000140771.pdf

Universidad Simn Bolvar

Decanato de Estudios Profesionales

Coordinacin de Ingeniera Mecnica

Ingeniera de detalles en Plantas Industriales procesadoras de trigo:

Tanques, ciclones y laboratorio

Por

Sebastin Angarita Meneses

Sartenejas, Junio 2008






Por


Realizado con la asesora de:

Tutor Industrial: Ing. Rafael Cadenas

Tutor acadmico: Prof. Milton Lpez

INFORME DE PASANTA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

Como requisito parcial para optar al ttulo de

Ingeniero Mecnico







RESUMEN

El presente informe de pasanta trata sobre el proceso y los resultados del diseo de tres

recipientes utilizados para la limpieza del trigo en una planta productora de harina de trigo,

adems de la elaboracin de los planos de fabricacin de dos ciclones tambin utilizados

en este proceso de limpieza. Versa tambin sobre el proceso seguido para la adecuacin de

dos espacios existentes en una planta industrial para el funcionamiento de un laboratorio y

un centro de degustacin de pastas alimenticias. Como resultados se presentan los clculos

y planos de diseo y de fabricacin de los equipos industriales sealados; as como los

dibujos de planta del laboratorio y el centro de degustacin.

El diseo de los recipientes parti de los requerimientos establecidos por el Departamento

de Proyectos de la empresa, esenciales para el buen funcionamiento del proceso industrial.

De all que fuera necesaria la verificacin de estos requerimientos. A partir de las

condiciones de trabajo de los recipientes fueron calculados los espesores de sus paredes y

comprobada su estabilidad a la accin de movimientos ssmicos. Adems se calcularon las

uniones apernadas de las secciones del cuerpo principal de los recipientes y las uniones

soldadas de ciertos elementos adheridos a ste. Una vez definido el diseo y los detalles de

todos los equipos fueron elaborados sus planos de fabricacin y el plan de montaje para su

ubicacin dentro de la planta procesadora.

La decisin sobre los tipos ciclones a ser utilizados fue realizada con base en el consumo

volumtrico por unidad de tiempo y las cadas de presin a las cuales estaran sometidos.

El tipo de cicln a ser utilizado fue seleccionado de catlogos.

Respecto al laboratorio y centro de degustacin de pastas alimenticias, sus diseos se

realizaron a partir de: las condiciones existentes en los espacios destinados para alojarlos;

las caractersticas de los equipos demandados por las tareas a realizarse; el arreglo

funcional de los equipos segn los procesos a ser desarrollados; y las normas de seguridad

aplicables a los espacios que albergan estos tipos de actividades.






PROYECTO DE GRADO presentado por


REALIZADO CON LA ASESORA DE: Ing. Rafael Cadenas, Prof. Milton Lpez.

PALABRAS CLAVES

Recipiente, tolva, diseo, espesor de pared, soldadura, izamiento, planos de fabricacin,

cicln, trigo, pastas alimenticias.

Aprobado con mencin:

Postulado para el premio:


DEDICATORIA

A mis Padres y

Hermano

AGRADECIMIENTOS

En primer lugar, a mis padres por el apoyo incondicional y por el muy til asesoramiento

en el rea de ingeniera civil y en la metodologa para la elaboracin de proyectos.

Al Ing. Rafael Cadenas, mi tutor industrial, quien en todo momento me orient en el

camino a seguir para la realizacin del proyecto y quien pacientemente estuvo dispuesto a

responder a todas mis dudas y preguntas.

Igualmente, al Ing. Julio Araque quien me ayud y me instruy en los distintos procesos

produccin de la empresa y en el funcionamiento de la cadena productiva que opera en la

elaboracin de harina y de pastas alimenticias, y quien tambin siempre mostr toda su

disposicin en ayudarme y aclarar mis dudas.

Del mismo modo, al Prof. Milton Lpez, por su orientacin y por suministrarme material

importante para la realizacin del proyecto.

Tambin, a los profesores Andrs Clavijo y Marco Gonzlez quienes siempre se mostraron

dispuestos a atenderme y ayudarme a resolver partes importantes del proyecto.

De igual forma, quiero expresar mi agradecimiento a Marcela Valencia por su invaluable

ayuda para completar este proyecto.

Por ltimo, pero no menos importante, quisiera agradecer a la Sra. Arnolia Delgado por su

incondicional apoyo y ayuda prestada para la realizacin de este trabajo.

i

NDICE GENERAL

DESCRIPCIN DE LA EMPRESA .................................................................................... ix

LISTA DE SMBOLOS Y ABREVIATURAS ................................................................. xiii

Captulo 1. INTRODUCCIN ......................................................................................... 18

Captulo 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................... 20

2.1 Descripcin del problema .......................................................................................... 20

2.2 Antecedentes .............................................................................................................. 20

2.3 Objetivos Generales ................................................................................................... 21

2.4 Alcance ...................................................................................................................... 21

2.5 Limitaciones ............................................................................................................... 21

Captulo 3. FUNDAMENTOS TERICOS .................................................................... 22

3.1 Definiciones bsicas .................................................................................................. 22

Captulo 4. DISEO DE RECIPIENTES ........................................................................ 35

4.1 Objetivos especficos ................................................................................................. 35

4.2 Metodologa ............................................................................................................... 35

4.3 Anlisis y Resultados ................................................................................................. 36

4.3.1 Verificacin del tipo de material ......................................................................... 37

4.3.2 Verificacin de los ngulos de inclinacin de las tolvas ..................................... 37

4.3.3 Verificacin de las capacidades de almacenamiento de los recipientes .............. 39

4.3.4 Seccionamiento de los recipientes...................................................................... 40

4.3.5 Determinacin de los espesores de las paredes de los recipientes ..................... 40

4.3.5.1 Determinacin del tipo de tanque ................................................................ 42

4.3.5.2 Procedimiento de clculo para tanques poco profundos ............................. 44

4.3.5.2.1 Clculo del espesor de pared del casco cilndrico ................................ 45

4.3.5.2.2 Clculo del espesor de pared del fondo cnico ..................................... 46

4.3.5.3 Verificacin sismo resistente de los recipientes .......................................... 48

4.3.6 Clculo del peso total de los recipientes ............................................................ 53

4.3.7 Determinacin del nmero de orejas de izamiento y verificacin de sus dimensiones .................................................................................................................. 54

4.3.8 Verificacin de las dimensiones de los apoyos .................................................. 55

4.3.9 Clculo de soldadura .......................................................................................... 56

4.3.9.1 Clculo de soldadura en las orejas de izamiento ......................................... 57

ii

4.3.9.1.1 Clculo de soldadura en las orejas de izamiento pertenecientes al fondo cnico .................................................................................................................... 58

4.3.9.1.2 Clculo de soldadura en las orejas de izamiento pertenecientes al cilindro .................................................................................................................. 63

4.3.9.2 Clculo de soldadura en la plancha de acero sobre la que se apoyan las orejas de izamiento ................................................................................................... 64

4.3.9.2.1 Planchas de acero pertenecientes al fondo cnico ................................ 65

4.3.9.2.2 Planchas de acero pertenecientes al casco cilndrico ............................ 67

4.3.9.3 Clculo de soldadura en los apoyos ............................................................. 69

4.3.10 Seleccin del tipo de brida y clculo de las uniones apernadas ....................... 72

4.3.10.1 Caractersticas del tornillo seleccionado ................................................... 73

4.3.10.2 Espaciamiento entre pernos ....................................................................... 80

4.3.10.3 Separacin de los pernos respecto a los bordes ........................................ 81

4.3.11 Dimensionamiento y ubicacin de la boca de visita de los recipientes ........... 84

4.3.12 Recubrimiento de los recipientes ..................................................................... 85

4.3.13 Planos de fabricacin de los recipientes ........................................................... 85

4.3.14 Plan de montaje de los recipientes ................................................................... 86

4.3.14.1 Das antes del izamiento ............................................................................ 86

4.3.14.2 Da del montaje .......................................................................................... 88

4.4 Conclusiones ............................................................................................................. 90

Captulo 5. PLANO DE FABRICACIN DE CICLONES ............................................ 92


5.2 Metodologa ............................................................................................................... 92

5.3 Limitaciones ............................................................................................................... 92

5.4 Anlisis y Resultados ................................................................................................. 92

Captulo 6. DISEO DE UN LABORATORIO DE PASTAS ALIMENTICIAS Y UN CENTRO DE DEGUSTACIN EN PLANTA CATIA ..................................................... 94


6.2 Metodologa: .............................................................................................................. 94

6.3 Anlisis y resultados .................................................................................................. 95

6.3.1 Levantamiento de las dimensiones de los espacios fsicos de los pisos 8 y 9 de la Planta: ........................................................................................................................... 97

6.3.2 Investigacin de materiales, equipos y normas .................................................. 97

6.3.3 Integracin de los espacios del laboratorio, centro de degustacin y panadera 99

6.3.4 Necesidades laborales del personal ................................................................... 101

iii

6.3.5 Propuesta de diseo ........................................................................................... 102

6.3.6 Plan de montaje de los equipos de laboratorio .................................................. 102

6.4 Conclusiones ............................................................................................................ 103

6.5 Recomendaciones .................................................................................................... 103

Captulo 7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................ 105

Captulo 8. BIBLIOGRAFA ......................................................................................... 108

Captulo 9. ANEXOS ..................................................................................................... 109

Anexo A. Procedimiento de clculo para el diseo de los recipientes ..................... 109

Anexo B. Planos de fabricacin de los recipientes .................................................. 110

Anexo C. Lista de chequeo para el levantamiento de equipos ................................. 112

Anexo D. Plano de posicionamiento de los equipos y ubicacin de la gra ........... 114

Anexo E. Carta de capacidades, velocidades y ngulos de giro de la gra ............. 115

Anexo F. Planos de fabricacin de ciclones ............................................................ 117

Anexo G. Catlogo de ciclones ................................................................................ 118

Anexo H. Plano estructural del espacio existente en el piso 8 de Planta Catia ........ 119

Anexo I. Diseo final del laboratorio de pastas alimenticias, panadera y centro de degustacin 120

iv

NDICE DE TABLAS

Tabla 1. Dimensiones de los recipientes. ............................................................................ 39

Tabla 2. Volmenes de las secciones de los recipientes. ..................................................... 39

Tabla 3. Capacidades mximas de almacenamiento de los recipientes. .............................. 40

Tabla 4. Alturas de las partes cilndricas y dimetros de cada recipiente. .......................... 42

Tabla 5. Propiedades de los materiales granulares. Fuente: Manual de recipientes a presin.

Moss, 2003, p. 217 .............................................................................................................. 43

Tabla 6. Propiedades del trigo. Fuente: Manual de recipientes a presin. Moss, 2003, p.

217 ....................................................................................................................................... 43

Tabla 7.Valores de tan, altura del plano de ruptura y altura de la parte cilndrica de los

tres recipientes. .................................................................................................................... 44

Tabla 8. Resultados del clculo del espesor de pared del casco cilndrico de los recipientes.

............................................................................................................................................. 46

Tabla 9. Resultados del clculo de espesor de pared del fondo cnico de los recipientes. . 48

Tabla 10. Factores para el clculo de la fuerza cortante. ..................................................... 49

Tabla 11. Valores de la fuerza cortante. .............................................................................. 50

Tabla 12. Espesores requerdos y de diseo para resistir cargas ssmicas. ......................... 51

Tabla 13. Pesos totales de los recipientes. ........................................................................... 53

Tabla 14. ngulos de las tolvas para cada recipiente y fuerzas que actan en la soldadura al

momento del izamiento. ...................................................................................................... 58

Tabla 15. Momentos resultantes que actan en el centro geomtrico de la soldadura

propuesta. ............................................................................................................................. 59

Tabla 16. rea e inercia de la soldadura propuesta. ............................................................ 60

Tabla 17. Esfuerzos primarios y secundarios que actan sobre la soldadura de las orejas

pertenecientes a la tolva. ...................................................................................................... 61

Tabla 18. Esfuerzo total calculado y resistencia ltima mnima que debera tener el

electrodo. ............................................................................................................................. 62

Tabla 19. Resistencia ltima y tipo de electrodo seleccionado para soldar las orejas a la

tolva ..................................................................................................................................... 62

Tabla 20. Fuerzas y momentos actuantes sobre la soldadura. ............................................. 63

Tabla 21. Esfuerzos primarios y secundarios generados sobre la soldadura de las orejas de

izamiento de la parte cilndrica ............................................................................................ 63

v

Tabla 22. Esfuerzo total calculado y resistencia ltima mnima que debera tener el

electrodo. ............................................................................................................................. 64

Tabla 23.Fuerzas actuantes en la soldadura de la chapa de acero. ...................................... 65

Tabla 24. Momentos actuantes sobre la soldadura de la plancha de acero. ........................ 65

Tabla 25. rea e inercia de la soldadura propuesta para la plancha de acero. .................... 66

Tabla 26. Esfuerzos primarios y secundarios que actan sobre la soldadura de la plancha de

acero..................................................................................................................................... 66

Tabla 27. Esfuerzos totales que actan sobre la soldadura de la plancha de acero y

resistencia ltima mnima del electrodo. ............................................................................. 66

Tabla 28. Electrodo seleccionado para soldar la plancha de acero a la tolva ...................... 67

Tabla 29. Fuerzas y Momentos que actan sobre la plancha de acero de la parte cilndrica.

............................................................................................................................................. 68

Tabla 30. Esfuerzos primarios y secundarios que actan sobre la soldadura de la plancha de

acero de la parte cilndrica. .................................................................................................. 68

Tabla 31. Esfuerzos totales que actan sobre la soldadura de la plancha de acero y

resistencia ltima mnima del electrodo. ............................................................................. 68

Tabla 32. Fuerzas y momentos que actan sobre la soldadura de los apoyos de los

recipientes ............................................................................................................................ 70

Tabla 25. rea e inercia de la soldadura propuesta para los apoyos. .................................. 71

Tabla 33. Esfuerzos primarios y secundarios que actan sobre la soldadura de los apoyos.

............................................................................................................................................. 71

Tabla 34.Esfuerzos totales calculados que actan sobre la soldadura de los apoyos. ......... 71

Tabla 35. Caractersticas del electrodo seleccionado para la soldadura de los apoyos de los

recipientes. ........................................................................................................................... 72

Tabla 36.Caractersticas del tornillo seleccionado. ............................................................. 74

Tabla 37. Mdulos de elasticidad del tornillo, de las placas y de la empacadura ............... 74

Tabla 38. Carga a resistir por cada tornillo ......................................................................... 74

Tabla 39. reas de la empacadura para cada recipiente. ..................................................... 74

Tabla 40.Constantes de rigidez del tornillo y de los elementos de unin. .......................... 75

Tabla 41. Cargas absorbidas por la placa y el tornillo para cada recipiente........................ 76

Tabla 42. Fuerzas de precarga mnimas necesarias para garantizar la unin y fuerzas de

precarga mximas que se le puede aplicar a cada tornillo. .................................................. 77

Tabla 43. Carga mxima de traccin que puede resistir el perno sin experimentar

deformaciones permanentes. ............................................................................................... 77

vi

Tabla 44. Valores del 75% y 90% de la carga mxima a traccin Fp. ................................ 78

Tabla 45. Valores de las precargas seleccionadas para cada recipiente. ............................. 78

Tabla 46. Torques de apriete requerido para los arreglos de pernos de cada recipiente. .... 79

Tabla 47. Fuerza requerida para el apriete de cada perno. .................................................. 80

Tabla 48. Fuerzas en kg requeridas para el apriete de cada perno. ..................................... 80

Tabla 49. Nmero de pernos en el arreglo y espaciamiento entre pernos para cada

recipiente. ............................................................................................................................ 81

Tabla 50. Distancia entre el centro del perno y el borde de la brida, y entre el centro del

perno y la parte cilndrica del recipiente ............................................................................. 82

Tabla 51. Cargas definitivas en servicio que actan sobre la placa y el tornillo. ................ 83

Tabla 52. Diagrama de Gantt de las tareas a realizar antes del montaje de los equipos. .... 86

Tabla 53. Diagrama de Gantt de las tareas a realizar para el levantamiento de los equipos.

............................................................................................................................................. 88

Tabla 54. Dimensiones de los ciclones seleccionados. Fuente: Catlogo Cyclone MGXD

High Sanitation. Bhuler ..................................................................................................... 93

Tabla 55. Peso de los ciclones. Fuente: Catlogo Cyclone MGXD High Sanitation.

Bhuler .................................................................................................................................. 93

Tabla 56. Diagrama de Gantt para el levantamiento del secadero esttico ....................... 103

vii

NDICE DE FIGURAS

Figura 1. Tolva del recipiente B. 60 de inclinacin con respecto a la horizontal ............. 38

Figura 2. Dibujo de las dimensiones de los recipientes ....................................................... 39

Figura 3.Ejemplo ilustrativo de recipiente profundo y poco profundo ............................... 42

Figura 4. Dibujo ilustrativo de las dimensiones del recipiente y de los esfuerzos que actan

sobre l. ................................................................................................................................ 44

Figura 5. Recipientes en la Planta. ...................................................................................... 52

Figura 6. Grillete existente en la planta insertado dentro de la oreja de izamiento. ............ 55

Figura 7. Apoyos de los recipientes. ................................................................................... 56

Figura 8.Ubicacin tentativa del apoyo en el recipiente. .................................................... 56

Figura 9. Representacin de fuerzas que actan en las orejas de la tolva y del cilindro en el

momento del izamiento. ...................................................................................................... 57

Figura 10. Dibujo explicativo del ngulo de las tolvas y de la forma como incide la fuerza

al momento del izamiento.................................................................................................... 58

Figura 11. Ubicacin del centro geomtrico de la soldadura propuesta. ............................. 59

Figura 12.Representacin del punto de aplicacin de la fuerza y del centro geomtrico de

la soldadura planteada. ........................................................................................................ 65

Figura 13. Plancha de acero sobre las que se soldarn las orejas de izamiento

pertenecientes al casco cilndrico. ....................................................................................... 67

Figura 14. Oreja de izamiento con la soldadura a filete propuesta...................................... 69

Figura 15. Cordones de soldadura propuestos ..................................................................... 69

Figura 16. Lugar donde incide la fuerza y dimensiones de los apoyos. .............................. 70

Figura 17. Centro geomtrico de la soldadura planteada para los apoyos .......................... 70

Figura 18. Rangos de precarga experimentales y tericos .................................................. 78

Figura 19. Distancias entre el centro del agujero y el recipiente y entre el centro del agujero

y el borde. ............................................................................................................................ 82

Figura 20. Brida con agujero para pernos de 5/8. ............................................................. 83

Figura 21. Modificacin de la boca de visita....................................................................... 84

Figura 22. ngulo de 60 del cuello inferior de la boca de visita. ...................................... 84

Figura 23. Recipiente preparado para el levantamiento. ..................................................... 89

Figura 24. Levantamiento del recipiente por las orejas de izamiento ................................. 89

Figura 25. Levantamiento del recipiente. ............................................................................ 90

Figura 26.Pasillo de escape del piso 8 ................................................................................. 98

viii

Figura 27. Escalera vista desde el piso 9. .......................................................................... 100

Figura 28. Escalera vista desde el piso 8. .......................................................................... 101

Figura 29. Plano de fabricacin del recipiente A. (Ver anexo en archivo de Autocad). ... 110

Figura 30. Plano de fabricacin del recipiente B. (Ver anexo de en archivo de Autocad) 111

Figura 31. Plano de fabricacin del recipiente C. (Ver anexo en archivo de Autocad). ... 111

Figura 32. Ubicacin de la gra y de los equipos para el levantamiento. ........................ 114

Figura 33. Carta de la capacidad de levantamiento de la gra. ......................................... 115

Figura 34. Gra de 130 toneladas de capacidad de carga, utilizada para el levantamiento de

los recipientes. ................................................................................................................... 115

Figura 35. Accesorios para el izamiento de los recipientes. Guayas y grilletes. ............... 116

Figura 36. Plano de fabricacin del cicln MGXD-205. ................................................... 117

Figura 37. Plano de fabricacin del cicln MGXD- 240. .................................................. 117

Figura 38. Plano con vista de planta del piso 9. (Ver anexo con archivo de Autocad). .. 119

Figura 39. Plano con vista de planta del piso 8. (Ver anexo con archivo en Autocad). .... 119

Figura 40. Propuesta final del piso 9. (Ver anexo con archivo de Autocad). .................... 120

Figura 41. Propuesta final del piso 8. (Ver anexo con archivo de Autocad). .................... 120

Figura 42. Vista lateral diseo laboratorio de pastas alimenticias (Piso 8). (Ver anexo

archivo de Autocad)........................................................................................................... 121

Figura 43. Integracin de los tres espacios: Laboratorio de pastas alimenticias, centro de

degustacin y panadera. (Ver anexo archivo de Autocad). .............................................. 121

ix

DESCRIPCIN DE LA EMPRESA

Segn se seala en la pgina de internet (http://www.cargill.com.ve/), Cargill es una

Sociedad de Responsabilidad Limitada (S.R.L) transnacional de origen norteamericano,

con ms de 135 aos de experiencia. Se caracteriza por su espritu innovador y su solidez

comercial y financiera, y constituye una fuente importante de empleos en todo el pas.

La empresa est vinculada estrechamente con el sector agrcola. Al poseer equipos de

ltima tecnologa, logra que sus productos satisfagan las necesidades de sus consumidores.

Como comercializadora de granos y subproductos, abastece a otras unidades productivas

fabricantes de bebidas, pastas, harinas, aceites, entre otros; y a adems a productores

avcolas, porcinos y lcteos.

Los productos de consumo masivo de Cargill son:

Aceites: El Rey, Vatel, Deleite, La Espaola y la manteca Los Tres Cochinitos; Arroces:

Santa Ana Precocido; Harinas: Blancaflor, Gold Medal y Mi Mesa; Pastas: Milani, Mi

Mesa y Ronco; Las salsas Ronco.

Cargill tambin es una empresa altamente competitiva en el mercado de alimento para

mascotas, ofreciendo los productos: Dogui, Gati, Robustin y Perrovita.

Como podemos encontrar en su pgina web ( http://www.cargill.com.ve/) : El factor ms

importante del xito de Cargill en Venezuela se debe al resultado de un equipo conformado

por ms de 1.400 profesionales de alto desempeo que trabajan de forma directa con la

empresa y que suman sus esfuerzos a un grupo de alrededor de 30.000 personas que

trabajan indirectamente con la empresa, entre los que se destacan: transportistas,

promotores, distribuidores exclusivos, caleteros, personal de mantenimiento, asesores

profesionales, tcnicos y proveedores.

RESEA HISTRICA DE LA EMPRESA

Segn dice la resea histrica de Cargill en su pgina de internet

(http://www.cargill.com.ve/), la empresa familiar Cargill Inc., fundada por William

Cargill en 1865, lleg a Venezuela en el ao 1986. Los principales hitos en su desarrollo

son:

x

En 1986, Cargill de Venezuela C.A. inicia operaciones en el pas, a travs de una

asociacin con Mimesa C.A. para formar Agroindustrial Mimesa situada en la ciudad de

Maracaibo, Estado Zulia. Dedicndose a la fabricacin de harinas y a la elaboracin de

pastas alimenticias bajo las marcas Flor de Guayana y Mimesa, respectivamente.

En 1988, adquiere El Pastificio Universal ubicado en Puerto La Cruz, Edo. Anzotegui.

En 1989, Compra Pillsbury de Venezuela, empresa que contaba con un molino semolero,

uno harinero y un pastificio en Catia La Mar, poseedora de las renombradas marcas de

pasta, Milani y Suprema, adems de la lnea de harinas de panificacin Rey del Norte.

En 1990, negocia la totalidad de las acciones de Agroindustrial Mimesa, consolidndola

junto con Pillsbury de Venezuela. En Diciembre de ese mismo ao, Cargill de Venezuela

incursiona en el mercado de aceites refinados con la adquisicin de una planta de

refinacin en Turmero, Estado Aragua.

En 1991 establece las oficinas corporativas en Caracas. Al expandirse hacia nuevos

mercados incursiona en el negocio de arroz y adquiere la finca Puente Lea en Pritu,

Estado Portuguesa.

En 1993 compra las plantas aceiteras de Mavesa, ubicadas en Valencia y Puerto Cabello,

Edo. Carabobo, as como las reconocidas marcas Vatel, Branca, Los Tres Cochinitos y

Tresco.

En 1994 incrementa las actividades en el negocio de arroz al comprar la planta productora

de arroz Santa Ana, localizada en San Carlos, Estado Cojedes.

En 1995 se asocia con Pequiven para la construccin de la salina por evaporacin solar

ms moderna del mundo, ubicada en Los Olivitos, Estado Zulia.

xi

En 1997 inicia sus actividades en el negocio de alimentos para mascotas, producidas en la

planta de Barquisimeto, Estado Lara.

En 1998 instala la primera planta de arroz pre cocido en Venezuela.

En 1999 adquiere Gramoven y consolida su posicin de liderazgo en el mercado,

transformndose en el principal proveedor de insumos elaborados para la industria de

alimentos de Venezuela y de productos de marca para el mercado de consumo masivo.

En el 2001 con la adquisicin de Agribrands International, se unen esfuerzos con Cargill

Animal Nutrition lo que consolida a la Compaa en el Mercado como proveedor de

Alimentos para mascotas.

En el 2006 adquiere la Planta Molinarca, conocida tambin como la Planta Alfonzo Rivas,

ubicada en el sector La Providencia, Turmero, Maracay, Edo. Aragua. Esta Planta es

conocida actualmente como la Planta de La Encrucijada.

Hoy en da Cargill afianza su compromiso con el pas, a travs de inversiones que implican

un crecimiento econmico.

La empresa proporciona oportunidades laborales, forma a su personal e implementa sus

conocimientos en tecnologa de punta en cada uno de sus procedimientos, tanto de

elaboracin de productos como de atencin a sus clientes de los sectores de consumo

masivo e industrial.

CULTURA CORPORATIVA DE CARGILL

Visin:

Ser la empresa lder en proveer oportunidades para la nutricin y el desarrollo de la

poblacin mundial.

Misin:

xii

Crear valor diferenciado fundamentado en tres pilares: Enfoque al cliente, Innovacin y

Alto Nivel de Desempeo.

Objetivos:

Empleados comprometidos.

Clientes satisfechos.

Comunidades que prosperan

Crecimiento rentable.

Valores:

La cultura empresarial de Cargill parte de unas creencias que constituyen la base de las

relaciones con los clientes, asociados, accionistas y comunidades donde opera.

Integridad: Nuestra palabra es nuestra garanta.

Excelencia: Hacer de Cargill la mejor compaa en todo lo que haga.

Crecimiento: Crear oportunidades para los individuos y nuestros negocios.

Trabajo en equipo: Sumar los conocimientos y habilidades de los empleados a

travs de la comunicacin efectiva para crear xito compartido.

Visin de futuro: Tener la paciencia y la visin que nos permitan construir

negocios duraderos.

Deseos de competir: Buscar ganar con reglas de juego claras, con tica y

transparencia.

xiii

LISTA DE SMBOLOS Y ABREVIATURAS

Debido a que algunos de los smbolos utilizados tienen significados diferentes

dependiendo del tipo de clculo realizado, se elabor una lista de smbolos para cada

proceso de clculo.

Lista de smbolos

Clculo del espesor de los recipientes Mtodo de Rankine

C.A Espesor por corrosin (pulgadas).

EEficiencia de la junta 0,35 - 1,0

hiProfundidad del material almacenado hasta el punto de evaluacin (pies).

H Altura total del recipiente. (pies).

K1, K2Factores de Rankine. Factor de presin entre la presin lateral y vertical.

PvPresin vertical del material almacenado (lb/pies2).

PhPresin horizontal en las paredes del recipiente (lb/pies2).

QFuerza circunferencial total (lb).

S Esfuerzo permisible de tensin (lb/pulg2).

T1Fuerza longitudinal (lb/pies).

T2Fuerza circunferencial (lb/pies).

ngulo de reposo del material almacenado (grados).

ngulo de llenado, de sobrecarga o de friccin. (grados).

ngulo de ruptura. (grados).

ngulo del cono. (grados).

Coeficiente de friccin entre las partculas del material.

Coeficiente de friccin entre el material almacenado y las partculas del

recipiente.

xiv

W Peso total del material almacenado. (lb).

w Densidad del material almacenado (lb/pies3).

Wc Peso del acero de la parte cnica (lb).

R Radio del cilindro. (pies)

R1 Radio menor del cono truncado. (pies)

Anlisis sismo-resistente (Ver notacin de Norma COVENIN 1756).

Factor de importancia.

Factor de correccin del coeficiente de aceleracin horizontal.

Factor de modificacin de cortantes.

Factor de magnificacin promedio.

AdOrdenada del espectro de diseo expresada como fraccin de la aceleracin de

gravedad.

Ao Coeficiente de aceleracin horizontal.

R Factor de reduccin de respuesta.

T* Valor mximo del perodo en el intervalo donde los espectros normalizados

tienen un valor constante (seg).

T+Perodo caracterstico de variacin de respuesta dctil (seg).

Vo Fuerza cortante en la base. (kg)

H Altura del recipiente (m)

N Nmero de niveles de la edificacin.

Calculo de soldadura:

Pt...Peso total del recipiente. (kg)

P...Peso a resistir por cada oreja de izamiento. (kg)

xv

...ngulo del cono con la horizontal (grados)

...ngulo complementario en el tringulo de fuerzas (grados).

bz...Brazo de la fuerza Fy. (mm)

by...Brazo de la fuerza Fz. (mm)

F...Fuerza que acta sobre la oreja de izamiento. (N)

Fy...Componente de la fuerza en el eje y. (N)

Fz...Componente de la fuerza en el eje z. (N)

rAy...Distancia vertical desde el CG hasta la horizontal correspondiente al punto

ms crtico. (mm)

XCG...Posicin en X del centro geomtrico. (mm)

YCG...Posicin en Y del centro geomtrico. (mm)

As...rea de la soldadura. (mm2)

L...Longitud del cordn de soldadura (mm)

Mxy...Momento en x producido por Fy. (N*mm)

Mxz..Momento en x producido por Fz. (N*mm)

rx1...Distancia entre el eje x del cordn de soldadura al eje x del CG. (mm)

Ixs Inercia de la soldadura en el eje x (mm4)

Iys Inercia de la soldadura en el eje y.(mm4)

Js... Momento polar de inercia de la soldadura. .(mm4)

Clculo de las uniones apernadas:

Et...Mdulo de elasticidad del tornillo.(psi)

Ep...Mdulo de elasticidad de las placas.(psi)

xvi

Ee...Mdulo de elasticidad de la empacadura.(psi)

Lplacas...Espesor de las placas (pulg).

Pcadatornillo...Presin que acta sobre cada tornillo. (lbf).

d..Dimetro nominal del tornillo. (pulg).

de...Dimetro externo de la empacadura (pulg).

di...Dimetro interno de la empacadura. (pulg).

Spt...Resistencia a la prueba del tornillo. (psi).

Syt...Resistencia a la fluencia del tornillo. (psi).

At...rea de esfuerzo a tensin del tornillo. Corresponde al rea de elemento sin

roscar del tornillo. (pulg2).

Ae...rea de la empacadura. (pulg2).

L...Suma del espesor de ambas placas. (pulg).

Kt...Constante de rigidez del tornillo. (lbf/pulg).

Kp1...Constante de rigidez de las placas. (lbf/pulg).

Ke...Constante de rigidez de la empacadura. (lbf/pulg).

Kp...Constante de rigidez de la placa ms la empacadura. (lbf/pulg).

Pp...Carga absorbida por las placas (lbf).

Pt...Carga absorbida por el tornillo (lbf).

Fi...Precarga (lbf).

Fp...Carga mxima de traccin que puede resistir el perno sin experimentar.

deformaciones permanentes (lbf).

K...Coeficiente del par de torsin. Es igual a 0,20.

b Brazo de palanca (pulg).

NNmero de tornillos del arreglo.

xvii

Lista de Abreviaturas:

API: Instituto Americano del Petrleo. (American Petroleum Institute).

ASCE: Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (American Society of Civil

Engineers).

ASME: Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos (American Society of

Mechanical Engineers).

COVENIN: Comit Venezolano de Normas Industriales.

SAE: Sociedad Norteamericana de Ingenieros Automotores. (Society of

Automotive Engineers).

AISC: Instituto Americano de Construccin en Acero (American Institute of Steel

Construction).

Captulo 1. INTRODUCCIN

En un proyecto de ingeniera se identifican tres fases que se desarrollan de manera

sucesiva: la ingeniera conceptual; la ingeniera bsica; y la ingeniera de detalles.

En la fase conceptual se definen los objetivos a lograr con el proyecto, se prefigura la idea

de solucin al problema establecido y el plan general para alcanzarlo. Se determina adems

en esta fase el alcance del proyecto, es decir, se establecen los lmites de su desarrollo.

Luego de cumplida la fase conceptual, se entra en la ingeniera bsica, donde se estudian y

analizan las variables que intervienen en el problema y se plantean las opciones concretas

para resolverlo. Una vez definidas las opciones, stas son analizadas desde el punto de

vista tcnico y econmico para identificar la ms apropiada como solucin. Se desarrollan

aqu los procesos de anlisis y de clculo que conducen a la determinacin de las

capacidades, los servicios y las caractersticas dimensionales de los elementos que

constituyen la solucin escogida.

La ingeniera de detalle es la ltima fase del proyecto antes del montaje, construccin y

puesta en marcha de las soluciones escogidas. Es en esta fase donde se afinan los clculos,

se comprueban y analizan las caractersticas esenciales de la propuesta seleccionada, se

definen los detalles y se realizan los planos de fabricacin.

Uno de los grandes proyectos planteados a corto y mediano plazo por Cargill de Venezuela

S.R.L, es aumentar su produccin a nivel nacional; razn por la cual ha decidido ampliar y

dotar con equipos de ltima tecnologa varias de sus plantas. Dos de las plantas

seleccionadas para la dotacin de equipos y la ampliacin de las infraestructuras existentes

son las Plantas de La Encrucijada, ubicada en el sector La Providencia, Turmero, Maracay,

Edo. Aragua; y Planta Catia, ubicada en el sector Simara, Gramoven, Catia, Caracas.

Los equipos requeridos para cada planta, los servicios, as como las cantidades y

capacidades de produccin que se aspiran a alcanzar en cada una de ellas fueron

determinados en las fases de ingeniera conceptual y bsica del proyecto.

El trabajo de grado de pasanta larga se enmarc dentro de la fase final de la ingeniera

bsica y en fase de ingeniera de detalles de algunos de los equipos e instalaciones

requeridos para la puesta en marcha de este gran proyecto del aumento de produccin a

19

nivel nacional de la empresa Cargill de Venezuela S.R.L., especficamente de Planta La

Encrucijada y Planta Catia.

El proyecto en especfico consisti en el diseo de tres recipientes utilizados en el proceso

de limpieza de trigo, expuesto en el Captulo 4; en la elaboracin de los planos de

fabricacin de dos ciclones, tambin utilizados en el proceso de limpieza, expuesto en el

Captulo 5; y en el diseo de un laboratorio de pastas alimenticias y un centro de

degustacin, desarrollado en el Captulo 6 de este trabajo.

Lo que aqu se presenta es el resultado de una pasanta desarrollada a una dedicacin de

tiempo completo entre los meses de enero-mayo de 2008 en el Departamento de Proyectos

de la Empresa Cargill de Venezuela S.R.L. Dicha pasanta incluy actividades de

investigacin terica y de diseo, llevadas a cabo en la sede central de la empresa y en

continuas visitas a las plantas de produccin ubicadas en el Sector Gramovn, Catia,

Caracas; La Encrucijada, estado Aragua y Maracaibo, estado Zulia.

Para el diseo de los equipos industriales se recibi la orientacin permanente del personal

profesional y tcnico de la empresa, a travs de sesiones de consulta. Para el diseo de los

espacios seleccionados para la implantacin del laboratorio y el centro de degustacin,

fueron consultados profesionales de la ingeniera y la arquitectura, quienes aportaron

valiosas recomendaciones sobre la forma de alcanzar el mejor arreglo funcional de los

espacios.

Captulo 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2.1 Descripcin del problema

En la Planta harinera de la empresa Cargill de Venezuela S.R.L., ubicada en La

Encrucijada, estado Aragua, se ha planteado la ampliacin de la infraestructura del molino.

Para ello, se requiere, entre otras cosas, de tres nuevos recipientes y de dos ciclones a ser

utilizados en el proceso de limpieza del trigo, los cuales sern el tema a desarrollar en los

Captulos 4 y 5 de este trabajo.

Por otro lado, en Planta Catia, se ha decidido la adecuacin e instalacin de un laboratorio

de pastas alimenticias y un centro de degustacin, el cual ser el tema a desarrollar en el

Captulo 6 de este trabajo.

2.2 Antecedentes

Este tipo de recipientes y otros equipos utilizados en el proceso de limpieza de trigo son

fabricados en el pas debido que existen talleres altamente capacitados para realizar este

tipo de construcciones, evitando de esta manera aranceles y logstica de importacin.

Por otra parte, uno de los grandes problemas que afectan la produccin de pastas

alimenticias de Cargill de Venezuela S.R.L, es el no poseer un espacio destinado para

poder efectuar pruebas y experimentar con nuevos tipos de pasta, sino que se debe detener

una lnea completa del pastificio para poder ensayar (como la adicin de nuevos

ingredientes, la implementacin de distintos tipos de moldes, entre otras cosas). Esto

ocasiona que se originen grandes prdidas en la produccin, tiempo y dinero para la

empresa.

Por esta razn, uno de los proyectos a corto plazo propuesto por la empresa, alineado con

el gran proyecto del aumento de produccin a nivel nacional, es el habilitar un espacio

fsico destinado para realizar pruebas de nuevas especialidades de pasta, trayendo el

beneficio inmediato para la produccin de no tener que detener una lnea completa del

pastificio para realizar pruebas de nuevas especialidades y nuevos mtodos de produccin.

21

2.3 Objetivos Generales

Aumento de la capacidad de produccin de harina de trigo en la Planta La

Encrucijada de la empresa Cargill de Venezuela S.R.L.

Aumento de la capacidad de produccin de pastas alimenticias en el territorio

nacional.

2.4 Alcance

El Captulo 4 de este trabajo trata sobre el proceso de clculo del espesor de las paredes de

los recipientes y de ciertos elementos estructurales unidos a ellos, adems de los planos de

fabricacin y el plan de montaje de dichos recipientes en planta. El tipo de material, las

capacidades de almacenamiento, los dimetros de los recipientes, los ngulos del cono, los

dimetros de la boca de entrada y salida del producto, los dimetros de aspiracin, las

dimensiones de la chapa sobre la que se apoyan las orejas y las caractersticas de las

soldaduras de las bridas, fueron condiciones de diseo establecidas por la empresa Cargill

de Venezuela S.R.L con base en catlogos de equipos similares instalados anteriormente en

otras plantas.

En el Captulo 5 de este trabajo, se realizaron los planos de fabricacin de dos ciclones

utilizados en la limpieza del trigo. Las dimensiones de los ciclones fueron extrados de un

catlogo de ciclones de la empresa extranjera Bhuler, para una cada de presin y un

consumo volumtrico dado, los cuales fueron calculados por una empresa especializada

contratada para ello por Cargill de Venezuela S.R.L.

El Captulo 6 versa sobre la propuesta de diseo para la ubicacin de los equipos de

laboratorio y del centro de degustacin de pasta, elaborado de acuerdo a los lineamientos

establecidos por la empresa y a los requerimientos tcnicos del proceso de produccin.

2.5 Limitaciones

Debido a la poltica de estricto compromiso de confidencialidad que tiene Cargill en todos

sus proyectos, las medidas y la escala a la que se realizaron los planos de fabricacin de los

ciclones expuestos en el Captulo 5 no son las reales.

Captulo 3. FUNDAMENTOS TERICOS

3.1 Definiciones bsicas

Harina

Sustancia polvorienta obtenida del proceso de moler trigo.

Limpieza del trigo:

Al llegar a la planta, el trigo trae consigo una gran cantidad de impurezas como barro

polvo, semillas de otros granos, piedras, palos, etc. que deben ser eliminadas antes de

proceder a molerlo.

Como nos explica Kent en su libro Tecnologa de los cereales (1991, pp. 64-107) las

impurezas que se adhieren al grano, como es el barro, polvo, etc. son eliminados mediante

un lavado o por medio de una limpieza en seco que libera las impurezas, las cuales son

succionadas por un sistema de aspiracin que las extrae en una corriente de aire. Las

impurezas formadas por las partculas que no se adhieren a los granos, como son palos,

piedras, semillas de otros granos, etc. son separadas del trigo por medio de mquinas

basadas en las diferencias de las caractersticas entre el trigo y la impureza como son

tamao, longitud, anchura, velocidad en las corrientes de aire, densidad, rugosidad,

propiedades magnticas, entre otras.

Refiere adems el mismo autor, que Ninguna mquina simple es capaz de eliminar todas

las impurezas, pero todas las mquinas consideradas como una unidad, eliminan

prcticamente todas las impurezas con muy poca prdida de grano.

Limpieza del trigo Planta La Encrucijada

Los tres recipientes para la limpieza del trigo diseados en este proyecto cumplen la

funcin de silos pulmn. El primer recipiente, con capacidad de 2,5 toneladas, es un silo

pulmn que es alimentado por un trasportador de cangilones proveniente de los silos de

almacenamiento, que tiene la funcin de controlar y dosificar la cantidad de trigo que

pasar al proceso de limpieza. Cuando el sensor de nivel superior del silo indica que ste se

23

ha llenado por completo, se detiene la rosca que alimenta al transportador de cangilones,

hasta que el sensor inferior del silo enve la seal para que esta rosca vuelva a arrancar.

A la salida de este primer recipiente se encuentra una balanza que mide la cantidad que

pasar al proceso de limpieza. En el proceso de limpieza, el trigo pasa por tararas, mquina

combinada de limpieza (combicleaner), balanza, imn, despuntadora, etc.

Una vez que termina este primer proceso de limpieza, el trigo vuelve nuevamente a ser

trasportado por un elevador de cangilones al segundo recipiente, un tanque de 9 toneladas

de capacidad.

Al salir del elevador de cangilones, el trigo es humedecido y es pasado al segundo

recipiente, el cual es un silo pulmn que cumple la funcin de dosificar la cantidad de trigo

que ser almacenada en los silos de reposo. Este segundo recipiente posee un cono

vibrador a la salida del mismo, para facilitar el flujo de salida del trigo hmedo. A la salida

de este segundo recipiente se encuentra una rosca que ser la encargada de trasportar el

trigo hmedo a los silos de reposo.

Al salir de los silos de reposo, el trigo hidratado pasa por otro proceso de limpieza (se

emplean los mismos equipos antes mencionados) hasta llegar al tercer recipiente, de 5

toneladas de capacidad. Previo a su entrada, el trigo es rociado con agua, en cantidades

dosificadas. Este recipiente tiene como funcin el dosificar la cantidad de trigo que pasar

a la primera parte de la molienda o, en otras palabras, a la primera rotura. El tercer

recipiente posee un dispositivo dentro de la tolva que ayuda a homogeneizar la velocidad

de salida del material granular.

Todos los recipientes tienen sensores de nivel, los cuales envan una seal de parada al

elevador de cangilones que los alimenta.

Molienda del trigo Planta La Encrucijada

Proceso mediante el cual el trigo es pasado por unos rodillos acanalados que van

reduciendo progresivamente el tamao del grano hasta convertirlo en sustancias

pulverulentas: smola, afrecho o harina.

Especficamente en la Planta La Encrucijada se produce harina galletera, harina panadera,

y afrecho.

24

La smola es obtenida del trigo Durum, mientras que la harina es obtenida del trigo

hard, siendo la smola de un contenido nutricional mayor que el de la harina.

La mayor parte de la harina panadera que se consume hoy en da en Venezuela es la

llamada harina enriquecida, a la que se le han aadido diversos elementos para incrementar

su valor nutritivo.

La smola por su parte, al tener un contenido nutricional mayor que el de la harina, es

preferida por las industrias productoras de pastas alimenticias.

Pasta alimenticia

La masa de la pasta se prepara mezclando la smola o harina con agua. Durante la mezcla,

se pueden aadir otros ingredientes para darle sabor y cambiar su color. La masa se enrolla

y se corta en la forma deseada o se hace pasar por una placa perforada para formar

cilindros macizos o huecos. Luego, es secada parcialmente con aire caliente durante un

corto tiempo, para posteriormente dejarla secar con mayor lentitud. La pasta totalmente

seca puede almacenarse durante un tiempo considerable sin que pierda calidad; mientras

que la pasta fresca, por contener mayor cantidad de agua, slo puede conservarse sin

refrigeracin durante aproximadamente una semana. (Microsoft Encarta 2006)

Materia Prima para la produccin de pasta

La mayora de las plantas productoras de pasta prefieren la smola, la cual est compuesta

de finas partculas de tamao uniforme con la cual se produce la pasta de mayor calidad.

(Walsh y Gilles, 1997, Captulo 9).

Diagrama del proceso de produccin de pasta

Descripcin del proceso de produccin de pasta

La pasta es producida al mezclar trigo molido con agua y algunas veces con ingredientes

especiales (opcionales) como puede ser yema de huevo, espinaca, tomate, entre otros.

Mezclado Extrusin Secado

25

Estos ingredientes son introducidos en una prensa (mquina de alta capacidad, equipada

con unos dados o moldes) los cuales le darn una forma determinada a la pasta

dependiendo del tipo de molde. Luego, la pasta es secada y despus empacada para su

posterior distribucin en el mercado (dem).

Mezclado de los ingredientes de la pasta

En el proceso de mezclado, el agua es aadida junto al trigo molido para producir masa

con un 31% de contenido de humedad aproximadamente. El sub-producto resultante es

llamado empaste, debido a que en realidad no se produce una masa slida como tal, sino

que es ms bien una sustancia de contextura harinosa-hmeda. Cualquier ingrediente

adicional como huevo, tomate, espinaca, etc., son agregados en esta parte del proceso. Las

prensas ms modernas estn equipadas con una cmara de vaco que remueve las burbujas

de aire atrapadas en la masa antes de que sta pase por el proceso de extrusin. Si este aire

atrapado en la masa no es removido antes de que sta pase por el proceso de extrusin,

pequeas burbujas de aire se formarn en la pasta, disminuyendo la dureza de la pasta y le

dar al producto final una apariencia plida y poco atractiva a la vista del consumidor

(Ibdem).

Extrusin de la pasta:

Luego de que la masa es mezclada, esta se pasa a la extrusora. La mquina extrusora no

solamente obliga a la masa a pasar a travs de los dados (moldes), sino que tambin amasa

el empaste hasta alcanzar una textura homognea; controla el volumen de produccin y la

calidad del producto terminado. El cubo extrusor est equipado con una chaqueta

refrigerante por donde circula agua para disipar el calor generado durante el proceso. Esta

chaqueta tambin ayuda a mantener una temperatura constante de extrusin la cual est

alrededor de los 51C (124F). Si la masa se calienta por encima de de los 74C [165F], la

pasta se daar. Otra cosa importante que se debe controlar es el flujo de masa que debe

pasar a travs del extrusor. Este debe ser uniforme, ya que las variaciones de volumen en el

flujo de masa a travs de los moldes ocasionan que la pasta obtenga distintos espesores y

los productos finales de distintos tamaos y formas deben ser descartados o reprocesados.

Hasta hace poco, la mayora de los dados (moldes) eran hechos de bronce, el cual requera

cierta reparacin peridica por ser un material relativamente suave. Recientemente, estos

26

moldes han sido mejorados al recubrir la superficie encargada de la extrusin con tefln, lo

cual extiende la vida til de los moldes y mejora la calidad de la pasta (Ibdem).

Secado de la pasta:

El secado es el paso ms crtico y delicado de controlar en el proceso de produccin de

pasta. El objetivo del secado es disminuir el contenido de humedad del producto de

aproximadamente un 31% hasta un 12% 13%, para que el producto terminado posea una

consistencia que le permita mantener su forma, y que no se estropee al ser almacenado. La

mayora de las mquinas secadoras poseen un secador preliminar a la salida del extrusor

para prevenir que las pastas se peguen entre s. El pre-secado endurece la superficie

exterior de la pasta manteniendo su interior suave. Un secador final es utilizado para

remover la mayor cantidad de humedad del producto.

El incremento de la temperatura de secado y la humedad de la pasta son factores de suma

importancia en el proceso de secado. Debido a que la superficie exterior de la pasta se seca

con mayor rapidez que el interior, los gradientes de humedad se desarrollan desde la

superficie exterior hacia el interior. Si el secado es muy rpido, la pasta se agrietar,

dndole al producto final una apariencia pobre y poca resistencia mecnica. Este

agrietamiento puede ocurrir durante el proceso de secado, o pasadas varias semanas

despus de haber salido del proceso de secado. Si el proceso de secado es muy lento, sta

tender a estropearse o formarse con una consistencia pastosa. Es por esto que el ciclo de

secado es monitoreado para garantizar que se cumplan los requerimientos de cada tipo de

pasta. Si el proceso de secado es exitoso, la pasta tendr una consistencia firme y a su vez

lo suficientemente flexible para poder doblarse considerablemente antes de romperse

(Ibdem).

Lnea del Pastificio

Secuencia de mquinas posicionadas de acuerdo a su funcin utilizadas para la produccin

de pastas alimenticias.

Acero

Aleacin frrea con cierto porcentaje en peso de carbono. (Shackelford & Gemes, 1998,

p. 637)

27

Silo

Recipiente profundo para almacenamiento de materiales slidos a granel. (Moss, D

Pressure Vessel Design Manual. P. 211).

Tolva

Parte inferior que conecta el silo con la boca de salida, que sirve como medio por el cual

corre o fluye el material almacenado hacia el canal de salida; tiene por lo menos un lado

inclinado (Kutz, M, 1990. pp. 901-906).

Silo pulmn

Es un trmino tcnico de campo que se les da a los tanques en donde se almacena el trigo

de forma temporal y cumplen la funcin de dosificar cierta cantidad de trigo antes de un

proceso determinado.

Silos de almacenamiento

Recipientes donde se almacena el trigo proveniente de los camiones.

Silos de reposo

Silos en donde se deja reposar el trigo mojado por varias horas de manera que ste absorba

la cantidad necesaria de agua.

Angulo de reposo

ngulo mximo que forma una montaa de material granular con la horizontal. Este

ngulo permite la estabilidad de los estratos o capas del material

Plano de ruptura

Plano formado a un determinado ngulo con respecto a la horizontal. Este ngulo depende

de las caractersticas propias del material granular almacenado. (Ver Captulo 4).

Rosca o trasportador de gusano

Transportador helicoidal. Consiste en un tornillo sinfn que gira en un canal estacionario

en el que el material granular avanza con la rotacin del sinfn. Este tipo de transportador

28

puede utilizarse con una doble funcin; la de mezclar sustancias mientras se transportan.

(Rosaler, 1998).

Primera rotura

Primera fractura de molienda que sufre el trigo.

Despuntadora

Mquina encargada de eliminar la barba del trigo (pequeos vellos que tiene el trigo los

cuales son focos potenciales de microbios). Esta mquina por efecto centrfugo hace que

la friccin entre los granos de trigo contra una malla metlica y friccin entre los mismos

granos de trigo, limpien los granos eliminando esa barba.

Transportador de cangilones

Transportador vertical utilizado para elevar materiales a granel hasta los silos, tolvas,

tanques u otros contenedores. (Rosaler, 1998).

Imn

Equipo ubicado a la salida de la balanza el cual posee un imn que recoge todas aquellas

impurezas metlicas que pueda tener el trigo.

Balanza

Dispositivo electro-mecnico empleado para determinar el peso o la masa de trigo que ser

pasada a un determinado proceso.

Tarara

Mquina utilizada para la limpieza del trigo la cual le inyecta al trigo una masa de aire en

contra flujo de manera que en trigo caiga por efecto de la gravedad, y el polvo y otras

partculas ms livianas que el trigo sean arrastradas por esa masa de aire.

Mquina limpiadora combinada (combi-cleaning machine)

Es una mquina de forma rectangular que tiene en su interior varios tamices apilados unos

encima de otros, cuyas aberturas de las mallas de los tamices varan de tamao de tamiz a

tamiz. Estos tamices oscilan de manera que los granos ms pequeos pasen al tamiz

inferior, y los de mayor tamao se queden en los tamices superiores, clasificando de esta

29

manera los tamaos de grano del trigo. Esta mquina tambin est conectada al sistema de

aspiracin de manera de ir limpiado los granos de trigos de polvo e impurezas.

Tolva vibradora (rotoflow):

Aparato en forma cnica que hace la funcin de tolva, el cual presenta un movimiento

vibratorio constante para facilitar el desplazamiento del trigo por sus paredes. Este

dispositivo se encuentra colocado en el recipiente de 9 toneladas de capacidad.

Cicln

Mquina que separa distintos componentes de una mezcla por la accin de la fuerza

centrfuga (Real Academia Espaola, http://www.rae.es/).

Este dispositivo es utilizado en el proceso de limpieza de trigo para separar el material

granular de las impurezas.

Cilindros de pared delgada

Recipientes cilndricos cuya pared tiene un espesor menor o igual a 1/10 de su radio. Son

tambin llamados recipientes de presin de pared delgada. (Shigley, 1985)

Cargas Muertas:

Son cargas por gravedad de magnitudes constantes y con posiciones fijas, que actan en

forma permanente sobre la estructura. Esas cargas constan de los pesos del propio sistema

estructural y de todos los dems pesos y equipos sujetos de manera permanente a ese

sistema. (Kassimali, 2001. pp. 19-24).

Cargas vivas

Son todas aquellas cargas, diferentes a las cargas muertas, que actan sobre la estructura.

(Kassimali, 2001. pp. 19-24).

Corrosin

Erosin qumica causada por agentes con o sin movimiento. Es la destruccin gradual de

un metal o aleacin debida a procesos qumicos como la oxidacin o a la accin de un

agente qumico. (Megyesy, 1992. p. 465)

30

Casco

Parte cilndrica de un recipiente. (Traduccin del ingls Shell) (dem).

Eficiencia de la junta

Valor numrico que representa la relacin entre el material base y el material soldado o

remachado unido a l. (Ibdem)

Eficiencia de la junta soldada

Valor numrico que representa la relacin entre el material base y el material soldado

unido a l. Este valor se utiliza en el diseo de una junta como multiplicador del valor del

esfuerzo permitido. (Ibdem).

Carga

Fuerza aplicada sobre elementos estructurales.

Carga ltima

Mxima fuerza que puede soportar un material antes de fracturarse. (Beer, Johnston &

Dewolf, 2004. p. 28).

Esfuerzo

Es la fuerza por unidad de rea, o la intensidad de fuerzas distribuidas a travs de una

seccin dada. (dem)

Esfuerzo ltimo

Carga ltima por unidad de rea. (Ibdem).

Esfuerzo admisible o permisible

Fraccin del esfuerzo ltimo de un material. Se determina dividiendo el esfuerzo ltimo de

un material entre un factor de seguridad seleccionado en el diseo (Ibdem).

31

Esfuerzo Longitudinal

Esfuerzo que acta en la direccin del eje longitudinal al casco cilndrico, ocasionado por

la presin del material almacenado ejercida sobre los fondos o cabezas del cuerpo

cilndrico.

Esfuerzo Circunferencial

Esfuerzo que acta tangencialmente a la circunferencia del casco cilndrico producto de la

presin interna del material almacenado en un recipiente.

Espesor requerido

Espesor mnimo que debera tener el recipiente para poder almacenar al material en

estudio.

Espesor por corrosin

Aumento que se le debe dar al espesor requerido del recipiente acorde al tiempo de vida

deseado para ste de acuerdo al tipo de corrosin, erosin o abrasin producida por causa

del material almacenado y/o por el medio ambiente donde se encontrar ubicado dicho

recipiente.

Espesor de diseo

Espesor resultante de la suma del espesor requerido ms el espesor admisible por

corrosin.

Espesor comercial

Espesor seleccionado de acuerdo a la disponibilidad comercial del producto. Debe ser

mayor o igual al espesor de diseo.

Examen por lquido penetrante

Prueba no destructiva que permite la deteccin de discontinuidades (grietas, costuras,

superposiciones, poros, etc.) en las soldaduras de los tanques. (Megyesy, 1992. p. 463).

32

Factor de seguridad

Aumento que se le da a determinadas cargas actuantes en servicio, de manera de poder

disear dentro de un rango alejado de los lmites de falla.

Mdulo de elasticidad (Mdulo de Young)

Parmetro que caracteriza el comportamiento de un material elstico dependiendo de la

direccin en que se le aplique la fuerza. Para un material elstico, lineal e istropo, el

mdulo de elasticidad tiene el mismo valor si el material est sometido a traccin o a

compresin, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no se exceda el

lmite elstico. Este parmetro es una constante elstica la cual puede encontrarse

empricamente en el ensayo a traccin del material (http://es.wikipedia.org)

Resistencia a la fluencia

Carga mxima de tensin que puede sufrir un material elstico sin sufrir deformaciones

permanentes.

Resistencia mxima admisible al corte

Segn el AISC, es por lo general es un 40% de la resistencia a la fluencia del material en

estudio. (Megyesy, 1997. p. 449)

Resistencia mxima admisible a la tensin

Segn el AISC, es por lo general es un 60% de la resistencia a la fluencia del material en

estudio. (dem).

Soldadura

Unin de dos materiales a nivel de enlaces atmicos, lograda mediante la aplicacin

localizada de calor, presin o ambos.

Soldadura a filete

Soldadura de seccin transversal aproximadamente triangular que une dos superficies

situadas aproximadamente a 90 grados una de otra. (Megyesy, 1992. p. 471).

33

Soldadura a tope

Soldadura que une dos materiales situados aproximadamente en el mismo plano. (dem).

Diagrama de Gantt

Herramienta grfica utilizada para mostrar las tareas y el tiempo a invertir en cada una de

ellas durante la realizacin de un proyecto. (http://es.wikipedia.org)

Friso

Revestimiento exterior a base de cal utilizado para el recubrimiento de paredes, techos u

otros elementos arquitectnicos.

Lnea de huella de una escalera

Lnea imaginaria generada por el desplazamiento de las personas en una escalera.

Grillete

Articulacin mvil utilizada para el izamiento de los equipos.

Molino

Nombre que se le da a la infraestructura donde se produce harina.

Dispositivo de tolva

Dispositivo estructural colocado en la tolva de los recipientes que tiene la funcin de

disminuir la velocidad del material granular en el centro del recipiente, de manera de poder

homogeneizar las velocidades de descarga del material. Reduce la velocidad del material

granular que va por el centro para que se iguale al que va por las paredes.

Sandblasting

Limpieza mecnica realizada a determinadas superficies metlicas para lograr una mayor

adherencia de la pintura. Consiste en la aplicacin de un chorro de arena a presin.

Carga de prueba de un tornillo

Fuerza mxima que puede soportar un perno sin que sufra deformacin permanente.

(Shigley, 1985).

34

Resistencia a la prueba del tornillo

Valor lmite del esfuerzo, determinado utilizando la carga de prueba y el rea de esfuerzo

de tensin. (dem).

Captulo 4. DISEO DE RECIPIENTES

4.1 Objetivos especficos

Diseo de 3 recipientes empleados en el proceso de limpieza del trigo.

Profundizar en el conocimiento de las herramientas tcnicas aplicables al diseo de

recipientes para el almacenamiento de materiales slidos a granel.

Realizacin de los planos de fabricacin de los recipientes.

Plan de montaje de los recipientes en Planta.

4.2 Metodologa

A partir de las condiciones de diseo preestablecidas por la empresa, las caractersticas

espaciales y condiciones de funcionamiento de la Planta se procedi a:

Familiarizacin con el proceso de limpieza del trigo de varias plantas (La

Encrucijada, Catia, Catia La Mar y Maracaibo).

Consulta a los Supervisores de Molino de las distintas plantas para verificar el tipo

de material escogido para los recipientes y los ngulos mnimos de deslizamiento

del material granular por las paredes de las tolvas.

Verificacin de las capacidades de almacenamiento de los recipientes.

Evaluacin del espacio disponible y la trayectoria a seguir para la ubicacin de los

recipientes en Planta.

Definicin de la forma como seccionar los recipientes para facilitar su instalacin.

Investigacin y consulta de Normas (ASME, A.P.I, COVENIN) y de libros de

construccin de recipientes, tanques de almacenamiento y de resistencia de

materiales para la realizacin de todos los clculos estructurales de los tanques.

Determinacin del espesor de las paredes de los recipientes, de acuerdo a los

procedimientos de clculo del mtodo de Rankine y a las normas COVENIN 1756

y ASCE-7 referente a edificaciones sismo-resistentes.

36

Evaluacin tcnico- econmica de los tipos de acero seleccionados para la

seleccin del espesor de las paredes de los recipientes.

Determinacin del peso total de los recipientes de manera de poder calcular las

cargas a soportar por las patas y las orejas de izamiento de los recipientes.

Determinacin del nmero de orejas de izamiento y verificacin de sus

dimensiones.

Verificacin de las dimensiones de los apoyos.

Clculo de soldadura en las orejas de izamiento y en los apoyos.

Seleccin del tipo de brida y diseo de las uniones apernadas.

Dimensionamiento y ubicacin de la boca de visita de los recipientes.

Seleccin del tipo de recubrimiento del material de los recipientes.

Dibujo de los planos de fabricacin de los tanques.

Verificacin de las guayas a utilizar para el montaje y de los requerimientos de

seguridad exigidos por la empresa para el izamiento de equipos.

Consulta con el Supervisor de Planta para la evaluacin y determinacin del plan

de montaje de los recipientes.

4.3 Anlisis y Resultados

De acuerdo a lo comentado en el libro de Moss Dennis, Pressure Vessel Design Manual,

en su pgina 209, no existe un procedimiento estndar a seguir para el clculo de tanques

pequeos contenedores de material granular sometidos a presin atmosfrica. Este tipo de

tanques no necesita tener la certificacin en la placa de datos de que fueron construidos

bajo determinada norma. Sin embargo, este tipo de tanques pueden ser diseados,

construidos e inspeccionados de acuerdo a ciertas secciones de la norma ASME a lo o de

acuerdo a la combinacin de varias normas.

Con base en lo anterior, para el diseo de los recipientes se combinaron ciertas secciones

de la norma ASME Seccin VIII. Div.1 (diseo de recipientes cilndricos de pared delgada

sometidos a presin interna); la norma A.P.I 650 (Tanques Soldados para el

37

Almacenamiento de Crudo) y la norma Venezolana COVENIN 1756 (diseo de

edificaciones sismo-resistentes).

4.3.1 Verificacin del tipo de material

El primer recipiente, con capacidad de 2,5 toneladas, est ubicado en una de las primeras

fases del proceso de limpieza, donde el trigo viene con un bajo porcentaje de humedad, por

lo que no existe el riesgo de que se depositen partculas de agua provenientes del trigo en

las paredes del recipiente, ocasionando la corrosin del mismo. El acero A36, material

escogido para la fabricacin de este tanque, cumple con las caractersticas necesarias para

el manejo del material granular en esta etapa del proceso de limpieza, adems de ser un

material comercial fcil de conseguir en el pas.

El recipiente que sigue en el proceso de limpieza es un tanque de 9 toneladas de capacidad,

que se encuentra en una etapa media del proceso de limpieza del trigo, donde el contenido

de humedad del trigo puede ocasionar corrosin en las paredes del tanque. El acero

inoxidable A 304-L, escogido para la fabricacin de este recipiente posee las

caractersticas anticorrosivas necesarias que debe tener este tanque, adems de que es

ampliamente comercializado en el pas.

El ltimo recipiente, el de 5 toneladas de capacidad, se encuentra justo antes de la primera

rotura del grano, en donde el trigo procedente de los silos de almacenamiento tiene un alto

porcentaje de humedad, por lo que el acero inoxidable A304-L, representa una acertada

eleccin.

Para facilitar la lectura, llamaremos recipiente A, B y C a los recipientes de 2,5; 5 y

9 toneladas de capacidad respectivamente.

4.3.2 Verificacin de los ngulos de inclinacin de las tolvas

Uno de los problemas que se presenta comnmente en los recipientes almacenadores de

material granular es la friccin que se genera en entre las paredes del recipiente y dicho

material. Es por esto, que se debe considerar los ngulos mnimos de inclinacin que

deberan tener las tolvas para ayudar al desplazamiento del material granular.

38

Una recomendacin encontrada en el Manual de recipientes a presin de Dennis Moss, en

su pgina 217, nos comenta que la tolva del recipiente debe ser lo ms inclinada posible

para facilitar el flujo del material granular, siendo 60 grados con respecto a la horizontal un

buen ngulo para el diseo de la tolva.

Con base en esta recomendacin los ngulos de las tolvas de los recipientes de 2,5; 5 y 9

toneladas de capacidad (60, 60 y 80, respectivamente), satisfacen los requerimientos

pues favorecen el deslizamiento del trigo por las paredes de las tolvas.

Es importante mencionar, que el porcentaje de humedad del material almacenado juega un

papel decisivo en el flujo de los slidos granulares a travs de los recipientes; es por esto,

que usualmente suelen colocarse dispositivos que ayuden al desplazamiento del trigo por

las paredes de estos recipientes. En nuestro caso particular, en los dos recipientes en donde

el trigo posea mayor porcentaje de humedad, los recipientes B y C, se colocaron este tipo

de dispositivos. En el recipiente B se coloc una tolva vibratoria, mientras que en el

recipiente C se coloc un dispositivo en forma cnica dentro de la tolva, que ayuda a

homogeneizar la velocidad de salida del trigo disminuyendo la velocidad del material que

se encuentra en el centro y favoreciendo el desplazamiento del material granular que se

encuentra en contacto con las paredes. Ambos dispositivos se ajustan a las

recomendaciones de los supervisores de Planta de colocar mecanismos que faciliten el

flujo del material granular.

Figura 1. Tolva del recipiente B. 60 de inclinacin con respecto a la horizontal

39

4.3.3 Verificacin de las capacidades de almacenamiento de los recipientes

Se procedi a calcular los volmenes de la parte cilndrica y del fondo cnico de cada

recipiente de modo de poder determinar las capacidades mximas de almacenamiento de

de cada tanque. Los resultados obtenidos se muestran a continuacin:

Figura 2. Dibujo de las dimensiones de los recipientes

Tabla 1. Dimensiones de los recipientes.

Recipiente hcilindro (m) hcono (m) D (m) R1 (m) A 2,2 1 1,4 0,118 B 3,6 0,95 2 0,88 C 2,2 1,5 2 0,15

Tabla 2. Volmenes de las secciones de los recipientes.

Volumen (m3) Recipiente Cono Cilindro Recipiente

A 0,61 3,39 4,00 B 2,64 11,31 13,95 C 1,85 6,91 8,76

40

Tabla 3. Capacidades mximas de almacenamiento de los recipientes.

Recipiente Capacidades de

almacenamiento (kg) A 3.001 B 10.463 C 6.569

Se pudo comprobar de esta manera, que las dimensiones de los recipientes A, B, y C son

tales que permiten almacenar las cantidades de 2,5; 9 y 5 toneladas respectivamente.

4.3.4 Seccionamiento de los recipientes

Debido al poco espacio existente en la planta para el traslado y la ubicacin de los

recipientes, stos se tuvieron que seccionar de manera de que se pudieran transportar por

partes para su colocacin en sitio. Por ser el polvo de trigo un material altamente

explosivo, no puede emplearse soldadura para unir las partes de los tanques en sitio, por lo

que se decidi que la unin de los tanques fuera apernada.

4.3.5 Determinacin de los espesores de las paredes de los recipientes

Segn el Manual de recipientes a presin de Dennis Moss (2003) en su pgina 209, un

mtodo incorrecto generalmente utilizado en el diseo de tanques de almacenamiento de

material granular, es suponer que los recipientes estn llenos con un fluido de la misma

densidad del material granular, para luego calcular la presin hidrosttica equivalente a la

columna de fluido. Este procedimiento, a pesar de ser correcto para el caso de lquidos, es

incorrecto para el caso de materiales slidos, ya que todos los materiales slidos tienden a

arquearse originando dos componentes de fuerza, una horizontal y una vertical, en las

paredes del recipiente.

La componente vertical originada en la pared del recipiente reduce la carga de peso

depositado ms abajo, ocasionando que la presin no aumente en la misma proporcin que

en los lquidos a medida que aumenta la profundidad.

41

Es por esto que los esfuerzos circunferenciales causados por el material granular o

pulverulento son mucho menores que los ocasionados por lquidos de la misma densidad.

Sin embargo, la friccin originada entre las paredes del recipiente y el material granular

puede ocasionar grandes esfuerzos longitudinales. Estos esfuerzos longitudinales deben ser

cuidadosamente considerados y calculados en el caso de recipientes de gran profundidad.

En los recipientes de poca profundidad, el peso del material depositado ser soportado slo

por el fondo del recipiente, mientras que para recipientes de gran profundidad (llamados

comnmente silos) la carga ser soportada de forma compartida entre el fondo del

recipiente y las paredes, debido a la friccin y al arqueamiento del material granular.

En este manual se explica la metodologa de Rankine a seguir para el diseo del espesor de

recipientes de almacenamiento de material granular. Siguiendo este procedimiento, el

primer paso para el clculo del espesor de las paredes de los recipientes fue determinar si

stos eran profundos o poco profundos, para luego aplicar la metodologa de clculo ms

adecuada.

El procedimiento de clculo detallado para el diseo de los recipientes es presentado en el

Anexo A.

Este procedimiento de clculo se realizar en el Sistema Ingls de unidades, dado a que los

procedimientos de clculo de la data conseguida son en este sistema. Se expresar el

equivalente en las unidades del Sistema Internacional slo los valores de los espesores y

dimensiones de los recipientes.

42

4.3.5.1 Determinacin del tipo de tanque

En la Figura 3 se expresa un ejemplo ilustrativo de un recipiente profundo y poco

profundo.

Figura 3.Ejemplo ilustrativo de recipiente profundo y poco profundo

El procedimiento es hallar el ngulo por medio de la ecuacin (1) para luego verificar por

medio de la ecuacin (2) si el plano de ruptura emerge o no de la tapa del recipiente; es

decir, si la altura del plano de ruptura h, es mayor o menor que la altura ,H ,de la parte

cilndrica del recipiente.

Si h < H, entonces se dice que el recipiente es profundo y se aplica la teora de silo.

Si h > H, entonces se dice que el silo es poco profundo, y se aplica un procedimiento de

clculo especial para este tipo de recipientes

Las alturas de la parte cilndrica y los dimetros de cada recipiente son mostrados en la

siguiente tabla:

Tabla 4. Alturas de las partes cilndricas y dimetros de cada recipiente.

Recipiente Altura de la parte cilndrica H (m)

Dimetro D (m)

A 2,2 1,4 B 3,6 2

C 2,2 2

43

1

2

Las propiedades del trigo se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 5. Propiedades de los materiales granulares. Fuente: Manual de recipientes a presin. Moss, 2003, p. 217

Se tiene que para el caso del trigo:

Tabla 6. Propiedades del trigo. Fuente: Manual de recipientes a presin. Moss, 2003, p. 217

Coeficientes de friccin

Material Densidad w (lb/pies3)

ngulo de reposo ()

Entre los slidos almacenados

Entre el slido y la pared del tanque '

Trigo 51 27 .47 .41

44

Al calcular los valores de tangente de y la altura del plano de ruptura h, se obtuvieron los

siguientes resultados:

Tabla 7.Valores de tan, altura del plano de ruptura y altura de la parte cilndrica de los tres recipientes.

Recipiente tan Altura de la parte cilndrica H (m)

Altura h (m) A 1,83 2,2 2,57

B 1,83 3,6 3,7

C 1,83 2,3 3,7

De la Tabla 7, podemos apreciar que la altura del plano de ruptura de los 3 recipientes es

mayor que la altura de la parte cilndrica de cada uno, por lo que se puede decir que los tres

recipientes se encuentran en la categora de tanques poco profundos.

4.3.5.2 Procedimiento de clculo para tanques poco profundos

Figura 4. Dibujo ilustrativo de las dimensiones del recipiente y de los esfuerzos que actan sobre l.

45

El procedimiento consiste en calcular la presin vertical y la presin horizontal que

actan en la parte cilndrica; y la presin vertical y normal que actan en el fondo cnico

del recipiente, para luego con estas presiones poder calcular los esfuerzos circunferenciales

y longitudinales actuantes en el recipiente. Una vez obtenidos estos esfuerzos, se calcula el

espesor requerido que debe tener el recipiente para resistir dichos esfuerzos.

4.3.5.2.1 Clculo del espesor de pared del casco cilndrico

Las presiones vertical y horizontal que actan sobre el casco cilndrico, se calcularon por

las siguientes expresiones:

3

1 cos 4

Donde para el caso del casco cilndrico, la altura mxima hi representa la altura de la parte

cilndrica del tanque. (Ver valores de la altura mxima de la parte cilndrica en la Tabla 1)

K1 representa al coeficiente de Rankine, el cual es calculado por la expresin:

1 !"#$%"#$% 5

Para el caso del cuerpo cilndrico en recipientes poco profundos, el esfuerzo que va a

predominar es el esfuerzo circunferencial T2.

'2 ( 6

46

Luego, el espesor de diseo de la pared del cuerpo cilndrico se calcul por la siguiente

expresin:

* +,,.../ 0. 1 7

Donde S representa el esfuerzo admisible de tensin del material. (60 % del esfuerzo a

fluencia) y E representa el valor de la eficiencia de la junta soldada, el cual se puede

suponer como 0,65 dado a que las soldaduras presentes en el cuerpo del re

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