Trabajo de Diseño II-pucala
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FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
CURSO :
DISEÑO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS II
DOCENTE :
TELLO RODRIGUEZ JORGE ROLANDO
INTEGRANTES :
ALTAMIRANO GUERRERO JESUS A.
CANTOS CHAVEZ MILAGROS LILIBETH
CUEVA ESPINOZA JORGE LUIZ
DELGADO SOBERON JOHAN
VASQUEZVASQUEZ JOEL
CICLO :
2013 – II
Lambayeque, junio del 2014
INTRODUCCION
El presente proyecto tiene por finalidad dar las especificaciones de carácter técnico
– económico, para el correcto diseño de un eje y la selección de sus respectivos
cojinetes, para un cristalizador de azúcar (agitador horizontal) de tercera masa en la
empresa agroindustrial Pomalca.
Este trabajo tiene por finalidad promover la investigación y aplicar los
conocimientos adquiridos durante el transcurso de nuestra carrera y el curso de
diseño de elementos de maquinas II.
OBJETIVOS:
1.- Diseñar y seleccionar el eje de un cristalizador de
azúcar de tercera masa y sus respectivos rodamientos.
2.- Estudio técnico y económico para el diseño del Eje.
3.- Calcular y analizar los indicadores de rentabilidad del diseño.
DESCRIPCION DE LA EMPRESA AROINDUSTRIAL PUCALÁ S.A.C.
1. QUIENES SOMOS
Somos una empresa agroindustrial dedicada principalmente a la producción y
comercialización de Azúcar, con presencia en el mercado regional y nacional desde hace más
de 100 años.
2. MISION
“Producir y comercializar azúcar de caña y otros bienes de negocios, con estándares de calidad
vinculados para la satisfacción de nuestros clientes mediante la optimización de los procesos,
contando con colaboradores comprometidos y capacitados, logrando niveles de rentabilidad y
competitividad global actuando con responsabilidad social y ambiental
3. VISION
"Ser empresa líder y ejemplo de trabajo, productividad, calidad e impulsores del crecimiento
económico del país, contribuyendo en la industrialización y comercialización del azúcar y otros
bienes de negocio, a través de la excelencia en procesos de producción que permita competir
exitosamente en el mercado global sin degradar el medio ambiente."
4. UBICACIÓN
La E.I.A. PUCALÁ S.A.C. se encuentra ubicada
principalmente al este de la provincia de Chiclayo
y limita:
Este: Con los distritos de Pátapo
Norte: Con los distritos de Chongoyape y Oyotún
Sur: Con los distritos de Cayaltí y Zaña
Oeste: Con los distritos de Túman
Tomando su fábrica como punto referencial se encuentra a 30.1Km. de la Ciudad de Chiclayo.
Su ubicación geográfica se encuentra enmarcada entre los 79º 21´ a 79º 41' longitud oeste y entre
los 6º 35´ a 6º 48´ latitud sur.
5. ACTIVIDAD
En la actualidad la Empresa Agroindustrial Pucalá S.A.C. tiene como actividad principal la
producción de azúcar, utilizando como materia prima la caña de azúcar.
La empresa tiene alrededor de 15819 Hectáreas de las cuales tiene bajo riego 11058 Hectáreas,
con un rendimiento promedio de 120 Toneladas por hectárea.
BAGACERA
Agua
Agua
BAGAZO
CALDERAS
PESADO DE LA CAÑA
RECEPCION
LAVADO
EXTRACCION DEL JUGO
PESADO DE JUGO
ENCALAMIENTO
CLARIFICACION
EVAPORACION
CRISTALIZACION
SEPARACION CENTRIFUGA
SECADO
AZUCAR
LECHADA DE CAL
FILTROSCENIZAS
BAGAZO
ETAPAS DEL PROCESO DE OBTENCION DE AZUCAR DE CAÑA
Jugo Clarificado
Jarabe
Masa Cocida
Mieles A y B
Melaza
Jugo Filtrado
Generación eléctrica
MOLIENDA
PREPARACION
BACTERICIDA
AGUA DE IMBIBICION
TORTAS
CICLO PRODUCTIVO EN LA E.A.I. PUCALA S.A.C
A continuación se procederá a describir cada una de las diferentes secciones del Ingenio a través de
las cuales se va llevando a cabo los procesos de separación de los diferentes componentes que trae la
caña de azúcar para obtener como producto final el azúcar.
I. PREMOLIENDA :
a) TRANSPORTE DE CAÑA:
La caña se transporta hacia la fábrica en
tráiler, los cuales son de carrocería metálica.
LOS TRAILERS PRESENTAN LAS
SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS:
Capacidad : 25 Ton.
Largo : 39'-7 1/2" (12,08 m.)
Ancho : 10 ' -6" (2,30 m.)
Profundidad : 9' - 10 3/4" (3.02 m.) en el centro
Potencia : 335 HP Camiones OSHKOSH (Motor Caterpillar).
225 HP camiones VOLVO
b) BASCULA DE CAÑA:
El control de la cantidad de caña que ingresa para ser procesado, se realiza en la balanza electrónica
(con 8 celdas de carga) marca "BERKEL", que tiene una capacidad de 60 Toneladas . y una plata-
forma de 18,03 de largo y 3,35 m. de ancho.
c) GRÚA DE DESCARGA DE CAÑA:
Esta operación es realizada por la grúa tipo Hilo del trailer hacia
la mesa alimentadora.
PRESENTA LAS SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS:
Capacidad de Izaje : 25- 30 Ton
Motor de elevación : 50 HP - 1655 r.p.m.
Velocidad de Izaje: 83 pie/min.
El motor de elevación tiene como función accionar a los
tambores de cables que hacen posible levantar y bajar el aditamento especial del trailer para la
descarga, mediante una caja de transmisión de fabricación Lmkbelt, relación 47,02 con una re-
ducción a cadena de 35:21 y de paso 2".
Los cables de izaje son de 3/4" de diámetro y 64 m. de longitud, los mismos que en su extremo
tienen ubicado a la palanca repartidora de las cadenas del tráiler.
d) MESA DE ALIMENTACIÓN DE CAÑA (CONDUCTOR N° 1):
Tiene como función recibir la caña de los tráiler y
alimentar al Conductor N° 2.
DIMENSIONES BÁSICAS DE LA MESA:
Capacidad de acumulación: 75 – 80 Ton
Largo efectivo : 44’ (13.49 m)
Ancho : 42’ (12.80 m)
Tipo de cadena : Linkbelt N° 698 – 6 1/32 paso
N° de cadenas : 12
Longitud de cadena : 110’ c/u
Inclinación : 22° hacia el conductor N° 2
Velocidad del conductor : 9,44 pies/min.
Altura pared lateral : T 4" (2,23 m)
Fabricación : Fabrimet - Lima.
La mesa de alimentación es del tipo arrastre accionada por un motor de 50 HP -1750 r.p.m., las
cadenas y puentes de arrastre se mueve mediante una caja de transmisión de fabricación Linkbelt,
relación de 47,02; seguido de tres reducciones a cadena en el siguiente orden: 19:59, 13:39, 13:39.
Los puentes de arrastre están constituidos de ángulos de fierro de 4", provistos de planchas de
desgaste de forma cuadrada y unos elementos en forma de puntas denominadas arrastradores.
Cuando la caña pasa
aproximadamente por el centro de la
mesa, se produce el primer lavado de
ésta mediante un chorro de agua
proveniente de los condensados, a lo
ancho de la mesa, la misma que es
bombeada desde el canal principal
por una bomba; el agua y las
impurezas, después del lavado, se
juntan al fondo del conductor, en un canal que desemboca en la tubería principal para ser llevado al
campo.
e) CONDUCTOR AUXILIAR (CONDUCTOR N° 2):
La caña lavada es volteada por la mesa alimentadora sobre el conductor N° 2, cuya labor es
transportar la caña hacia el conductor principal (Conductor N° 3); para la transmisión.
PRESENTA LAS SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS:
Largo primera parte inclinada : 56' - 3" (17,15 m.), Inclinación 5°.
Largo segunda parte inclinada : 25' - 9" (7,85 m.), Inclinación 16°.
Ancho : 12'-9" (3,89 m.)
Tipo de cadena : Linkbelt N° 698, 6 1/32" de paso.
Número de cadenas o eslabones :4
Velocidad : Variable mediante resistencia de agua
máx. 30,50 pies/min. (9,25 m./min.)
También este conductor es del tipo arrastre, y lleva un nivelador y el primer juego de machetes.
La caña se lava por segunda vez en este conductor, a través de dos chorros de agua ubicados antes y
después del nivelador.En esta zona de lavado las planchas del fondo del conductor están provistas de
perforaciones, para permitir el paso del agua hacia la tubería de desagüe.
El conductor es accionado por un motor de 50 HP - 1160 r.p.m., reduciendo su movimiento por
medio de una caja de reducción cuya relación es 1150:84 de 100 HP y dos reductores de engranajes
de relación 18:65 y 18:78.
f) NIVELADOR EN CONDUCTOR AUXILIAR:
Este nivelador se encuentra ubicado en el inicio
de la segunda parte inclinada del conductor
auxiliar, cuya función es distribuir la caña a todo
lo ancho del conductor haciendo un colchón de
caña uniforme para obtener un mejor trabajo de
los machetes, la altura de caña obtenida es de 46,6" (1,18 m.). Además el nivelador consiste en
un eje colocado transversalmente al conductor auxiliar en el cual están colocados a 90° unos
brazos que giran en sentido inverso al flujo de la caña.
SUS CARACTERÍSTICAS SON LAS SIGUIENTES:
Número de brazos : 32
Tipo de brazos : Sable turco
Largo de brazo : 30"(desde el centro del eje)
Accionado por un motor : 70 HP - 870 r.p.m. pasando por una caja de
transmisión Pomini de 100 HP de relación 1 150:84 r.p.m. (actualmente 870/63,5
r.p.m.)
Cantidad de machetes : 30 (tipo sables turcos)
Largo de machetes : 41" (desde centro del eje)
Espesor : 3/4"
r.p.m. del eje : 65,74
g) PRIMER JUEGO DE MACHETES:
Esta unidad se encuentra ubicado al finalizar el conductor auxiliar, constituido por un eje
transversal al conductor, en el que están fijados 28 hojas girando en sentido del flujo de la caña y
a una velocidad de 500 r.p.m., las hojas son de acero desfasados a 30° de su centro y distanciados
entre si 5 1/4", la altura del fondo del conductor a los machetes es de 12" accionado por un motor
de 450 HP y 1190 r.p.m., por intermedio de una
transmisión de faja en "V", las dimensiones de los
machetes son: 22" de largo x 6" de ancho x 5/8" de
espesor . La caña trozada en tamaño de 2 - 3 pies de
longitud, cae al conductor principal para continuar su
preparación.
h) CONDUCTOR PRINCIPAL (CONDUCTOR N° 3):
Este conductor es del tipo arrastre, accionado por un motor de 50 HP y 1160 r.p.m., esta
velocidad es reducida por una caja de reducción de 100 HP cuya relación es de 1150:84 y dos
reducciones de cadenas que presentan las siguientes relaciones 14:35 y 14:72.
SUS CARACTERÍSTICAS SON LAS SIGUIENTES:
Largo primera parte : 18 ' -7" (5.66 m) inclinación 1°
Largo segunda parte : 79' - 1" (24.10m) inclinación 14°
Ancho : 66"
Tipo de cadena : Linkbelt N° 698, 6 1/32" de paso
Cantidad de cadenas : 2
Longitud total de cadena : 534' - 2"
Velocidad máxima : 47,72 pies/min, la velocidad se arregla mediante
una resistencia de agua.
Al inicio de la segunda parte de este conductor se encuentra un segundo juego de machetes y
al final del mismo, el segundo nivelador ó "Kiker", que proyecta la caña en un chute al
desfibrador Shredder.
i) SEGUNDO JUEGO DE MACHETES:
Esta unidad se encuentra ubicado al inicio del conductor principal, formado por un eje
transversal al conductor constituido de 40 hojas de acero, desfasados entre si 18° de su
centro, la distancia entre ellos es de 6", giran en sentido del flujo de la caña y una velocidad de
614 r.p.m., la altura del fondo del conductor a los machetes es de 14,5". Se accionan por un
motor de 300 HP y 1170 r.p.m., el movimiento se transmite a través de fajas en "V", las
dimensiones de los machetes son: longitud 25" x ancho 4" x espesor 1". Los porta machetes
consisten en discos, en cada uno de los cuales se encuentran empernados cuatro machetes.
j) NIVELADOR O KIKER:
Esta unidad está ubicado al lado de descarga del conductor principal y arriba del
Shredder, provisto de 24 brazos (machetes) con dimensiones 24" x 3" x 1/2", giran a una
velocidad de 575 r.p.m.
El nivelador está accionado por un motor de 100 HP - 1740 rpm., mediante un reductor con
una relación de 30,51.
k) DESFIBRADOR SHREDDER:
Es una maquinaria que completa la preparación de caña, desintegrándola para facilitar la
extracción del jugo por los molinos, funciona dentro de una tolva de metal, donde llega la caña por su
parte superior y sale triturada por acción de golpes a la caña mediante unos martillos giratorios sobre
unas placas de choque de 2 1/2" de espesor, llamados yunques, que van colocados en su parte
inferior, los martillos que son en número de 69 distribuidos concéntricamente del cilindro que los
soporta, aca la caña sale en forma de hilo de 2” a 3” de longitud.
Marca : Gruendler
Modelo / tamaño : 50 XD - A , (f) 50" x 60"
Cantidad de martillos : 69
El desfibrador es accionado por dos motores BROWN BOVER1 de 200 HP -1170
r.p.m., cada uno transmitiéndose a través de fajas en "V", otorgándole al eje una velocidad de 910
r.p.m.
La capacidad de este Shredder es de 225 Ton. de caña/hora. La preparación de la caña
desfibrada que entra al primer molino, es catalogada como buena, obteniéndose un porcentaje de
células abiertas de 75 - 80%, con un porcentaje de pedazos de caña entre 5 y 8%.
l) ELEVADOR DE CAÑA (CONDUCTOR N° 4):
Esta recibe la caña preparada después de
haber pasado por los dos juegos de machetes y el
desfibrador, para ser llevado al trapiche. Sus
dimensiones básicas son las siguientes:
Largo : 40' (12.19 m.) inclinada 33°.
Ancho :66"(1.68m.).
Tipo conductor : Tablillas (metal, madera).
Tipo de cadena : Linkbelt SS - 2130 - 6" de paso.
Número de cadenas : 2
Longitud de cadena : 117" c/u.
Velocidad máxima : 109 pies/min. ( 32,54 m./min)
Este conductor recibe la carga triturada y lo descarga en un chute de alimentación al primer
molino. El conductor es accionado por un motor Challmers de 20 HP -1750 r.p.m., a través de una
caja de reducción Linkbelt, de relación de transmisión 25,6 y una segunda reducción a través de
cadenas, de relación 10:38.
II) MOLIENDA:
a) TRAPICHE:
La razón de ser del trapiche es
la extracción del jugo de la caña, y se
logra cuando este posea una buena
preparación y los molinos se
encuentren en buen estado de
funcionamiento, influyendo en esta
operación, las calidades de caña.
Este Tándem consta de 5 molinos, cada uno de funcionamiento independiente, están
accionados turbinas a vapor 450psig y 680ºF a 4500rpm, y por medio de reductores de baja a 6 rpm
para el giro de los molinos, cada molino esta formado por 3 mazas.
Cada molino consta de dos vírgenes o soportes de mazas, tres mazas con sus respectivas
chumaceras, un puente, una cuchilla, un conductor intermedio, un alimentador forzado; están
incorporados también los sistemas de lubricación hidráulica y de imbibición.
b) MAZAS DE TRAPICHE:
Son cilindros de fierro fundido que tienen la superficie ranurada (dientes), cuya distancia
entre ranuras (paso) es de 2 1/2" para el primer y segundo molino y 2" para el tercero, cuarto, quinto,
sexto y séptimo molino. Sus dimensiones son 34"x66", chumaceras diámetro 16" x 21" de largo.
Hay tres tipos de mazas denominadas superior, cañera y bagacera, la superior y la cañera
poseen chevrones (muescas) que tienen el objeto de facilitar el agarre de caña, evitando atoros.
Entre la masa cañera y la bagacera se encuentra la cuchilla.
c) VÍRGENES Y BANCADAS:
Las bancadas del 1°, 2°, 3° y 4° molino son de hierro fundido. Una bancada del 2° molino (lado
libre), ha sido reemplazada por una unidad de acero soldado, fabricado en el Taller de la empresa.
Las bancadas del 5°, 6° y 7° molino son de acero.
Las superficies de todos los molinos están seriamente corroídas, curadas parcialmente; plicando
cemento de hierro.
Las vírgenes del 2° y 3° molino son de hierro fundido, el resto de acero fundido.
Las vírgenes del 1°, 2° y 3° son de un diseño con chumaceras empernadas y puentes de cuchillas
fijadas por cuñas. Las guías de las cuñas también están remendadas. Las vírgenes del 4°, 5° y 6°
molino tienen tapas superiores fijadas por cuñas. Ambas vírgenes estaban rajadas, las rajaduras han
sido soldadas y reforzadas por planchas de acero. Las vírgenes del 7° molino son Fulton legítimas,
inclinadas con tapas fijadas con cuñas y puente de cuchillas oscilantes ajustables.
d) AJUSTE DE LOS MOLINOS:
Para que los molinos extraigan el mayor porcentaje de jugo es necesario que entre las
masas y la cuchilla exista una separación adecuada.
La separación entre mazas se denomina SETTINAS y la separación entre la maza superior y
la cuchilla se denomina ALTURA DE CUCHILLA.
La acción de mantener siempre el setting denominado también "Aberturas" y la altura de
cuchilla es conocida como AJUSTE.
e) MOTORES DE LOS MOLINOS:
Cada molino es accionado por un motor de comente continua, de velocidad variable, siendo
el primero y el séptimo de 400 K\v, de 1000 a 1800 r.p.m. y los cinco restantes de 300 K\v de 1000
a 1200 r.p.m. Los motores están acoplados directamente a cajas de transmisión Pomini, poseen un
regulador de comente tipo Leonard.
f) REDUCTORES DE ALTA VELOCIDAD:
La velocidad transmitida de los motores a las mazas sufre dos reducciones, la primera
formada por cajas de reducción Pomini de 400 HP de relación 1200:25 en las mismas que hay
instaladas unas bombas de engranajes accionados por motores de 2,94 Kw y 850 r.p.m. para hacer
circular el lubricante hacia un enfriador y retomar nuevamente a la caja. La segunda reducción
llamada también transmisión final consta de piñón y catalina
g) SISTEMA DE PRESIÓN HIDRÁULICA:
La presión que ejerce la maza superior sobre el colchón de caña, está dada por una botella
hidráulica Edwars, construida de acero y en su paite superior interna posee una vejiga con
contenido de nitrógeno a presión y en la parte inferior aceite a presión, el cual está conectada a un
cilindro que empuja a un pistón que ejerce presión sobre las chumaceras de la maza superior.
h) CONDUCTORES INTERMEDIOS:
Tienen la finalidad de transportar la caña de un molino a otro. Están constituidos por
tablillas de acero, accionados por las masas cañeras del molino siguiente a través de cadenas. Estos
conductores pueden detener su marcha por efecto de un embrague de discos accionados por aire
que se encuentra ubicado en el eje de mando; su inclinación es de 22°.
I) RODILLOS DE ALIMENTACIÓN FORZADA:
Son cilindros huecos provistos en su parte exterior de venas en forma de "V", que le
permite alimentar uniformemente al molino, los rodillos de alimentación forzada del molino N° 1 es
accionado por la maza cañera, y los molinos siguientes por el eje principal de los conductores
Intermedios. El diámetro del rodillo de alimentación del primer molino es 20" y de los
molinos siguientes es 18".
j) SISTEMA DE IMBIBICIÓN:
El sistema de imbibición de agua del Trapiche, es el de imbibición múltiple compuesta
el cual consiste en los siguientes pasos:
- El jugo extraído por el primero, segundo y tercer molino denominado jugo crusher, es
bombeado al tamiz vibratorio para separar el bagacillo que cae al conductor N° 4, para ingresar
a los molinos nuevamente y el jugo colado es bombeado a la fábrica para su elaboración.
- El jugo del cuarto molino es bombeado a la entrada del segundo molino.
- El jugo del quinto molino es bombeado a la entrada del tercer molino.
- A la entrada del cuarto y quinto molino se le agrega agua en un promedio de 20 Ton. / h., lo
que equivale a 5.53 lt / seg.
El proceso descrito tiene la finalidad de obtener la mayor extracción de sacarosa.
Del quinto molino sale el bagazo que es trasladado a los calderos y a la pampa bagacera
mediante los conductores de traslado. El bagazo es usado para la generación de vapor y por
consiguiente de corriente eléctrica.
De los molinos 1°, 2° y 3° se obtiene el jugo mezclado que pasa a elaboración para
obtener los azúcares cocidos y refinados.
Los jugos de los molinos fluyen hacia los cilindros con entradas tangenciales y fondos
cónicos, la finalidad del proceso es obtener mayor extracción de sacarosa, así -mismo es necesario
mencionar la configuración y tamaño de los molinos
III) PROCESAMIENTO DEL JUGO :
a) DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ELABORACIÓN.
Agua + Caña = Jugo + Bagazo
El jugo mezclado previamente colado (pH 5,5 - 6,0), es bombeado a la balanza neumática
Foxboro donde es pesado en descargas de 13,0 Ton. Cada una.
El descargue automático de una balanza de jugo va acompañado del agregado simultáneo
de lechada de cal para su clarificación y por lo tanto de una buena retención. El jugo ya
encalado a pH 7,6 - 8,0 es retenido 15 minutos, aproximadamente, para el mejor contacto de la
lechada de cal con los fosfatos de los jugos dando lugar la formación de los flóculos de fosfato
tricálcico con la acción de calor logrado en los calentadores verticales de carcaza y tubos, en dos
etapas:
- De 30 °C (303 °K) a 75 °C (348 °K) con vapor del 2° efecto de evaporadores.
- De 75 °C (348 °K) a 102 °C (375 °K) con vapor de 1° efecto de evaporadores
(preevaporadores).
El jugo calentado entra en los pinoles o TANQUE FLASH para disminuir la velocidad de
los jugos a la vez que es descomprimido eliminando vapores y gases que interferirían en la
clarificación de éstos: la buena clarificación de los jugos redunda ventajosamente en las operaciones
posteriores, es decir en la retención de elaboración. Para esto antes de ingresar a los clarificadores, el
jugo ingresa al PREFLOCULADOR, el cual se encarga de formar los flocules, donde se junta la
sacarosa, y prepara al jugo para una eficiente clarificación
En los clarificadores (Tanques BACH) se obtienen los jugos clarificados que salen por la
parte superior (pH 6,8 - 7,2), que son limpios brillantes, pasan luego a los evaporadores. Mientras
tanto en función de los pesos específicos, por la parte inferior salen las cachazas que son tratadas en
los FILTROS ROTATORIOS AL VACIO para recuperar los jugos contenidos en las mismas, y se
denominan jugos filtrados. El desecho de las cachazas son las tortas de filtros que van al desagüe
para ser utilizados en el riego de caña. Los jugos filtrados son retornados al encalado donde son
mezclados con los jugos provenientes del Trapiche.
Los jugos clarificados antes de entrar a los EVAPORADORES son colocados en una
zaranda fija de malla 100 para eliminar el bagacillo existente en su serio, pues su presencia en los
evaporadores es negativa tanto para la transmisión de calor como en el calor de los materiales
azucarados y muy difíciles de subsanar dando lugar a pérdidas significativas.
b) TRATAMIENTO DEL JUGO:
El jugo que se obtiene se somete a un tamizado, porque los guarapos que extraen los
molinos contienen partículas de bagazo llamado "bagacillo" que es necesario eliminar antes que el
jugo pase al proceso de clarificación.
c) ENCALADO:
Una vez que el jugo crudo es pesado para evitar la inversión del azúcar es necesario elevar su
pH, que se consigue con el agregado de lechada de cal; en esta etapa se realiza los controles de pH
del jugo crudo y del jugo encalado, Brix, Purga y otros.
IV CALENTAMIENTO DEL JUGO:
El jugo encalado se calienta a una temperatura de 100 °C (373 °K) a 102 °C (375 °K) lo
cual hace que la viscosidad del jugo disminuya a la vez que permite una evaporación parcial
del agua en el tanque flash (revaporizado).
El jugo fluye a una velocidad de 1,5 m/seg. Por grupos de tubos horizontales que están
fijos en un marco de fierro fundido al cual llega vapor producido en el evaporador.
El jugo procedente del sistema de clarificación contiene el agua natural que se exprime de la
caña con parte del agua de imbibición en proporción media aproximada: de 85% de agua y 15%
de sólidos para lo cual hay que eliminar la mayor parte del y quede un jarabe con un contenido
en sólidos del 60% o más, para ello se emplea evaporadores de múltiple efecto, porque se logra que
el vapor trabaje varias veces.
V. CLARIFICACIÓN:
El objetivo de la clarificación es eliminar la cantidad máxima de impurezas del jugo, la cal
y el calor son los agentes para este propósito conocido como proceso de defecación simple, en
general, se añade la cal suficiente para neutralizar los ácidos orgánicos que contiene el jugo y
después se eleva la temperatura a 102 °C (375 °K), este tratamiento a base de cal y calor forma
un precipitado pesado de composición compleja, este precipitado floculento lleva consigo la
mayor parte del material fino que está en suspensión en el guarapo y no ha sido extraído por el
tamizado mecánico; la separación de este precipitado del jugo que lo rodea se logra por
sedimentación y decantación.
El grado de clarificación que se logra toma efecto sobre lo siguiente:
- Afecta la cocción en tachos.
- El centrifugado o pureza.
- La calidad de los productos sobre todo el rendimiento en azúcar cruda.
- La velocidad de filtración.
- La facilidad de elaboración del azúcar en la refinería.
La cantidad cíe cal que hay que añadir al guarapo es variable, considerando para condiciones
normales 1.25 Ib. (565 gr.) de CaO por tonelada de caña.
La adición de la cantidad de cal es la base de una clarificación, la adición de ínfima
cantidad de cal producirá una decantación defectuosa y un jugo turbio; y la adición de .exceso de cal
produce oscurecimiento de los jugos, aumento de gomas en los productos de baja pureza, y una
producción excesiva de melaza final.
Para ello se determina la acidez del guarapo de caña mediante el control de pH para la cual
existen métodos entre ellos tenemos:
Control de pH con papeles indicadores: son pequeñas tiras de papel empastadas en un
cuadernillo y que se arrancan a medida que se necesita, una sección de cada papel está impregnada
con la solución indicadora correspondiente. La porción sensible se intercala con seis bandas angostas
y coloreadas, cada una de las cuales da el color que tomará la banda sensible cuando se sumerja en
un líquido con un pH dado; los seis valores de pH correspondientes se eligen en pasos de 0,2 o 0,3
este papel se sumerge en el jugo y se determina su pH.
VI. SISTEMA DE EVAPORACIÓN :
El jugo clarificado colado es bombeado a los preevaporadores en donde es introducido
vapor de 2,06 bar (actualmente 1,79 bar) para su concentración a jarabe.
Los jugos se van concentrando en serie desde el 1° al 4° efecto, de donde sale el jarabe
que es bombeado a la Sección de Vacumpanes o tachos. El vapor de escape de 2,06 bar
proveniente del escape de los turbogeneradores solo es adicionado en el 1° efecto,
condensándose el vapor para retornar a los calderos; el vapor de agua del jugo evaporado del
1° efecto actúa como elemento calefactante del 2° efecto, el condensado de este vapor
retorna a los calderos; asimismo el vapor del jugo del 2° efecto sirve para evaporar el jugo
del 3° efecto, el condensado del vapor retoma a los calderos; y así sucesivamente, hasta que
el vapor del agua del material del último efecto es conducido a un condensador, donde por
acción del agregado de agua fría de 30 - 35 °C es "condensado" utilizándose una parte para
el lavado de la caña y el remanente es conducido a una poza de enfriamiento para su
recuperado como agua fría y su inutilización como tal.
Para los evaporadores del tipo estándar disponibles, el nivel de jugo recomendado es
del 30 - 40% de la altura de los tubos de su calandria y; para los de tubo largo, de flash o tipo
kestrier de 15 - 20%, para lograr niveles eficientes de evaporación y mantener la capacidad
de los aparatos para lo que fueron diseñados.
Los gases incondensables existentes en los aparatos son extraídos mediante una bomba
de vacío del tipo de anillo de líquido.
Hasta esta estación, los materiales son manipulados como soluciones azucaradas
pasando luego, el jarabe a los vacumpanes.
Es importante anotar que los evaporadores además de concentrar el jugo clarificado a
55 - 65 °Brix, genera vapor sin ningún o bajo costo para las estaciones de Vacumpanes,
Refinería y Calentadores; así mismo proporcionan agua condensada para los calderos y su
generación respectiva de vapor "vivo" de 400 lb/plg2 (27,57 bar).
En la sección de Vacumpanes o Tachos tiene lugar la cristalización de la sacarosa a
partir del jarabe, obteniéndose tres (3) clases de azúcares. Esto significa que se producen fres
clases de masa cocidas "A", "B" y "C" como sigue:
Masa cocida "A" : Jarabe + Liga C
Masa cocida "B" : Jarabe + Liga C + Miel A
Masa cocida "C" : Jarabe + Miel B
Al igual que los evaporadores, los tachos trabajan a 25 plg. Hg (vacío), utilizando como
elemento calefactante vapor de los pre-evaporadores o 1° efecto. Cada tacho es un efecto o
simple efecto con su respectivo condensador y bomba de vacío o gases incondensables.
Todos los tachos instalados son de la misma capacidad: 27 m de volumen descarga y 157
m2 de superficie de calentamiento.
Se emplean tres tachos para masa cocida "A", además hay un tacho para masa cocida "A"
compartido con masa cocida "B" y un tacho para masa cocida "A" compartida con masa cocida
"C", para masa cocida "B" hay dos tachos más del otro coni-partido con "A".
El esquema de cocimientos es un sistema ABC simple donde el azúcar "C" es
transformado en magma (86 de pureza) y es usado como pie de templa para las masas cocidas
"A"y"B".
Para la masa cocida "A" y "B" hay disponibles 7 cristalizadores de 28.8 m3 de capacidad
cada uno para la masa "C" están disponibles 12 cristalizadores de 28.3 nv cada uno. La estación
de centrífugas consta de 8 máquinas (2 automáticas y 6 semiautomáticas), para las masas "A" y
"B". La masa "C" purgada en 8 máquinas (2 continuas y 6 Batch semiautomáticas) suficientes para
150 toneladas por hora.
VACUMPANES O TACHOS: Son unidades individuales en donde se consigue la concentración de
la sacarosa hasta que aparezca el "grano" o los cristales a un tamaño adecuado, trabaja a baja
presión (al vacío), el calentamiento se consigue mediante el vapor, tiene una zona igual que los
evaporadores llamada calandria, donde el vapor circula por el casco, y el jarabe , miel, la jalea, la
liga, circula por los tubos.
Se cuida generalmente las condiciones de operación como vacío, temperatura, presión de
vapor, y tiempo de operación denominado templa en donde se obtiene las masas respectivas "A",
"B" y "C".
VII. CRISTALIZADORES:
Las masas obtenidas de cada templa son dejadas a enfriar y reposar en los cristalizadores a fin
de agotar la cristalización.
En ella se mantiene en agitación continua hasta que llega el momento de pasar a las
centrífugas.
VIII. CENTRIFUGAS:
Su fin es separar el licor madre (mieles A, B, C) de los cristales de azúcar aprovechando la
fuerza centrífuga.
Las mieles A y B son recirculadas a los tachos para agotar más aún la sacarosa presente.
La miel "C" es llamada melaza y es un sub producto del azúcar.
IX. ALMACENAMIENTO Y MANEJO DE AZÚCAR:
Los azúcares "A" y "B" son comerciales y se envasan como azúcar "T" en bolsas de 50
Kg. para el consumo nacional. Cuando el mercado nacional ha sido copado, da lugar a la
exportación, dadas sus posibilidades. Normalmente el azúcar “A” es utilizado como materia prima
para la producción de refinados y el azúcar "B" como "T" Doméstica.
El depósito o almacén de azúcar puede albergar 3 500 toneladas, lo que es un poco más que la
producción de una semana. El peso y embolsamiento es realizado a una tasa de 30 Ton. /h, lo
que es satisfactorio.
CALCULOS PARA EL DISEÑO
Obtención de datos necesarios para el diseño:
Peso del engranaje:
V= 4542 pulg2
=0.284 lb/pulg2
Peso del eje:
D= 4 pulg
L= 315 pulg
Potencia de Recepción del Engranaje: la potencia se transmite de un motor de 5hp y 1750 rpm primero a un reductor 1:25, luego por medio de una cadena a un tornillo sin fin, y este ultimo entrega la potencia al engranaje; entonces la potencia viene dada por:
Pot= (hp) (ηr) (ηc) (ηt)
η = eficiencia
- Reductor: ηr = 0.99
- Cadena ηc =0.96
- Tornillo sin fin ηt =0.914
Pot. = 4.34 hp
DATOS NECESARIOS:
DESCRIPCIONSIMBOL
OVALOR UNIDADES
# de Revoluciones del Engranaje n 0.435 rpm
Diámetro de paso del Engranaje D 38 Pulg
Peso del Engranaje wg 1.29 Klb
Peso del eje we 2.23 Klb
Potencia de Recepción del Engranaje Pot. 4.34 HP
Hallando la Fuerza Tangencial:
Hallando la Fuerza Radial:
Hallando el Peso del Engranaje
VISTA HORIZONTAL DEL EJE
Fuerzas que actúan en el eje
0.89 0.1 0.89 0.1 0.89 0.1 0.89 2.23 0.1 0.89 0.1 0.89 0.1 0.89 0.1 P=10.75klb
7.75 15.75 19.5 21.5 39 23.5 17.5 20.75 1.15 23.6 24.5 23.5 20.5 24.5 19.5 12.5
93,5 63,25 158,25 15.5
RA TRAMO 1 RB TRAMO 2 RC TRAMO 3 RD
Cálculo de Reacciones:
Encontrando los momentos en las Reacciones con la ecuación de los tres momentos:
Tramo 1 y 2
Tramo 2 y 3
Pero tenemos:
También tenemos:
PARA UNA CARGA PUNTUAL
Reemplazando valores en las ecuaciones (I) y (II) tenemos:
De donde tenemos:
Resumen:
Hallando reacciones con los momentos ya encontrados:
0.89 0.1 0.89 0.1
7.75 15.75 19.5 21.5 29
93.5
0.89 0.1 0.89 0.1 0.89 0.1 0.89
7.75 15.75 19.5 21.5 39 23.5 17.5 12.25
93,5 63,25
0.89 0.1 0.89 0.1 0.89 0.1 0.89 2.23 0.1 0.89 0.1 0.89 0.1 0.89 0.1
7.75 15.75 19.5 21.5 39 23.5 17.5 20.75 1.15 23.6 24.5 23.5 20.5 24.5 19.5 12.5
93,5 63,25 158,25
Sabemos:
ΣF = 0
RESUMEN DE REACCIONES ENCONTRADAS
Ecuación y diagrama del momento flector (vista horizontal)
POR SINGULARIDAD
VISTA VERTICAL DEL EJE
Cálculo de Reacciones:
Encontrando los momentos en las Reacciones con la ecuación de los tres momentos:
Tramo 1 y 2
Tramo 2 y 3
Pero Tenemos:
Reemplazando
valores en las ecuaciones (III) y (IV) tenemos:
De donde tenemos:
Resumen:
Hallando reacciones con los momentos ya encontrados:
93.5
93,5 63,25
93,5 63,25 158,25
Sabemos:
ΣF = 0
RESUMEN DE REACCIONES ENCONTRADAS
Grafico del momento flector con los momentos encontrados:
Momento flector máximo en la vista vertical:
Momento flector máximo en la vista horizontal:
El momento flector máximo:
El momento torsor máximo:
Factores de carga para ejes con carga constante:
Elegimos el acero ANSI 4140:
Calculando (permisible):
Elegimos el menor y lo multiplicamos por 0.75 por ser un eje con cuñero, entonces
Pasando de a Psi:
Aplicando la fórmula del código ASME:
Despreciando la fuerza axial y teniendo en cuenta que el eje es macizo la ecuación queda de la siguiente manera:
Remplazando los valores obtenidos en la ecuación:
Seleccionamos un diámetro estándar:
Aplicando la ecuación por rigidez torsional:
Para un eje hueco circular.
Para un eje circular macizo.
Remplazando los valores obtenidos en la ecuación para un eje macizo, utilizamos un eje de 4 pul. que es el diámetro normalizado más cercano:
G = 11.5x106 Psi
giro.
SELECCIÓN DEL ACOPLAMIENTO
Seleccionamos de los acoplamientos “STEELFLEX FALK” tipo T10
a- Descripción:
Estos acoplamientos Falk Steelflex de Rejilla Cónica, está diseñado para operar en
posición horizontal o vertical sin ninguna modificación.
Este acoplamiento absorbe la desalineación por la flexión de uno o más de sus
componentes. Con el tiempo esta flexión puede hacer que falle el elemento el cual
deberá remplazarse. Resulta evidente que cuanto menor sea la desalineación que deba
absorber el acoplamiento, menor será la flexión que deben sufrir los elementos pudiendo así
obtenerse un servicio más largo sin problemas.
Este elemento metálico sólo pueden absorber desalineación en cada punto de
flexión. Para absorber desalineación paralela (no alineación), necesita dos elementos
flexionantes. Cuanto mayor sea la distancia entre los elementos mayores será la no alineación
que pueda absorber el acoplamiento.
Esta constituido de un paquete de muchos discos estampados, normalmente
hechos con acero inoxidable. Los tamaños de un acoplamiento varían desde muy pequeñas
hasta muy grandes.
Con unas cuantas excepciones no se pude utilizar a altas velocidades. El paquete de
discos múltiples ofrece la ventaja de un sistema redundante, y el acoplamiento puede
funcionar incluso después de que han fallado uno o más discos. Sin embargo el remplazar
discos debe hacerse con el paquete como un todo, en vez de remplazar sólo los discos
quebrados.
Una desventaja de este tipo, es que toleran muy poco error en el espaciamiento axial
de las máquinas. Por otra parte esta desventaja se convierte en ventaja cuando se
requiere un acoplamiento con flotación limitada en los extremos, como es el caso con los
motores con cojinete de manguito, cuyo funcionamiento se apoya en su centrado magnético
y no tienen cojinetes de empuje.
La operación y la vida de los acoplamientos dependen en gran medida de la forma en
que se instalan y en el servicio que se les dé.
b.- Cálculos justificativos:
Para seleccionar un acople se debe partir de tres datos importantes:
Potencia a transmitir: 4.34 HP
R.P.M a transmitir: 0.453 R.P.M
Dimensiones de los ejes a transmitir:
1º eje: 5.50m
2º eje: 2.90m
Teniendo en cuenta el tipo de trabajo que realizara el acople, de la tabla de factores de
servicio a usar en acoplamientos “STEELFLEX” para transmisiones accionadas con motor
eléctrico, entonces elegimos:
De tabla de factores de servicio (f.s): 1.50
ACOPLAMIENTOS "STEELFLEX", FALK FACTORES DE SERVICIO A USAR EN ACOPLAMIENTOS "STEELFLEX"
PARA TRANSMISIONES ACCIONADAS CON MOTOR ELECTRICO
APLICACIÓN FACTOR
MAQUINAS HERRAMIENTAS:
Transmisiones auxiliares ………………………………………………
Transmiciones principales………………………………………………
Prensas,roladoras,punzonaforas………………………………………
1.00
1.50
1.75
Con el respectivo factor de servicio encontramos la potencia equivalente a transmitir,
multiplicando la potencia a transmitir por el factor de servicio:
Potencia equivalente: 4.34x1.5 ═ 6.51 HP
Encontramos la potencia corregida a 100 rpm:
;
Una vez encontrado la potencia corregida a 100 rpm procedemos a encontrar el
modelo adecuado de la tabla de características, se debe ver que deben admitir los ejes con los
que se utilizara , ello se comprobara en la columna de agujeros máximo y mínimo, si no
permite el uso de los ejes previstos , se elegirá el modelo mayor más cercano que lo permita.
Como se requiere un diámetro de eje de:
De la tabla se tendrá que escoger: acoplamiento 1140T de las siguientes
características:
Diámetro mínimo : 66.7mm
Dímetro máximo : 177.8 mm
RPM máximo : 1650
Peso : 178.2 KGS
Se concluye que el acoplamiento escogido es el adecuado.
ACOPLAMIENTOS "STELLFLEX", FALK TIPO 10T
TAMAÑOHP A 100
RPM
RPM MAXIMO
AGUJERO (mm)
PESO BRUTO (KGS.)
LUBRICANTE (KGS.)
MIN. MAX.
1080 T 26.2 3600 27 76.2 17.7 0.17
1090 T 47.6 3600 27 88.9 25.5 0.26
1100 T 80 2440 41 101.6 42.3 0.43
1110 T 119 2550 41 114.3 54.5 0.51
1120 T 175 2025 60.3 127 81.4 0.74
1130 T 254 1800 66.7 152.4 120.9 0.91
1140 T 365 1650 66.7 177.8 178.2 1.14
1150 T 508 1500 108 190.5 234.5 1.96
1160 T 714 1350 120.7 215.9 317.3 2.82
c.- Descripción de acoplamiento 1140 T:
DIMENSIONES GENERALES DE LOS ACOPLAMIENTOS "STEELFKLEX", FALK ,TIPO T10
TAMAÑODIMENSIONES EN (mm)
A B C D F J S JUEGO
1070 T 161.9 155.6 76.5 87.3 95.2 53.8 3.17
1080 T 193.7 180.5 88.9 104.8 115.8 64.5 3.17
1090 T 212.7 200 98.4 123.8 122.2 71.6 3.17
1100 T 250.8 246.1 120.6 141 155.4 4.76
1110 T 269.9 258.8 127 160.3 161.5 4.76
1120 T 308 304.8 149.2 179.3 191.5 6.35
1130 T 346.1 330.2 161.1 217.4 195.1 6.35
1140 T 384.2 374.6 184.1 254 201.21 6.35
1150 T 453.1 372.1 182.9 269.2 390.5 271.3 6.35
1160 T 501.4 402.6 198.1 304.8 436.4 278.89 6.35
d.- Componentes:
NUMEROS DE PARTE
1. Sello (T10)
2. Cubierta (T10)
3. Maza (especificar barreno y cuñero)
4. Rejilla
5. Junta (T10)
6. Tornillos (T10) Los acoplamientos se pueden surtir con un juego de tornillos, con
cuerda en pulgadas o cuerda milimétrica.
7. Tapón de lubricación
e.- Instalación de acoplamiento 1140 T:
Sólo se necesitan herramientas estándar de mecánico, llaves, escuadra y calibradores
de hoja para instalar los acoplamientos Falk Steelflex. Los tamaños 1140T se surten para
ajuste de interferencia sin prisioneros.
El funcionamiento y vida de operación del acoplamiento depende en gran medida de
la forma en que se instale y en el mantenimiento que se le dé.
La medición del desalineamiento y colocación del equipo dentro de las tolerancias de
alineación se facilita con una computadora para alineamiento. Estos cálculos también se
pueden efectuar de manera gráfica o matemática.
El alineamiento se muestra utilizando un espaciador y una regla. Esta práctica ha
probado ser la adecuada para muchas aplicaciones industriales. Sin embargo, para un
alineamiento final óptimo, se recomienda el uso de indicadores de carátula, equipo de láser,
computadoras para alineamiento o análisis gráfico.
f.- Lubricación:
La frecuencia de lubricación requerida está directamente relacionada con el tipo de
lubricante que se haya seleccionado y las condiciones de operación. Los acoplamientos
Steelflex lubricados con aceites industriales, como los que aparecen en la tabla 1, deben ser
vueltos a cada año. El uso de grasa de larga duración (LTG) permite que el intervalo entre
lubricación y lubricación sea prolongado más allá de cinco años. Cuando se cambie el
lubricante, quite los tapones e inserte graseras.
SELECCIÓN DE RODAMIENTOS
Como es conocido ya, existen diversos tipos de rodamientos. Cada uno con propiedades que los hacen idóneos para ciertas aplicaciones, pudiendo superponerse también sus prestaciones para una determinada necesidad. Es por ello que no existen reglas rígidas para este procedimiento, pero si debe ser el resultado de la ponderación de diversos factores. A saber:
Espacio disponible.- en este sentido se tienen limitaciones sobre el diámetro de la pista exterior, dado en general por las dimensiones y características de la maquina en que se va a usar.También se pueden tener restricciones en las direcciones radial y axial, dando lugar, por ejemplo en el primer caso, al empleo de rodamientos de agujas, si lo que se requiere es poca altura de sección.
Cargas que actúan sobre el rodamiento.- Este es normalmente el factor más importante para determinar el tamaño del rodamiento. Recordando un poco el tema, podían presentarse dos direcciones de aplicación de carga:• Carga radial, perpendicular a la dirección del eje de simetría del rodamiento;• Carga axial; paralela al eje antes citado y una tercera,• Carga combinada, resultante de la aplicación simultanea de las dos anteriores.
Desalineación angular.- Esta hace referencia a la desalineación entre el eje del elemento rotativo y el correspondiente a su alojamiento. Esta situación puede presentarse, por ejemplo, ante la flexión de un eje bajo carga, y en tal caso el rodamiento debe poder soportar tal efecto sin oponer resistencia.
Límites de velocidad.- La velocidad de rotación de un rodamiento viene limitada por la temperatura máxima de funcionamiento permisible.
1).Selección De Rodamientos De Bolas De Una Hilera
Ubicación de fuerzas
Fuerzas resultantes
B
A1.48 Klb
0.41Klb 0.6 Klb
3.9 Klb C8.01 Klb
8.48 klb
Duración En Millones De Revoluciones
Seguridad De La Carga Requerida
Suponiendo:
Entonces las cargas equivalentes serán:
Las capacidades Estáticas
DE TABLAS:
2) SELECCIÓN DE COJINETES DE RODILLOS
Ubicación de fuerzas
Fuerza resultante
Duración En Millones De Revoluciones
SERIE APOYO Nº de Rodamiento d(mm) D(mm) Β(mm) C(KN)
61 A 61822 110 140 16 21.60
61 B 61822 110 140 16 21.60
60 C 6022 110 170 28 63
D7.74 Klb
37.51 Klb
Seguridad De La Carga Requerida
Suponiendo que Fa=0, entonces:
CARGA EQUIVALENTE
Las capacidades Estáticas
DE TABLA
APOYO Nº de Rodamiento d(mm) D(mm) Β(mm) C(KN)
D 222 110 200 38 220
METRADO Y PRESUPUESTO
Precios actúales obtenidos de algunas empresas, para los diferentes dispositivos a utilizar.
EMPRESA “CASA DEL TORNILLO S.A”
“ACEROS BOEHLER DEL PERU”
DESCRIPCION DESCRIPCION
Longitud (m)
Diametro (m)
Peso (kg) S/ Costo
Eje de Acero “AISI 4041” 5,50 0,102 350 7500
Eje de Acero “AISI 4041” 2,90 0,102 160 3520
Costo por maquinado -- -- -- 500
Subtotal 11520
PROYECTO:
DISEÑO: “EJE DE UN CRISTALISADOR ” EMPRESA AGROINDUSTRIAL PUCALA
EMPRESA “IMPOROD S.A” CHICLAYO
“ACEROS BOEHLER DEL PERU”
DESCRIPCION
d(mm) D(mm) Β(mm)S/ COSTO
Rodamiento de bolas rígido (1) 110 140 16 220
Rodamiento de bolas rígido (1) 110 140 16 220
Rodamiento de bolas rígido (1) 110 170 28 220
Rodamiento de rodillos cilíndricos (1)
110 200 38 280
ACOPLAMIENTOS "STELLFLEX", FALK TIPO 10T, con un tamaño de 1140T
320
Subtotal 1260
Obteniendo un costo total de 11520+1260=S/12780
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Al diámetro del eje, obtenido a través de los cálculos, se le ha dado un factor de
seguridad para que éste pueda trabajar con cierta confiabilidad, y se ha seleccionado un
ACERO AISI 4041 debido al bajo precio de adquisición en el mercado.
Se recomienda inspeccionar los rodamientos de manera rutinaria y al mismo tiempo
efectuar su lubricación para evitar cualquier falla prematura debido al desgaste.
Para el montaje de soportes se recomienda no golpear nunca directamente el
rodamiento con un martillo, ya que se debe realizar utilizando una prensa mecánica o
hidráulica.
Se debe tener en cuenta que el lubricante a utilizar debe impedir el contacto directo
entre los diversos componentes de los rodamientos, reducir el desgaste y proteger las
superficies metálicas contra la corrección.
Los retenes a utilizar deben ser los adecuados ya que estos son los encargados de
impedir la salida del lubricante y la entrada de humedad y/o contaminantes sólidos que
perjudiquen a los rodamientos.