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DISEÑO DE MAQUINAS

DESGRANADORA DE MAIZ

DISEÑO DE UNA CAJA REDUCTORA DE VELOCIDAD

CÁLCULOS Y SELECCIÓN DE COMPONENTES

FIJACIÓN DE LA CAPACIDAD DE DESGRANADO:

La desgranadora será dimensionada considerando la cantidad de producción de maíz que un mediano agricultor puede obtener. De acuerdo a datos recogidos durante la visita al centro experimental INIA, el promedio de hectáreas cultivadas por un mediano agricultor en la costa es de 4 hectáreas, produciendo cada una 2600 kg de maíz, incluido el tallo y hojas. Por lo tanto la cantidad de maíz promedio “Qf” producida por un mediano agricultor en 4ha de terreno es:

Qf = (2 600Kg/ha) x (4ha)= 10 400Kg

Por otro lado, el 70% del peso total del maíz es mazorca y 30% restante fibra, tallo y hojas, por tanto:

(10 400kg) x (0.70)= 7 280Kg de maíz es mazorca(10 400kg) x (0.30)= 3 120Kg de fibra, tallo y hojas

La capacidad de desgrane de las desgranadoras de cuchillas y espirales depende básicamente de dos factores: Del tamaño y ancho de las cuchillas y de la velocidad de giro de las mismas. Según datos recogidos por INIA de su desgranadora con cuchillas espirales trabaja con una velocidad de giro de las espirales de 150 r.p.m., cada cuchilla es capaz de desgranar 32.4 Kg de grano/hora.

De acuerdo a estos datos, se define para la desgranadora a diseñar el número de cuchillas igual a 4 unidades, el ancho de cara de las cuchillas sin filo igual a 2 cm y la velocidad de giro de éstas igual a 150r.p.m. Luego la capacidad de de desgranado de maíz “Cf” será:

Cf = (4 cuchillas) x (32.4 kg/cuchilla-hora)=129.6 Kg de granos de maiz/hora

Dividiendo la cantidad de maiz a desgranar entre la capacidad se obtiene:

7280Kg de Mazorca y Maiz/129.6Kg de granos de maiz /hora= 56.2horas

Por tanto la máquina a diseñar deberá de trabajar dos turnos diarios de 8 horas para lograr desgranar la cosecha de 4has de maiz sembrado.

En resumen la máquina tendrá las siguientes características principales:

DATOS GENERALES DESGRANADORA DE MAIZ

Nº de cuchillas 4

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Espesor de cuchilla Velocidad de trabajo Capacidad

2 cm 150 rpm ò 15.707 rad/s 129.6 kg/hora

CÁLCULO DE POTENCIA NECESARIA PARA DESGRANADO:

Nomenclatura y datos a utilizar:

Nª de cuchillas: 4 Espesor de Cuchilla: 2 cm Velocidad de trabajo: 150rpm ò n= 15.707 rad/s Cuchillas efectivos o de trabado: 4

La acción de desgranado se da de la siguiente manera:

Al momento de ingresar el maíz por la tolva en la parte superior, la rampa los conducirá hacia el elemento de desgrane, el cual consta de 4 cuchillas sin filo, solo de desgrane, cuyo elemento gira constantemente, gracias a la caja de reducción, instalada desde la salida del motor hacia el órgano de trabajo.

Es ahí en donde el maíz ingresa en unidades y de forma vertical, para su inicio de desgranado. Mientras el elemento de trabajo siga girando, el maíz se ira desgranando a gran velocidad, y esto hará q la coronta comúnmente llamado, sea conducido por un pequeño ducto regulado a cierto diámetro.

De las investigaciones realizadas con anterioridad, en diversas universidades y centros de investigación y experimentación agrícola, se obtiene el siguiente dato:

La fuerza necesaria para realizarse el proceso de desgranado de maíz, es de 25 N.

Con este dato procedemos a calcular el torque necesario:

T=F .dT=25.(0.125m)T=3.125N−m

Procedemos a calcular la potencia:

P=T .ωP=3.125N−mx 15.707 rad /s

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P=49.084Watts

Sumamos la potencia requerida en las 4 cuchillas:

Pt=49.084 x 4wattsPt=196.33Watts

Pt=196.33x 1.34

Pt=0.263HP(Potencia requerida en el órgano de trabajo, elemento

desgranador)

DISEÑO DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD DE TORNILLO SINFÌN

SELECCIÓN DE LA OPCIÓN MÁS VIABLE

Haciendo un análisis de cada una de las alternativas posibles:

Reducir las rpm mediante un sistema de poleas y bandas. Puede ser una muy buena opción pero se desecho ya que al emplear bandas podemos reducir en gran medida las r.p.m. pero afectamos la potencia que el motor transmite. Además de que requiere de mantenimiento constante, hay que reemplazar las bandas en un lapso de tiempo muy corto comparado con los demás procedimientos y es muy espacioso y riesgoso.

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Fig. 1 - Poleas

Reducir las rpm mediante una transmisión (caja de velocidades). Esta también es una buena opción pero el costo de adaptar una caja de velocidades de un motor a un mecanismo es muy clavado. También se podría diseñar una caja especial para cada caso, lo cual también es demasiado costoso. Por lo que esta opción también se desecho.

Fig. 2 – Caja de Velocidad

La reducción de las r.p.m. mediante un sistema de catarinas y cadenas. Esta también es una buena opción pero tiene la desventaja de que es muy espacioso y hay que darle mantenimiento constante a las cadenas lo cual al paso del tiempo se convierte en un gasto mayor. La idea también se desecho.

Fig. 3 – Transmisión por Cadena

Reducción de las rpm. Mediante un reductor de velocidad. Para poder resolver este problema empleamos un reductor de velocidad el cual sirve de unión entre el motor y el mecanismo. Y al realizar un análisis de los costos es el que tiene un costo menor, además de que no se pierden las

características de entrada del motor, al contrario se pueden mejorar.

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Fig. – Reductor de Velocidad

CALCULO DE LA SOLUCION PROPUESTA

1.- ELEMENTOS MOTRICES DE SALIDA

1.1.- DISEÑO DEL EJE DEL SINFIN

Teniendo en consideración la fuerza requerida para desgranar el maíz que equivale a 25 N,

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Descomponemos la fuerza necesaria en las direcciones Z, Y

α = 20º

F y=8.5505N

F z=23.492N

DIAGRAMAS EN EL EJE “Y”

P1=8.5505N

0.20 m 0.20 m 0.20 m

RA RB

RA 4.2752 NRB 4.2752 N

DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE:

4.27 N 0 N

8.55 N 4.27 N

A B

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DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR:

0.6405 N-m

0 0 0 0

A B

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