo.

3.1.2 Transmisin por cadenas

La transmisin por cadenas se emplea en los casos en que la distancia entre los ejes es

tal que el uso de engranajes no resulta prctico. Normalmente, la transmisin por

cadenas se aplica entre ejes paralelos que giran en el mismo sentido.


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3.1.3 Transmisin por correas

La transmisin consta de dos poleas conectadas entre s por medio de una correaplana o una faja en forma de V. La transmisin de correa tiene un cierto patinaje, queimpide su uso en mandos sincronizados. El patinaje puede tener un valor de hasta 5%,lo que depende especialmente del ngulo de contacto entre polea y correa. Este tipo detransmisin es ampliamente utilizado en maquinaria agrcola, donde la distancia entreejes sea relativamente grande.

Esta transmisin no es adecuada para transferir cargas pesadas a baja velocidad


La larga vida til Costo elevado

No se resbala o estira

Sin la debida lubricacin, se

puede dar fallas en los

rodillos y los pasadores.

Buena capacidad para impulsar

cierto nmero de ejes, desde

una sola fuente de potencia o

fuerza motriz.

Se requiere un

mantenimiento msagresivo

Permite una sincronizacin de

los movimientos de los ejes. Exceso de ruido


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Funciona como amortiguador. No permite el uso de mandossincronizados

Trabaja silenciosamente hasta

velocidades lineales de 25 m/s.

Es necesario controlar latensin en la banda paraevitar su rotura odesalineamiento

Facilidad de instalacin y

reemplazo.

Menor tiempo de vida

Elevada capacidad de empuje

Disminuyen el volumen de la

mquina

Bajo costo de mantenimiento

Son elsticos y de gran longitud,

por lo que absorben cargas de

choques y vibraciones.

Buena resistencia a la fatiga

Transmiten potencia entre ejes

paralelos

No requieren lubricacin


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En los mecanism os operat ivos d esarrol lamos las sigu ientes alternat ivas:

En el rotor picador: el rotor va acoplado a un nmero de cuchillas que pasan cerca del

contrafilo estacionario.Para este tipo de mquinas tomamos en cuenta dos formas (tipos) de rotores que son:

a) De volante

En los rotores de volante se utilizan cuchillas radiales, colocadas en el pesado volantede acero. El mismo que puede estar dotado de perforaciones que permiten el paso delmaterial picado hasta la parte posterior, o sin ellas el material caera a la parte inferior.

Este tipo de rotor es utilizado generalmente para mquinas estacionarias.


La masa de la volante es menor que la del

rodillo por lo tanto se usa menos material,

lo cual reduce costos. Menor cantidad de material picado en

funcin del tiempo

Las cuchillas son rectas, lo cual facilita elafilado de las mismas.

Facilidad de construccin

Menor ngulo de corte.

Permite regular el ngulo de corte con

mayor exactitud.


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b) De tambor

En los rotores de tambor el cilindro es ancho, y es mayor a medida que aumenta la

potencia de las mquinas, en la superficie se sitan las cuchillas formando hlices

alrededor del cilindro, en nmero variable.


El borde constante de las cuchillas pasa por

el contrafilo en una posicin algotangencial. Con esto se logra un trabajo de

picado ms uniforme y suave.

Dificultad en la construccin.

El ngulo de corte es mayorDificultad en el afilado de las cuchillas,

debido a su forma helicoidal.

La longitud de las cuchillas es mayor, con

lo cual se puede cortar un mayor nmero

de caas.

Mayor costo de fabricacin por su volumen

y mayor nmero de cuchillas.


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DISEO PARAMTRICO


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IV. DISEO PARAMTRICO

4.1 Capacidad de la mquina.

El parmetro fundamental que se requiere para iniciar el diseo de la mquina es la

capacidad que tendr el mismo. En nuestro caso se busca satisfacer una necesidades

especfica del cliente, segn requerimientos del cliente la maquina picara un aproximado

de 400 kg de bagazo de caa diario en un turno de 4 horas diarias 2 en la maana y 2 en

la tarde, en un promedio de 100 kg/hora.

4.2 Energa especfica de corte de la Caa de Azcar

La energa especfica de corte es de 0.9 kgf/cm2 basado en el estudio en la tesis

OPTIMIZACIN DE PARMETROS EN LA FABRICACIN DE CUCHILLAS PARA

LA COSECHA DE CAA DE AZCAR. (ver figura 3.4)


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4.3 Velocidad y potencia de corte.

Para hallar esta velocidad partimos de la cantidad de bagazo de caa que se debe picar,

es decir, la capacidad de la mquina.

El volumen de bagazo de caa de azcar a picarse corresponde a:

V= Volumen de bagazo/hora

C=Peso del bagazo en funcin del tiempo (Capacidad)

= Densidad del bagazo de caa de azcar

Teniendo en cuenta que el volumen del bagazo corresponde al 25% aproximado del

volumen total de la caa.

Los datos de la densidad y % de volumen de bagazo fueron tomados del

manual del ingeniero azucarero captulo 41- pag. 915

4.4 Medidas promedio de una caa:

Dimetro en la base : d = 6 cm

Altura : h = 250 cm

Donde:

Vb=Volumen de bagazo de una caa


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El operario ingresar aproximadamente 2 caas a la vez. El nmero de caas que

corresponde a la cantidad de bagazo a picarse por cada hora es:

La alimentacin del bagazo de caa hacia el rotor picador es manual, para lo cual es

suficiente con un solo operario, el cual debe asegurar un ingreso constante del bagazo

para que se cumpla con la cantidad de bagazo picado propuesto

Para determinar la velocidad de ingreso de las caas tomamos en cuenta la longitud

promedio de la caa que es a su vez la misma del bagazo, pues al ingresar la caa en el

trapiche sin pelarla, el bagazo conserva dicha longitud.

4.5 Relacin entre el nmero de revoluciones vs. el nmero de cuchillas, en el rotorpicador.

Las cuchillas estarn dispuestas en el volante de tal manera que corten un centmetro

a la vez por cada cuchilla.

Debido a que nuestro volante es rotor soplador hemos decidido colocar 3 cuchillas y 3

paletas sopladoras. Es decir, que cada cuchilla estar a 120 (2.0944 rad).


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Mientras ms pequeos sean los trozos de bagazo picado mayor ser el consumo

delmismo por el ganado. Entonces picaremos el bagazo en tramos de 0.5 cm.

El volante debe recorrer el tramo ab en el mismo tiempo que el bagazo de caa recorre el

tramo ab, para ello tomamos en cuenta que los tiempos son iguales, tenemos lassiguientes

ecuaciones:

ta'b' / tab e /

ta'b'tab

/ e /

Numero de Revoluciones vs Numero de cuchillas


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Donde:

1rev / 3cuchillas 2 / 3 2.0944

velocidad angular

e0.5cm

19.65cm / s

4.6 . Dimetro del volante

El ancho del bagazo de la caa despus de pasar por el trapiche es de

aproximadamente 9 cm, se ingresar dos a la vez. Adicionando 2 cm de holgura, a los

extremos de las cuchillas, tenemos una longitud de la cuchilla de 20. Sobresaldr la

cuchilla 5 cm sobre el volante, el volante tendr un dimetro de 17,5 cm.


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4.7Torque de corte requerido

Donde; F= Fuerza de corte

R= Resistencia al corte del bagazo

A= rea de corte

El radio medio del volante es de 12.5 cm, tomado desde el centro del eje hasta la mitad

de la longitud de la cuchilla

4.8 . Potencia de corte

Calculamos la potencia de corte en funcin del torque requerido y la velocidad angular

del volante.


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IV.2 DISEO DE LOS ELEMENTOS DE LA MAQUINA

4.2.1 Sistema de alimentacin

El bagazo de caa de azcar se colocar sobre la bandeja, la cual est dispuesta en

forma horizontal, con una ligera inclinacin, de tal manera que facilite el ingreso del

bagazo de caa hacia el rotor picador.

4.2.7 Bandeja de alimentacin:

La forma de la bandeja de alimentacin deber asegurar el ingreso adecuado del bagazo

hacia el rotor picador, para lo cual se toma una inclinacin en la bandeja de 10 de modo

que se aproveche el peso del bagazo en la alimentacin.

Una tolva est diseada de modo que es ms amplia en la entrada y estrecha a la salida,

esto asegura una alimentacin uniforme, por lo que se toma este parmetro como base

para que la forma de la bandeja de alimentacin sea similar a una tolva de alimentacin

horizontal. El largo de la bandeja se establece en base al largo del bagazo de la caa, la

longitud promedio de una caa es de 2.5 m, la cual al pasar por el trapiche pierde su

forma y se fracciona por lo que el bagazo de caa, en su mayora, se encuentra en

longitudes inferiores a 1m; por ello consideramos que la longitud de la bandeja no debe

superar este valor.

El largo de cada cuchilla es de 20 cm, por lo que la boca de ingreso del bagazo hacia el

rotor picador tendr 13cm de largo por 6.5 de alto, esto es para evitar que exista

Espacios donde la cuchilla no corte al bagazo.

Para hallar una altura adecuada a la cual colocar la bandeja de alimentacin de modo

que la alimentacin del bagazo se torne cmoda para el operario, del cual tomamos

h=1m, dicha altura se mide desde la base de la mquina picadora (suelo) hasta el

extremo externo de la bandeja de alimentacin para que el operario no se esfuerce

excesivamente durante el proceso de alimentacin del bagazo de caa de azcar.

El material de la bandeja debe ser resistente, pues debido a la humedad que el bagazo

de caa tiene se crea un ambiente corrosivo. Y el clima donde va a trabajar esta mquina

es hmedo.


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4.2.3 Cortador

4.2.3.1 Rotor

Tendremos 3 cuchillas dispuestas en forma radial, las cuales deben cortar el bagazo de

caa en tramos de 0.5 cm. Sern 3 paletas sopladoras, las cuales deben cubrir un barrido

del espacio total entre el chasis y el rotor. De modo que el largo de las paletas ser de

20cm,

.

Las paletas sern fijadas al volante mediante soldadura, pues no hay necesidad de que

las mismas sean removibles. Mientras que las cuchillas estarn unidas al volante por

medio de pernos, para facilitar el mantenimiento, pues se prev la necesidad de afilar o

cambiar las cuchillas en el futuro.

Una vez establecido en nmero de cuchillas y paletas sopladoras, debemos hallar las

dimensiones adecuadas del volante, las cuales establecemos en funcin de la Energa

Cintica y la Inercia del mismo

Se debe tener en cuenta que la densidad del material afecta tanto a la energa cintica

como a la tensin del material, porque ambas son funcin de la masa y del cuadrado de

la velocidad. Por lo tanto, un material de alta densidad no es necesariamente mejor para

un volante, su energa cintica mxima depende tanto de la masa como de la resistencia.

Se usa la ecuacin que rige los parmetros variables sobre volantes

Siendo:

I=Momento de inercia del volante

=Variacin de energa cinticaCf= Coeficiente de fluctuacin de velocidades

Variacin de energa

El coeficiente de fluctuacin de velocidades depende del tipo de mquina, el valor

adecuado depende de la decisin del ingeniero basado en la experiencia. Se toma un

valor de Cf=0.8


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El volante es un elemento giratorio que acta como depsito de energa cintica, que

est dada por la frmula:

El material del que estar hecho en volante es AISI 1045

Dimetro del volante se estableci en 35 cm. Estos son los nicos datos que se conoce

para el diseo del volante.

De la propiedad del acero su =7838.29 kg/m3

Tomando una espesor comercial de 0.5 (0.00127 m)

Calculamos:

Volumen :0.0012219 m3

Masa= 9,58 kg

Inercia=0.2502 Kg*m2

= 3.88 Kgf.m4.2.3.2 Cuchillas

Las cuchillas tendrn una forma que permita fijarlas al volante por medio de tornillos y

una inclinacin que asegure el corte del bagazo de caa en las dimensiones

establecidas. l material utilizado para las cuchillas tomando como base la tesis

mencionada en referencia ser un acero AISI 5160 recocido que tiene un esfuerzo de

fluencia de 276 MPa.

Para el diseo del filo de las cuchillas nos basamos en el funcionamiento del cizallado,

el cual se evidencia en el esquema de la Figura. Donde los elementos son los

siguientes:


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El ngulo de corte de la cuchilla es de 20. El cual permite que se realice el cizallado

entre la cuchilla y la contra cuchilla tomando como referencia citada anteriormente.

Se ha dispuesto que se fije mediante tornillos para que las cuchillas puedan ser

cambiadas cuando se requiera y afiladas de igual manera, de modo que se facilite el

mantenimiento de la mquina.

Espesor

Para determinar el espesor de las cuchillas tomamos en cuenta la fuerza de corte

requerida para el bagazo de caa de azcar que es igual a 11.34 kgf.

Las dimensiones de largo y ancho de las cuchillas quedaron de las siguientes

dimensiones

200 mm de largo

75 mm de ancho


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Utilizando la teora del esfuerzo cortante mximo, se tiene:

Con un factor de seguridad de 5, el esfuerzo cortante mximo ser:

Se escoger un valor de 0,5

Peso de las cuchillas = * Vol

Peso = 7800*0,2*0,075*0,0245/2

Peso= 1,43 kg

Peso por tres cuchillas= 4,3 kg


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4.2.3.3 PALETAS SOPLADORAS

MATERIAL AISI 1045

De la propiedad del acero su =7838.29 kg/m3

200 mm de largo = 200 mm

75 mm de ancho = 75 mm

Espesor = 0,5 = 12,7 mm

PESO= * Vol =1,49 KG

PESO POR TRES PALETAS =1,49 X 3 =4,47 KG

4.2.5. SELECCIN DE FAJAS O CORREAS PARA PICADORA DE BAGAZO

El sistema de transmisin inicia con el motor elctrico, que es el encargado deproporcionar la potencia necesaria para el funcionamiento de la mquina.

Seleccin del motor

Potencia corregida

Para hallar la potencia de diseo se debe multiplicar la potencia calculada por un factor

de servicio. Esto se lo hace para prevenir fallas debido a golpes, vibraciones o tirones;

dicho factor aumenta la potencia a transmitir para obtener la potencia de diseo queconsidera las caractersticas de trabajo de la mquina y el motor utilizado

PD=C1*Pc


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C1 =1

PD=1*1.5 Hp

El motor se lo selecciona en funcin de la potencia requerida y el nmero de

revoluciones por minuto. Para hallar la potencia del motor elctrico, adems de considerar

el factor del sistema de transmisin, se debe tener en cuenta la eficiencia del mismo; pues

estos dos parmetros afectan la potencia que se trasmite desde el motor hacia el rotor.

Donde:

Pm= Potencia del motor

Nm= Eficiencia del motor


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Pm=2 Hp

Se requiere de un motor de 1.63 Hp y 900 rpm, al aproximar los valores calculados a los

que se encuentran en el mercado se tiene un motor de 2 hp y 1750 rpm.

SELECCIN DE BANDAS

Como parmetros base para la seleccin del sistema de transmisin se tiene un nmero

de revoluciones por minuto del motor elctrico igual a 1000 RPM y para el eje del rotor

picador de la mquina se requieren 900 RPM y el valor de la potencia de diseo es de 1.5

HP.

Entonces:

Maquina Conducida (picadora): Maquina Motriz (Motor): Seleccin de la seccin de la faja:

Segn la grfica. Seleccin de las correas en V.

Usaremos para 1,5 HP y 900 rpm la faja en V tipo A


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Clculo de los Dimetros de la Poleas:

Segn la Tabla N 2, el dimetro mnimo para tipo A es 2,6 pulg = 6,604 cm

TABLA N 2

SeccinDimetros de paso de poleas, pulg

Recomendado Mnimo

A 3 5 2.6

B 5.4 7.6 4.6

C 9 12 7

D 13 20 12


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E 21 28 18

Para la polea : Entonces, escogemos un valor del rango recomendado: Si sabemos que, la relacin de transmisin es:

Clculo de la Distancia entre Centros:

Tenemos la siguiente condicin:

Para la primera condicin, obtenemos:

Entonces, escogemos un valor para C del anterior intervalo.

Calculamos la longitud de la banda, segn la siguiente frmula:


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Reemplazando los valores, obtenemos:

De la Tabla N 3, seleccionamos la faja N 64 cuyo L = 65.3pulg

TABLA N 3 (Seccin A)

Faja o Correa N Longitud de paso, pulg KL

A 62 63.3 0.99

A 64 65.3 1.00

A 66 67.3 1.01

A 68 69.3 1.02

A 71 72.3 1.03

A 75 75.3 1.04

Fuente: Shigley Tabla 17-10 Pg 879

Recalculamos C, para una longitud L = 65.3

Est en el rango de la primera condicin.


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ARCO DE CONTACTO

El arco de contacto se calcula de acuerdo al tipo de transmisin, en nuestro caso es de

banda abierta, para lo cual se tiene

El arco de contacto de la polea ms pequea no debe ser menor de 120.

Reemplazamos:

El arco de contacto es 174

POTENCIA TRANSMISIBLE POR BANDA

P es la potencia en CV que la banda transmite en hipotticas condiciones de

trabajo,que son: k =1, D1= 3, D2=6,56, = 172 y longitudes primitivas

estndar.

Pdes la prestacin diferencia en CV.

Con estos valores se calcula la prestacin actual Paque ser la potencia en CV

quepuede transmitir la banda en condiciones reales.

De las tablas 5 se obtiene Pd en funcin de N y D2 y Pd en funcin de N y K, Y enlas tablas los valores deC y Cl.

Pa= (1.91+ 0.09)*1*0.99

Pa= 1.98


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Determinacin del nmero de bandas

Para determinar el nmero de bandas se usa la siguiente frmula:

En este caso se obtiene un valor menor a 5, en cuyo caso si la parte decimal del cociente

es menor del 10% se toma el entero; si sobrepasa el 10% se toma el entero superior. Se

requiere una banda.

Velocidad de la banda

La velocidad tangencial de la banda est dada por:

Seleccin de las poleas

Los dimetros de las poleas ya han sido elegidos, las poleas pueden fabricarse o

seleccionarse de un catlogo; serian una polea de 3 y la otra de 6,5 de dimetro, doble

canal para bandas tipo A.

Tensiones en las poleas

Polea

La velocidad de la banda es = 7,8 m/s

Mientras que las tensiones estn dadas por la siguiente frmula:

Donde: F1= Fuerza en el lado tenso

F2=Fuerza en el lado flojo


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f= Coeficiente de friccin

= ngulo de contacto

El coeficiente de friccin se obtiene de la tabla, f= 0.4 y elngulo de contacto es de 174.

F1=0.51F2

Con la frmula de la potencia se tiene:

P= F.V

2= (F1-F2)*7,8/746

F1-F2=191,28 N

F2= 76,2 N

F1=267.25 N

Torque producido en la polea

T=38,86*0,1651/2

T= 3,2 Nm


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DISEO DE LOS PERNOS DE LA CUCHILLA

Para que las cuchillas se sostengan con la volante existen dos pernos que pasarn entre

ambos, se considerar dos tornillos de cabeza hexagonal DIN931 (M10) pag89 Mata-

con dimetro 11.2mm , y una tuerca hexagonal DIN934 pag98 Mat- de 8mm de

espesor, todo estos implementos sern construidos con acero AISI1040.

La configuracin del perno, con sus respectivas medidas y fuerzas, se pueden observar

en la ilustracin

La Fc es la fuerza de corte generada por la cuchilla y equivale a 111.25N y la F R son

las fuerzas generadas hacia los pernos.

A continuacin se realizar el clculo de fuerzas y reacciones en equilibrio esttico, para

poder determinar el factor de seguridad del perno. Segn la ilustracin, aplicando

equilibrio esttico de las fuerzas en el perno tenemos:

Para conocer el esfuerzo normal por flexin se utiliza la frmula que es llamada de Navier,

y es la siguiente:

A


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Ecuacin Frmula de Navier

Donde C = Distancia desde el eje neutro al extremoI = Momento de Inercia

M = Momento Flexionante

Descomponiendo la frmula 26 en factores conocidos tenemos:

Donde d Dimetro del perno, 11.2mm

Remplazando los valores en la ecuacin obtenemos:

Para obtener el factor de seguridad se aplica la siguiente frmula:

El valor de Sy para el acero inoxidable 304 es de 276 Mpa.

Remplazando datos tenemos

Por lo que no hay falla aplicando la Teora del Esfuerzo Mximo.


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Para asegurarnos de que no haya falla con la mxima tensin cortante, se aplica la

siguiente frmula:

Donde Vmax= 278.025NRemplazando datos tenemos:

Para el factor de seguridad se aplica la siguiente frmula:

Debido a que el factor de seguridad es alto es posible utilizar este tipo de pernos M10

Eje del rotor.Un eje de acero AISI 1040 estirado en frio con la geometra que se muestra en la

figura

Sut : 590 Mpa (85 kpsi) = 5988,6 kg/cm2

Sy : 490 Mpa (71 kpsi)= 5003,5 kg/cm2


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4.2.6 Diseo, del Eje Principal de la picadora de bagazo:

4.2.6.1 Anlisis Esttico

Asumiendo un dimetro de 1.5 para el eje principal, se realiza un anlisis

esttico considerando slo el efecto de los pesos de la volante cuchillas y las paletas

sopladoras, el peso del eje principal, y la tensin producida en la polea.

Una vez determinada las tensiones en la polea, analizaremos las cargas sobre el

eje principal tanto en el eje y como en el eje z.

Diagrama de fuerza plano XZ


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Diagrama de fuerza XY

Diagrama de esfuerzos cortantes plano XZ

Momentos flectores plano XZ

Esfuerzos cortantes XY


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Momentos flectores XY

Momento torsor

RAY=91 N

RBY=-100N

RAZ=108.33 N

RBZ=137.96

De los diagramas se encuentra los puntos crticos B y C

Mb= Mc=

Momento flector mximo =9.9 Nm

Momento torsor mximo = 3.2 Nm

Verificacin del coeficiente de seguridad del eje, mediante la hiptesis del

esfuerzo cortante mximo:

* +


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Dnde:

Despejando de la ecuacin, obtenemos: * +

4.2.6.2 ANLISIS DE FATIGA

Lmite de Fatiga:

Se determina la resistencia a la fatiga, utilizando para ello los factores

correspondientes:

Dnde:


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Sabemos que:

Luego:

Para el factor de superficie tenemos:

Para acabado superficial maquinado o laminado en fro tenemos:

Para 1.5 se tiene que el factor de tamao es:

Para el factor de carga tenemos que cuando se combinan torsin y flexin:

Y la carga combinada ser obtenida por la aplicacin efectiva del esfuerzo de Von

Mises.

Para el factor de temperatura tenemos:

Para el factor de efectos varios tenemos:

Reemplazando:


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a) Para Flexin:

Dnde:

Luego:

De grafica de Shigley para flexin

Kt =1,6


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b) Para Torsin:

De la grafica

. Sensibilidad de la muesca

Del material tenemos:

Sut= 85 kips

r = 3 mm

Luego:


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Como se observa la mayor concentracin de esfuerzos tanto para flexin como

para torsin se encuentra en la zona de los entalles, por lo que se proceder slo

al anlisis de sta.

El eje durante el funcionamiento est sometido a flexin alternante y torsin

continua, es as que se producen esfuerzos flexionantes, que se invierten

alternativamente por completo, y un esfuerzo torsional que permanece constante.

Para el anlisis del eje consideraremos primeramente la fatiga en la zona del

entalle:

ESFUERZO ALTERNANTE

Dnde:

Reemplazando:


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En el caso particular el esfuerzo medio es:

ESFUERZO CORTANTE MEDIO:

Dnde:

Reemplazando:


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Esfuerzos equivalentes:

Segn el criterio de Von Mises:

()

()

() ()

Goodm an Modi f icado

ngoodman= 20,59

Sodergerg

= 20,43 Gerber y Langer

= 21,43


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4.2.7 CLCULO Y SELECCION DE CHAVETA

Nos regimos al DIN 6887 (Dibujo Mecnico I J. Mata. Pag 116)

= 30 mm

Anchura =8mm

Altura de Chaveta = 7 mm

Profundidad Chavetero del eje = 4 mm

Profundidad chavetero del cubo = 2,4 mm

Longitud normalizada l=10 mm

4.2.8.CLCULO Y SELECCIN DE LOS RODAMIENTOS:

1)Apoyo en lado A:

2)Apoyo en el lado B

Como vamos a colocar el mismo tipo de rodamiento en ambos apoyos entonces cla carga de

diseo ser la mayor: P= 170,4 N=38,31 lbf

Confiabilidad del cojinete es 0,99

[ ]


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[ ]

Del manual de SKF de Escoge una rodamiento de la serie 6305


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DISEO DE DETALLES

picadora de bagazo final

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