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.