Diseño de Maquina Tamizadora de Granos de Cebada (1)

1 DISEÑO DE MAQUINA TAMIZADORA DE GRANOS DE CEBADA MEC-340

DISEÑO Y CALCULO DE UNA TAMIZADORA DE GRANOS DE CEBADA

MARCO REFERERNCIAL DEL PROYECTO

La industria de bebidas con contenido alcohólico va en constante crecimiento dentro de esto, la producción, comercialización y elaboración de la cerveza es un asunto que interesa a toda la población por ser un producto de consumo interno y masivo en manera general por la población.

la cerveza tiene distintos tipos de preparación y de ahí nacen las clases de cerveza, dentro de las que nacen: Lambic, Cervezas de trigo, Ale, Stout, Porten, Lager, Cerveza al vapor, Cerveza ahumada, Cerveza de centeno, Pilsen. Su elaboración manual resulta difícil debido al los instrumentos con los que se realiza y por el difícil procedimiento de embotellado para evitar perder la calidad de la cerveza.

Dentro de la fabricación de la cerveza se tiene que tomar en cuenta el proceso de calidad de la cerveza que viene desde antes de la preparación, en este término interviene la eliminación de basura de la cebada, como es sabido la cebada cuando se la compra no es totalmente pura , sino que tiene partículas de polvo y piedras que en momento de la cosecha queda dentro de la cebada, por ese motivo, como un control de calidad se tiene que hacer la tamización de todas las impurezas para así obtener una malta de primera calidad, por ese motivo en este proyecto se realizara el proceso de tamización para los granos de cebada.

Polo Quiroga Mauricio Hernán 1


El tamizado es un proceso que comprende la introducción de un elemento en este caso la cebada y se la separa de objetos que no son útiles, en este caso pequeñas basuras u polvo o impurezas que pueden afectar la calidad de la malta.

JUSTIFICACION

Viendo la necesidad de tener una materia prima limpia y optima para la elaboración de malta es necesario hacer la tamización de la cebada, aumentando la calidad de cerveza y mejorando las de sanitarias para el cometido

Este proyecto tiene como objetivo llevar un proceso manual a un proceso automatizado de la separación de cebada y todas sus impurezas para tener una cebada limpia lista para el proceso de malteado.

El campo de aplicación de este tipo de maquinas está dada en pequeñas fabricas de cerveza artesanal.

OBJETIVOS

Objetivo General

Diseñar una máquina para la producción de cerveza.

Objetivos Específicos

Diseño del eje principal giratorio

Diseño del helicoide de entrada

Diseño del helicoide de salida

Dimensionamiento de las paletas tamizadoras

Dimensionamiento de la red de tamizado

Diseño de conexiones empernadas

Dimensionamiento de la carcasa

Diseño de la estructura de soporte

Dimensionamiento de motor, acople y rodamientos.

Dibujo de planos y especificación de partes



PARAMETROS DE DISEÑO

Parámetros principales

La capacidad de producción será de 5000 litros semanales tomando en cuenta que la maquina funcionara una sola vez a la semana que será el día de preparación de malta. Eso implica un total de 3000 kg de cebada a procesar.

Parámetros Secundarios

La maquina consta de 1 motor: el cual se encarga de transportar la cebada por el tamizador hasta la salida sin impurezas

.

SISTEMAS

Sistema de transmisión de potencia.- este sistema, el único en este proceso transmite potencia a todo el eje de manera pareja y constante en todo el proceso de tamización.

SUBSISTEMAS

Subsistema de transmisión de potencia de eje principal.- Este subsistema comprende de un reductor de velocidad mecánico.



DISEÑO Y ESPECIFICACION DE ELEMENTOS Y CONJUNTO

CALCULO DE POTENCIA DEL EJE PRINCIPAL GIRATORIO

Para este cometido tendremos en cuenta el volumen a transportar y las fuerzas que causa para eso nos basaremos en el libro base Parámetros

Obtenemos el torque necesario para mover la cebada de forma experimental atreves de un momento sacado con el peso de un volumen de cebada basado en los 3000kg de producción , tomando en cuenta que el proceso de malteado se lo tiene que hacer 1 vez a la semana, esto hace que se tenga que realizar el tamizado de 375kg/hr para poder realizarlo en 4 horas y en base a su brazo obtendremos un valor aproximado al verdadero de nuestra maquina de estudio.

El ensayo consiste en tener un peso inicial de la cebada equivalente a un aproximado y en base a 1 metro, calculando el volumen que entra a las paletas y tomando en cuenta el total a transportar de tomara en cuenta que el volumen transportado será el que entra en un tubo de 1 metro esto equivale a 10 kg con las respectivas dimensiones y ver cuál sería su momento determinado por la distancia tomando en cuenta que la fuerza total será equivalente a todo el metro por las paletas que realizan el trabajo, para esto se toma en cuenta las siguientes consideraciones.



DISEÑO DEL HELICOIDE DE ENTRADA

Flujo de transporte

Calculo para helicoide lleno

Qv=60×D 2π

4φ×s×n×k

Qv= volumen transportado

D= diámetro helicoide en m.

S= paso del helicoide en m.

n= R.p.m del helicoide

K= factor medio del helicoide

φ=coheficiente de llenadodel canal

Parámetros



CALCULO DEL CAUDAL VOLUMETRICO

QV=3600∗B∗A∗K

En donde: Volumen = V = B*A = 2.75 E – 4 m3

K = 1 (para transportadoras horizontales)

Entonces tenemos que: => QV=0.99m3


D= 0.24 m.


S=0.24 m.


Para este caso se tomara una velocidad estándar para un correcto funcionamiento

n= 690 rpm.


En este caso la transportadora no tiene inclinación entonces se tomara el valor

como 1

K= 1




Para esto vamos a la tabla 2.6.3

Y nos da como resultado

φ=0.5

Qv=60×0.242π

40.5×0.24×690×1

Qv=936.44m3

: γ=γcebada

γ cebada=0.4 Ton/m3

Entonces tenemos que:

=> Q=374.94 Ton/hr

CALCULO DE POTENCIA DE ACCIONAMIENTO

Pa=Q

360(L . f g± H )



Pa=375360

(1 X 0.4)

Pa=0.416kw

P=0.4160.6

=0.69kw

Tenemos que la potencia es de:

P=1 hp.

Torque necesario

SELECCIÓN DE MOTOR ELECTRICO



Para seleccionar el motor adecuado es necesario conocer las especificaciones de trabajo que

este realizara como la potencia y el torque requerido, además de la velocidad la frecuencia y la

tención de trabajo.

Para nuestro caso la potencia requerida será la mínima necesaria para el cargado debido a la

baja potencia de operación.

Pt=1×1,4 =1,5 HP

pt

Por tanto se usara un motor de 1,5 Hp.

CARACTERISTICAS REQUERIDAS

Potencia P 1,5 Hp

Torque t 8.04 Nm.

Utilizando el catalogo electrónico de la industria WEG para la selección se tiene el siguiente

motor como el más adecuado para este trabajo.

Características



Dimensiones

Selección del reductor de velocidad



La selección del reductor se realizará considerando la relación de velocidad requerida VR=2.52

y la potencia de transmisión P=1,5Hp.

De acuerdo a catalogo de reductores de la industria Transponer el reductor adecuado para

estas condiciones es el siguiente:

REDUCTOR DE VELOCIDAD

Modelo UP1SA 3547

Velocidad de entrada ne 1740rpm

Velocidad de salida ns 690 rpm

Potencia P 1.5Hp

Torque a la salida t kgm

Diámetro de eje salida d 50,4 mm



CALCULO DE LA FUERZA AXIAL



M a=9.551.1690

=20.76 Nm

M a = 20.76 Nm

r=0.80.24

2=9.6cm

r = 9.6 cm.

DISEÑO DEL HELICOIDE DE SALIDA

Por el calculo hecho en el anterior inciso se tomara como constante el volumen y el calculo y

resultados serán los mismos por este motivo los cálculos serán los siguientes

Flujo de transporte

Calculo para helicoide lleno



Qv=60×D 2π

4φ×s×n×k

Qv= volumen transportado






Parámetros

CALCULO DEL CAUDAL VOLUMETRICO

QV=3600∗B∗A∗K

En donde: Volumen = V = B*A = 2.75 E – 4 m3

K = 1 (para transportadoras horizontales)

Entonces tenemos que: => QV=0.99m3


D= 0.24 m.


S=0.24 m.


Para este caso se tomara una velocidad estándar para un correcto funcionamiento

n= 690 rpm.




En este caso la transportadora no tiene inclinación entonces se tomara el valor

como 1

K= 1


Para esto vamos a la tabla 2.6.3

Y nos da como resultado

φ=0.5

Qv=60×0.242π

40.5×0.24×690×1

Qv=936.44m3



: γ=γcebada

γ cebada=0.4 Ton/m3

Entonces tenemos que:

=> Q=374.94 Ton/hr

CALCULO DE LA FUERZA AXIAL

M a=9.551.1690

=20.76 Nm

M a = 20.76 Nm

r=0.80.24

2=9.6cm

r = 9.6 cm.

DIMENSIONAMIENTO DE LAS PALETAS TAMIZADORAS

Para este cometido se tomara en cuenta las normas presentadas en los catalogos donde se

toma como base una placa plana de 5mm. De espesor

DIMENSIONAMIENTO DE LA RED DE TAMIZADO



Para este cometido tenemos que normalizar primero la red mocrometrica a utilizar , para la

cebada se utiliza una red de:

El rango granulométrico utilizado es: 20 μm−¿



DISEÑO DE CONEXIONES EMPERNADAS

Se asume que el momento flector , estará íntegramente soportado por los pernos inferiores de la placa en conexión a el reductor (dos).

Mc=F*h

F=Mc/h= 57.5 kg.

Se usarán 6 pernos para mantener unido el circulo, 3 por encima del eje de



los tetones y dos por debajo, estos tres ultimos soportarán la fuerza F, por lo tanto cada perno se hallará sometido a una fuerza de tensión igual a Fp=F/3 = 19.16 kg.

Se usarán tornillos de grado SAE 5, cabeza allen, cuyas características principales son:

Su=8437 kg/cm2

Sy=6468 kg/cm2

Sp= 5976 kg/cm2

Sp, tensión a la cual el tornillo o perno sufre deformación permanente

Sección mínima necesaria: A= FpK

0,6 Sp=

0,cm2

Diámetro mínimo requerido :d=√ 4 A

π =5,2 mm.

Diámetro asumido: d=6,35 mm (perno de 0.25”)

Diseño de conexiones empernadas de parte final del eje

Se tiene que tomar en cuenta que ahí se apoyara los rodamientos de la maquina de la parte final del eje es decir que también hay que tomar en cuenta una fuerza equivalente al peso del eje mas la carga del rodamiento y esfuerzos del trabajo de tamización.



Se asume que el momento flector , estará íntegramente soportado por los pernos inferiores de la placa en conexión a el reductor (dos).

Mc=F*h

F=Mc/h= 172,5 kg.

Se usarán 6 pernos para mantener unido el circulo, 3 por encima del eje de los tetones y dos por debajo, estos tres ultimos soportarán la fuerza F, por lo tanto cada perno se hallará sometido a una fuerza de tensión igual a Fp=F/3 57.5 kg.

Se usarán tornillos de grado SAE 5, cabeza allen, cuyas características principales son:

Su=8437 kg/cm2

Sy=6468 kg/cm2

Sp= 5976 kg/cm2

Sp, tensión a la cual el tornillo o perno sufre deformación permanente

Sección mínima necesaria: A= FpK

0,6 Sp=

0,4054cm2

Diámetro mínimo requerido :d=√ 4 A

π =7,2 mm.



Diámetro asumido: d=10.56 mm (perno de 0.625”)

Diseño de la estructura de soporte

Cargamos el sistema estructural

Carga viva:

Para la carga viva se tomara en cuenta el peso de la cebada tomando como referencia el

volumen por el peso

Esto da un total de:

LL=170 kg= 0.17 ton



Carga muerta:

Para este cometido se tomara en cuenta el peso de toda la estructura, es decir el peso de

la carcasa, eje, helicoides, motor, reductor, paletas, etc.

Pesos:

acero

itemvolumen peso por Kg.

peso por unidad

unidad total

m37.850 kg / m3

Carcasa 100 78.5 78.5 kg. 1 75,5Eje 9.50 7.45 7.45 kg. 1 7,45Heliciodes 10.35 3.75 3.75 kg. 2 7,5Motor 19.7 kg. 19,7Reductor 8.5 kg. 8,5Paletas 0.3 0.2355 0.2355 kg. 2 0,471piezas menores 10

129,121



CD= 130 kg. = 0.13 ton

Combinacion de cargas



Diseño y optimización de la estructura metálica



Lista de materiales



Elemento CTDAD Nº de pieza Masa Volumen Descripción1 1 Estructura 60 kg 7,785E+00

6 mm^3

1.2 1 Motor 19.7 kg 1,577E+005 mm^3

1.3 1 Reductor 8,5 kg 1,355E+005 mm^3

1.4 2 Acople 0,146 kg 1,457E+005 mm^3

1.5 1 Eje horizontal

7.45 kg 8,805E+005 mm^3

1.6 2 helicoide 0.375 kg 0,000E+000 mm^3

1.7 1 paleta 0.375 kg. 3,652E+006 mm^3

1.8 1 chumacera 0,320 kg 3,203E+005 mm^3

1.9 1 tormillos y piezas menores

10 kg 3,203E+005 mm^3

1.10 1 carcasa 78.5 kg. 7,785E+006 mm^3

Diagrama de FMEA para tamizadora centrifuga de granos de cebada



Vista y detalles de la maquina completa


MotorReductor de

velocidad

Rodamientos

de eje

Eje horizontal

principal Acople


Ensamblado mas helicoide movil

ACUMULACION DE INFORMACION UTIL



BIBLIOGRAFIA

Diseño en ingeniería Mecánica 5ª edición Joseph Edward Shigley

Física Universitaria 6ª edición Mark W. Semansky

Diseño de Elementos de Maquinas Segunda edición Robert L Mott.

Manual del ingeniero mecánico Hutte.

Proyectista de maquinas F. Provenza

Diseño de estructuras metálicas Mac Cormack


Diseño de Maquina Tamizadora de Granos de Cebada (1)

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