FACULTAD de ingeniera ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

Diseo de una lavadora y cortadora de alcachofa

CURSO

: INGENIERIA DE DISEO

DOCENTE

: ING. JAVIER LEN LESCANO

INTEGRANTES

: GUEVARA CHILN, WILLIAM DELGADO VERASTEGUI, ROBERTO CABEZA ACHA, MARIO

CICLO

: VIII

Trujillo Per 2012

INTRODUCCION: La Alcachofa (Cynara escolymus) es una plata originaria de la regin del Mediterrneo (Asia menor y norte de frica) y del sur de Europa. Desde la edad media fue cultivada y selecciona. Entrando a Amrica en 1806 por los Estados Unidos siendo si primer productor el estado de california. En el hemisferio sur, solo figuran como productores Argentina, Chile y el Per. Valor nutritivo: La alcachofa se considera una hortaliza light por su bajo contenido calorfico y alta proporcin de fibra y su valor nutritivo aproximada

Propiedades medicinales: Para el hgado : Tomar entre 10 y 30 cc de sumo de las hojas frescas de esta planta contribuye en la prevencin de enfermedades del hgado, esto debido a sus cualidades como colertica, colagoga y amfocolertica, as como tambin para evitar posibles clculos biliares. A nivel digestivo: Posee cualidades como diurtica y laxante, y estudios indican que estimula la eliminacin del cido rico. Para el corazn: Las dosis frecuentes de la decoccin de las hojas ayuda a prevenir la arteriosclerosis, purifica la sangre, y es recomendada como complemento en los tratamientos contra el colesterol y la disminucin de los triglicridos. Tambin reduce la glucosa de la sangre, lo cual es de gran ayuda en los casos de diabetes. Esta planta tambin es frecuentemente utilizada para disminuir los niveles de colesterol y para desintoxicar la sangre, por tal motivo es frecuentemente aconsejada hervir dos hojas de alcachofa en una taza de agua y dejarla al fuego por 15 minutos. Si existen problemas digestivos es preferible no realizar este tratamiento. Beneficios a nivel cardiovascular, digestivo, endocrino y urinario.

LISTA DE EXIGENCIAS. Funciones

Recepcin del corazn de la alcachofa de la maquina de cortado a travs de fajas. Se procesa 5 toneladas diarias Ingreso del lquido de lavado (agua y cido ctrico) Todo el permetro de la alcachofa ser lavado. Salida de la alcachofa de la zona de lavado. Cortar el corazn de la alcachofa. Ingreso un sub bao de la alcachofa cortada Transporte a la salida de la mquina.

Geometra

El corazn de la alcachofa varia de 2 a 3.5 cm Dimensiones de la lavadora de corazn de alcachofa: 2 m de longitud 2m de ancho 3 m de altura

Cinemtica Fuerzas Se necesitaran fuerzas para soportar, sujetar, cortar, alimentar la mquina del proceso de la alcachofa Trabajar 5 toneladas diarias 83.3 piezas/min

Energa Materiales Seales Seguridad El equipo debe otorgar seguridad en la operacin de la maquina a los operarios. La mquina deber funcionar con todo ya preinstala dado, listo el agua y el cido ctrico, energa elctrica y la alcachofa Deber estar listo la maquina que retira la alcachofa lavara y cortada Acero inoxidable. (AISI 304) La parte que esta en contacto con el la alcachofa debe ser de acero inoxidable, el resto puede ser de fiero normal. Se usar pintura no toxica ni corrosiva. El equipo funcionara con energa elctrica.

Ergonoma la mquinas puede sereparada y fabricada con las herramientas que se encunetren en una universidad universidad. Que se pueda fabricar en talleres pequeos.

Fabricacin Montaje

Que dure 5 aos.

Se fabricara en un tallar convencional. 5 aos de vida til.

El equipo debe tener un fcil montaje y desmontaje para su operacin y mantenimiento.

Transporte El transporte de la maquina a su a su rea de trabajo debe ser con la mayor facilidad y menos esfuerzo, para lo que se utilizara fajas.

Uso Mantenimiento De un mantenimiento no muy complejo De fcil acceso a piezas que se tenga que caviar por el constante trabajo 24 horas diarias.

Costos Tiempo Se entregara a los 3 meses de echo el pedido o 12 semanas Su costo ms aproximado es de 10,000 $

ESQUEMA DE FUNCIONES: Bao y cortado del corazn de alcachofa.Ingreso del liquido de lavado (Agua y cido ctrico) Bao de la Alcachofa Recepcin de la pulpa de la alcachofa Salida de lquido usado Salida de residuos Corte de la alcachofa Recesin de la alcachofa cortada (en liquido de la bao)Salida de la alcachofa cortada mediante fajas

Alternativa 2Ingreso del liquido de lavado (Agua y cido ctrico) Bao y corte de la alcachofa Recesin de la alcachofa cortada (en liquido de conserva)Salida de la alcachofa cortada mediante fajas

Recepcin de la pulpa de la alcachofa

Salida de residuos y liquido usado

Alternativa 3

Ingreso del liquido de lavado (Agua y cido ctrico)

Bao de la AlcachofaRecepcin de la pulpa de la alcachofa Salida de lquido usado

Corte de la alcachofa

Recesin de la alcachofa cortada (en liquido de la bao) y entrega ala empaquetadora

Salida de residuos

Mquina de lavado y cortado de alcachofaMquina Peladora de Alcachofas con RaboMarca: Ferrara Lugar de origen: Espaa Modelo: PCG 16/M Patente: Internacional Potencia electrica instalada (KW): 2.25 Consumo aire comprimido(Nl/min): 50 Peso (Kg): 700 Capacidad de produccin (piezas/hora): 1200 Ancho (mm): 1300 Largo (mm): 1500 Alto (mm): 2200

MATRIZ MORFOLICA:

FUNCIONES PRINCIPALES 1.

ALTERNATIVA 1 fajas.

ALTERNATIVA 2 Manual.

ALTERNATIVA 3

Recepcin

Ingreso de liquido de lavado2. 3. Bao

Bombas

Bombas

Bombas.

Rociadora

Tuberas

4. alimentacin de la cortadora

Manual.

Faja transportadora rojo controlada por plc.

cortadora

a. corte

Cuchillos

Balanza electrnica.

Sierras

6.Recesin de la alcachofa cortada

Manual.

Fajas

Con carretilla

EVALUACION TCNICA

DISEO MECANICO EVALUACION DE PROYECTOS

rea de Diseo

Proyecto: Diseo de una maquina lavadora y cortado de corazn de la alcachofa Escala de valores segn VDI 2225 con puntaje p de 0 a 4: 0 = No Satisface, 1 = Aceptable a las justas, 2 = Suficiente, 3 = Bien, 4 = Muy Bien (ideal) Criterios tcnicos de evaluacin para diseos en fase de conceptos o proyectos Variantes de Concepto / Proyectos N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Criterios de Evaluacin Funcin Forma Diseo Seguridad Ergonoma Fabricacin Montaje Transporte Uso Mantenimiento g 3 2 3 2 3 3 2 1 4 3 p 3 3 2 3 3 3 3 2 3 3 S1 gp 9 6 6 6 9 9 6 2 12 9 74 0.68 1 p 3 2 3 3 1 2 2 3 3 1 S2 gp 9 4 9 6 3 8 4 3 9 3 58 0.51 3 p 2 3 3 2 2 2 3 2 3 2 S3 gp 6 6 9 4 6 8 6 2 9 6 54 0.65 2 p 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 S ideal Gp 12 8 12 8 12 16 8 4 12 12 104 1

PUNTAJE MAXIMO: Valor Tcnico Orden

Si Soluciones / g Peso Ponderado / p Puntaje / xi Valor tcnico / yi Valor econmico

EVALUACIN ECONMICA.

DISEO MECANICO EVALUACION DE PROYECTOS

rea de Diseo

Proyecto: Diseo de una maquina lavadora y cortado de corazn de la alchofa Escala de valores segn VDI 2225 con puntaje p de 0 a 4: 0 = No Satisface, 1 = Aceptable a las justas, 2 = Suficiente, 3 = Bien, 4 = Muy Bien (ideal) Criterios econmicos de evaluacin para diseos en fase de conceptos o proyectos Variantes de Concepto / Proyectos N 1 2 3 4 5 6 Criterios de Evaluacin Diseo Fabricacin Transporte Mantenimiento Costos Plazos g 2 3 2 3 4 2 p 3 2 3 2 2 1 S1 gp 6 6 6 6 8 2 34 0.53 3 p 2 3 2 3 3 3 9 4 9 12 6 44 0.69 2 S2 gp 4 P 4 4 3 3 3 3 S3 gp 8 12 6 9 12 6 53 0.83 1 p 4 4 4 4 4 4 S ideal gp 8 12 8 12 16 8 64 1

PUNTAJE MAXIMO: Valor Tcnico Orden

Si Soluciones / g Peso Ponderado / p Puntaje / xi Valor tcnico / yi Valor econmico

DIAGRAMA DE EVALUACION SEGN VDI 2225.

1

0.9

S3

0.8

VALOR ECONMICO (Y)

0.7

S2

0.6

S1

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 VALOR TCNICO (X)

CLCULO PARA EL DISEO DEL BASTIDOR MVIL En funcin de los parmetros funcionales antes mencionados, se calcula el peso de la mquina en base a las dimensiones propuestas inicialmente. MATERIAL: Acero inoxidable DIMENSIONES: Ancho: 2000 mm Largo: 2000 mm Alto: 3000 mm En base a estas dimensiones y considerando el material a utilizar se determina que la masa es de 80 kg en donde ya se incluye el peso de la alcachofa y de lquido anti oxidante, peso de los soportes, motor, mallas y dems elementos de sujecin. CLCULO PARA EL DISEO DE LA MASA EXCNTRICA Y RADIO DE GIRO. Se parte de la frmula que define el movimiento vertical obtenido en el anlisis de la vibracin vertical.

En sta ecuacin se despeja el producto m*R:

Donde: Y Mbm m R r : : : : : amplitud de vibracin[cm] masa del bastidor mvil [kg] masa excntrica [kg] distancia de excentricidad[cm] relacin de frecuencias w/wn

Consideraciones para el diseo de la masa excntrica Para obtener una geometra adecuada y funcional del sistema de transmisin se parte de las siguientes consideraciones: Fuente de energa: motor elctrico con una velocidad angular de 1750rpm Poleas de transmisin: Tamaos mnimos estandarizados. Velocidad angular transmitida al eje: 1000rpm

En base a la ecuacin que se tiene en el anlisis vibratorio de la amplitud en sentido vertical, se comienza a realizar los respectivos clculos.

En sta ecuacin adimensional se toma como constantes los valores de m, Mbm, R y Sen(wt). Y resulta la siguiente expresin:

Donde: r : Relacion de a frefuencias Para ste caso se toma un valor de 2.8, por lo tanto:

Donde la frecuencia natural del sistema es:

Despejando y reemplazando se tiene:

Donde: Mbm : masa del bastidor mvil = 80[kg]

W Kv G

: frecuencia forzada (velocidad angular) = 104,7[rad/s] : constante elstica [kgf/cm] : gravedad = 9.80 [m/s2]

Con ste valor se calcula la deflexin esttica debido al peso de la mquina:

Donde: Mbm Kv

: deflexin esttica.: masa del bastidor mvil = 80 [kgf] : constante elstica en sentido vertical = 114,14

Dado que la amplitud mxima es de 7 mm as asumimos 10 mm CLCULO PARA LA SELECCIN DE LA POTENCIA DEL MOTOR. Se procede a calcular la potencia del motor por medio del producto de la masa Excntrica por su excentricidad.

Dnde : Mt P Rsen(wt):

: :

torque producido por la masa excntrica peso. brazo.

Por lo que:

Entonces la potencia se calcula de la siguiente manera:

Donde: Pmc: potencia del motor [hp]. Mt: torque [kg*cm]. w: velocidad angular [rad/seg]. PARMETROS DEL MOTOR: 4 polos 0,5 Hp 1750 r.p.m. Torque = 2,01 [N.m] n = 55% FS = 1,15 Peso = 17,5kg

CLCULO PARA LA SELECCIN DE POLEAS Y BANDA. Basndonos en el libro de Diseo Mecnico de Shigley

Donde: Pd: potencia de diseo

f: factor de servicio de sobrecarga = 1. Pm: potencia del motor = 0,5 [hp].

PARMETROS DEL MOTOR: Pm =0,5 hp. n= 1750 rpm. Excntrica n2 = 1000rpm. Distancia entre centros: C = 145mm. C1= factor de servicios ) para criba vibratoria: C1= 1,3.

Donde: I : Relacin de velocidades angulares, relacin de dimetros. n1 : velocidad angular del motor. n2 : velocidad angular de la excntrica. Dp : dimetro de paso de la polea mayor. Dp : dimetro de paso de la polea menor. octeniendo: A) dpmin = 3 pulg = 0.0762 m.

Clculo para el dimetro de las poleas

Determinacin de la longitud de la banda. Basndonos en el libro de Diseo Mecnico de Shigley

Donde: Lp D d C : : : : longitud de paso (o efectiva) de la banda. dimetro de la polea mayor. dimetro de la polea menor. distancia entre los centros de las poleas.

Para determinar el permetro interior de la banda; se calcula utilizando la siguiente ecuacin, con factor de aumento de longitud 1,3 pulg (33,02 mm).

Donde: Li: longitud interior de la banda.

Lp : longitud de paso de la banda.

Determinacin del ngulo de contacto de la banda s Del libro de Diseo Mecnico de Shigley

Dnde: s: ngulo de contacto de la banda. D: dimetro de la polea mayor. d: dimetro de la polea menor. C: distancia entre los centros de las poleas.

Determinacin del nmero de bandas Del libro de Diseo Mecnico de Shigley

Donde: Hr: potencia nominal. C1: 0,8542 C2: 1,342 C3: 2,436 x 10-4 C4: 0,1703 r: nmero de revoluciones/1000 = (1750/1000 = 1,75). d: dimetro de la polea menor = 75 mm 3 pulg

Entonces: KA : factor de relacin de velocidades = 1,1106

Segn el Manual de Diseo Mecnico de Shigley:

Donde: H: potencia corregida K1: 0,95 K2: 0,76 H: 1,69

Basndonos en el libro Diseo Mecnico de Shigley la determinacin del nmero de bandas se obtiene por:

Por lo tanto se escoge una banda A22, cuya longitud de paso (o efectiva) es: Lp = 0.6172

CLCULO PARA EL DISEO DEL EJESe tiene el caso de rotacin de un cuerpo rgido con respecto a un eje fijo.Dnde:

El momento angular Ho a lo largo del eje de rotacin del cuerpo con respecto a O es el siguiente.

Como el sistema Oxyz est moviendo al cuerpo, tenemos que w y los momentos de fuerzas externas alrededor de O son:

Las relaciones totales en los soportes son la suma de las relaciones dinmicas y las relaciones estticas. Tomando momentos con relacin al centro O.

Usando el teorema de los ejes paralelos y sabiendo que el producto de la unin es igual a cero.

Se acepta que para el plano xz la masa se encuentra en el centro de gravedad, por lo tanto Pxz = 0, el eje se encuentra cargado solo en el plano xy. Diagrama de Cuerpo Libre para el eje.

Donde la fuerza F se obtiene de la transmisin por bandas

Sustituyendo el valor de F=6 kg y Fc/3=45,62 kg

Obtiene lo siguiente:

Sustituyendo el valor de: Dy = 66 kg, F = 6 kg y Fc = 136,86 kg Obtiene lo siguiente:

Diagrama de Esfuerzo Cortante.

Diagrama de Momento Flector.

El momento mximo se halla en el punto de la reaccin Oy, punto en el cual va a encontrarse ubicada una chumacera Para el valor del mximo momento

Se tiene un acero comercial Bhler de las siguientes caractersticas: Denominacin: E920 equivalente 1018. D=28,6mm. Sy=235 N/mm2 =235[Mpa] Sut=410 N/mm2 =410[Mpa] Se asume: d=25mm. Clculo de la Flexin. Segn el libro de Diseo Mecnico de Shigley:

Donde: &x Mmax Deje C I : esfuerzo de flexin. : Momento flector mximo 280,2 kg-cm en el punto O. : dimetro del eje (25mm=2,5cm). : distancia al eje neutro (deje/2[cm]). : momento de inercia [cm4].

Este esfuerzo de flexin (&x) Vara de tensin a compresin y viceversa a medida que gira el eje. Si se analiza los esfuerzos en el elemento mediante un diagrama de crculo de Mohr se halla que cuando gira el eje los esfuerzos principales no mantienen la misma orientacin. Su comportamiento se analiza a continuacin.

Esfuerzo de Flexin vs Tiempo.

Para encontrar el esfuerzo a Torsin

Dnde:

TxyMtr deje C J

: esfuerzo a torsin. : 35 [kg-cm] : dimetro del eje (25mm=2,5cm). : distancia del eje neutro (deje/2[cm]) : momento polar de inercia [cm4].

Esfuerzo de Torsin vs Tiempo.

Dnde: Tm Txy Ta : Esfuerzo medio. : Esfuerzo a torsin. : Amplitud de esfuerzo.

Diseo a Fatiga para el eje de la Mquina. Para encontrar el lmite a fatiga se utiliza la siguiente ecuacin:

Donde: e S = Lmite de resistencia a la fatiga del eje. e S = Lmite de resistencia a la fatiga de la muestra de viga rotatoria. a k . = Factor de superficie b k = Factor de tamao. c k = Factor de confiabilidad. d k = Factor de temperatura. e k = Factor de modificacin por concentracin de esfuerzos. f k =Factor de efectos diversos Para determinar el lmite de resistencia a la fatiga de una probeta de acero AISI 1018, se utiliza la siguiente frmula:

el libro de DISEO de SHIGLEY para factores de acabado superficial(ka), con Sut = 410 [MPa] = 0,41 [GPa] y maquinado se tiene:

El eje se encuentra con carga de flexin y torsin por lo tanto el factor de tamao (kb)

Ecuacin aplicada para cuando el dimetro del eje (Deje) se encuentra entre el siguiente rango:

libro de SHIGLEY para una buena confiabilidad, del 90%, se tiene un factor de confiabilidad (kc) de:

Para hallar el factor de temperatura (kd) se emplea

Como la temperatura mxima a la que trabaja el eje es25C, el factor de temperatura es:

Para calcular el factor de de modificacin por concentracin de esfuerzos ( ke):

Donde: Kfr : factor de reduccin de resistencia en el caso de fatiga. q: sensibilidad a las ranuras o muescas. kt: factor de concentracin de esfuerzo, terico o geomtrico. El valor de q suele estar entre cero y la unidad. si q=0 entonces kfr = 1, el material no tiene sensibilidad a las ranuras. Por otra parte, si q=1, entonces kfr = kt y el material es completamente sensible. Para el clculo se establece que: q = 0y kfr = 1, por lo que:

Para calcular el factor de efectos diversos

se procede a calcular el valor del lmite de resistencia a la fatiga del eje

Como la flexin y la torsin intervienen en los clculos es necesario calcular la resistencia de fluencia al cortante del eje, para lo cual se aplica la Teora de la Energa de Distorsin, donde:

Dnde: Ssy Sy : resistencia de fluencia al cortante. : resistencia de fluencia.

Se calcular el lmite de fatiga a la cortadura completamente corregida por medio del lmite de resistencia a la fatiga del eje.

Dnde: Sse : lmite de fatiga a la cortadura completamente corregida. Se : lmite de resistencia a la fatiga del eje.

Clculo del factor de seguridad. Para calcular el factor de seguridad usaremos el mtodo de SODERBERG la

Donde: N D T M Ssy Sse : factor de seguridad. : dimetro el eje = 2,5 : torque: 35 : momento mximo en el eje: 280.2 : resistencia de fluencia al cortante: 135.6 Mpa : lmite de fatiga a la cortadura corregido 78.46

Verificacin del factor de seguridad:

Donde: n: factor de seguridad. d. dimetro el eje = 2,5 cm M: momento mximo en el eje = 280.2 kg cm Se: lmite de resistencia a la fatiga del eje: 153.98Mpa

Con un diametro del ejes de 2.5 cm octenemos una foctor de seguridad de

Ensamblaje

Disco sierra

Mesa para la faja.

Tubo de para el lavado

faja

Estudio de sierra