7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
1/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 1
CURSO : DISEO MECNICO
DOCENTE: Ing. Juan Snchez Bustamante
Ing. Mario Olivera AldanaTITULO : PICADORA DE BAGAZO DE CAA DE
AZUCAR
ALUMNOS:
Aleman Crispn Davis
Dvila Miguel Manuel Y.
Guerrero Gamboa David
Snchez Huaman Andrs
Snchez Huaman Daniel
2012
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLLOESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERAMECNICA
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
2/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 2
INDICE ANALITICO Pg.
I. DISEO DE UNA MQUINA PICADORA DE BAGAZO ........................... 4
1.1 Necesidad............................................................................................. 4
1.2 bsqueda de informacin- entendimiento detallado del problema
dediseo ............................................................................................... 4
II. DESCRIPCIN DEL PROBLEMA ............................................................. 7
2.1Especificaciones de Diseo .................................................................. 8
III. CONCEPTO DE DISEO .................................................................. 11
3.1 Evaluacin de alternativas .......................................................... 12
3.1.1 Transmisin por engranajes ............................................................... 13
3.1.2 Transmisin por cadenas ................................................................... 13
3.1.3 Transmisin por correas .................................................................... 14
IV. DISEO PARAMTRICO ................................................................. 19
4.1 Capacidad de la mquina .............................................................. 19
4.2 Energa especfica de corte de la Caa de Azcar ......................... 19
4.3 Velocidad y potencia de corte ........................................................ 20
4.4 Medidas promedio de una caa ..................................................... 20
4.5 Relacin entre el nmero de revoluciones vs. el nmero de
cuchillas, en el rotor picador .......................................................... 21
4.6 Dimetro del volante ...................................................................... 23
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
3/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 3
4.7 Torque de corte requerido .............................................................. 24
4.8 Potencia de corte ........................................................................... 25
IV.2 DISEO DE LOS ELEMENTOS DE LA MAQUINA ........................... 25
4.2.1 Sistema de alimentacin ..................................................................... 25
4.2.2 Bandeja de alimentacin ................................................................ 25
4.2.3 Cortador .......................................................................................... 26
4.2.3.1 Rotor ............................................................................................... 26
4.2.3.2 Cuchillas ......................................................................................... 27
4.2.3.3 Paletas Sopladoras ......................................................................... 29
4.2.4 Diseo de los pernos ...................................................................... 30
4.2.5 Seleccin de fajas o correas para picadora de bagazo.................... 32
4.2.6 Diseo, del Eje Principal de la picadora de bagazo ......................... 41
4.2.6.1 Anlisis Esttico ............................................................................. 41
4.2.6.2 Anlisis de fatiga ............................................................................... 45
4.2.7 Clculo y Seleccin de Chaveta ......................................................... 52
4.2.8 clculo y seleccin de los rodamientos .............................................. 53
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
4/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 4
I. DISEO DE UNA MQUINA PICADORA DE BAGAZO
1.1 NECESIDAD:
El costo de insumos para la alimentacin del ganado tiene valores exagerados, heah la necesidad de buscar alternativas para la alimentacin sana y balanceada delganado, aprovechando todos los recursos agrcolas de nuestro pas.
En el mercado existe una gran variedad de mquinas picadoras de pasto, las cualesno estn sustentadas con un diseo propio para el bagazo de caa de azcar, que tienemuchas aplicaciones en otros pases, entre las cuales se incluye la alimentacin delganado. Por ello se ha realizado el diseo y construccin de la mquina picadora debagazo de caa de azcar. Adems permite picar forrajes de igual o menor resistenciaal corte.
1.2 BSQUEDA DE INFORMACIN- ENTENDIMIENTO DETALLADO DEL
PROBLEMA DE DISEO
- Cul ser la capacidad de bagazo picado?
- Qu longitud de bagazo de caa entrara a la maquina?
- Cul es el costo mximo de fabricacin?
- Cul ser la velocidad de picado de la maquina?
- Qu geometra y tipo de material ser la maquina?
- Qu rigidez y estabilidad tendr la maquina?- Qu tipo de motor utilizara la maquina?
- Qu voltaje utilizara el motor?
- Qu espacio debe ocupar?
- Cul ser el ngulo de corte?
- Cmo ser el transporte y la seleccin del bagazo de caa?
- Cul debe ser la velocidad tope en la mquina?
- Necesitar combustible o trabajar con energa elctrica?
- Se desea arranque elctrico?- Necesitar algn sistema de enfriamiento?
- Cul es el tope en el costo de fabricacin, cul es el capital que contamos?
- Cules son los parmetros involucrados (temperatura, humedad, etc. del bagazo),
tenemos los valores de algunos de ellos o algunos intervalos de comportamiento del
bagazo?
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
5/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 5
- Cul es la geometra y cules son las dimensiones del recinto donde se debe de
ubicar la mquina?
- Cul es la produccin deseada, cul es el volumen que va a trabajar la mquina?
- Cules Los caballos de fuerza o torque que vamos a utilizar?
- Cada cunto tiempo se debe realizar un mantenimiento?
- Cul es la esperanza de vida en las horas de funcionamiento?
- Qu normas de seguridad se utilizarn?
- Se requieren nuevas herramientas?
- Estarn involucradas cargas radiales o axiales?
- Trabajan con alguna marca de motor dentro de la poltica de la empresa?
- En que condiciones llega el bagazo?
- Cul ser la condicin del ambiente de trabajo de la mquina?
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
6/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 6
FORMULACIN DEL PROBLEMA
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
7/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 7
II. DESCRIPCIN DEL PROBLEMA
En el sector ganadero de nuestro pas, especialmente para los productores de leche, es
muy importante mantener una alimentacin balanceada en el ganado durante todo el ao.
Para ello no solo es necesario tener mtodos y tcnicas de alimentacin, sino tambin
contar con la maquinaria necesaria.
Con el avance de la tecnologa se ha implementado soluciones a necesidades
especficas, en sector ganadero, una de ellas es mejorar la calidad del alimento del ganado,
para de esta forma obtener un mayor beneficio de los productos: lcteos y crnicos;
aprovechando todos los recursos agropecuarios que son abundantes en nuestro pas.
Muchos de estos recursos son mnimamente aprovechados para el consumo humano, otra
parte sirve de alimento para el ganado y gran parte es desperdiciado.
Dado las nuevas tcnicas de alimentacin ganadera y el aporte tecnolgico, en la
actualidad, se han encontrado diversas formas de aprovechar los recursos agropecuarios en
su totalidad, es por esto nuestra investigacin se concentra en desarrollar una mquina que
ayude a aprovechar uno de estos recursos, que es el bagazo de caa.
La caa de azcar ha sido utilizada durante mucho tiempo principalmente en la
produccin de azcar, y dems derivados. A travs de su historia se ha encontrado varios
usos como abono y combustibles adems de ser utilizado como alimento para el ganado. El
bagazo en su forma original, utilizado como alimento para el ganado. El bagazo en su formaoriginal, utilizado como alimento para ganado presenta dificultad en el proceso de corte y
para masticar de los rumiantes; por esto nuestro proyecto se basa en el diseo de una
mquina picadora de bagazo de caa de azcar, para que facilite el consumo del alimento
para el gandao. La combinacin del bagazo de caa picado con melaza presenta un
alimento balanceado adecuado para el consumo del ganado.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
8/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 8
2.1 ESPECIFICACIONES DE DISEO
TITULO
DISEO DE UNA MQUINA PICADORA DE BAGAZO DE CAA DE AZCAR
PROBLEMA DE DISEO
Maquina picadora de bagazo
PROPOSITO DE DISEO :
Obtencion de bagazo picado para alimentacion de ganado vacuno
EFECTOS NO DESEADOS (NO PREVISTOS) :
Corrosion de las componentes de la maquina.
1. REQUERIMIENTO DEL CLIENTE:
FUNCION Y RENDIMIENTO DE LA MAQUINA
- Usar motor elctrico monofsico
- Tiempo de trabajo 4 hrs diarias dos en la maana y dos en la tarde.
- La mquina picar 400 kg de bagazo de caa de azcar por jornada de trabajo.
- La mquina debe cortar bagazo de caa de azcar de tamaos entre 0.5 1 cm.
- El bagazo se encontrara hmedo. Con un porcentaje promedio de humedad de 25%
- Desperdicio de un mximo del 5% del producto, debido que quedan atrapados bagazopicado dentro del bastidor.
ENTORNO OPERATIVO
- Fabricado con un material resistente a las condiciones de la empresa: (Humedad de 20
%, Calor de 28C, corrosin)
- No generar ruidos molestos para el operador no mayor de 75 decibeles
- Mquina fija y rgida.
ECONMICO
- Gran vida econmica mayor a 10 aos
- Mantenimiento cada 6 meses o mayor tiempo prolongado
- El presupuesto para la construccin ser de $ 2000
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
9/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 9
LIMITACIONES GEOMTRICAS
- Trabajar en un ambiente abiertos espacio mnimo de 4x5 sin techo
SEGURIDAD
- Necesita de depsitos de almacenamiento con base de cemento para soporte
- Nivel de seguridad suficiente a fin de preservar a las personas y a los bienes,
derivados de la instalacin, funcionamiento, mantenimiento y reparacin de la
mquina.
CONTAMINACIN
- Mnimo impacto ambiental. Bandeja alimentacin y recepcin adecuado para evitar
el venteo del bagazo picado en el ambiente
FACILIDADES DE USO
- La posicin del equipo , controles y banco de trabajo, deben permitir una postura y
control correcto
- El acceso a los distintos elementos de mquina deber ser cmodo para las
operaciones de mantenimiento montaje y desmontaje.
MANTENIMIENTO
- Las piezas deben ser fcilmente reemplazadas y deben encontrarse en stock en el
mercado nacional.
- La mquina deber estar diseada para que las operaciones de verificacin,
regulacin, engrase y limpieza se puedan efectuar desde lugares fcilmente
accesibles;
2. REQUISITOS DE LA EMPRESA:
Econmico:
- Precio competitivo con la maquinaria del mercado.
- Volumen de produccin:
- Los componentes deben fabricarse por proceso de mecanizado doblado, torneado,
etc.
Financiacin:
- Inversin a recuperar en 2 aos.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
10/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 10
CONCEPTO DE DISEO
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
11/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 11
III. CONCEPTO DE DISEO
PARA CORTE
ALTERNATIVAS EXPLICACIN FSICA APLICACIN
1 Fuerza de impacto martillos
2 Fuerzas de presin rodillos
3Fuerza de cizalla y
frotamientodiscos
4Fuerza de cizalla e
impactobolas
5 Fuerza de impacto cuchillas
PARA CUCHILLAS
ALTERNATIVA EXPLICACIN FSICA APLICACIN
1
Fuerza de impacto
Conservacin de la masa
Leyes de movimiento de
newton
Ley de la vibracin o
frecuencia
Volante con cuchillas
radiales y rotor soplador.
2 Fuerzas de presin
Volante con cuchillas
radiales y ventilador
expulsor.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
12/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 12
3 Fuerza de cizalla y frotamientoTambor con cuchillas en
hlice.
4 Fuerza de cizalla e impacto Con rotor soplador
3.1. EVALUACION DE ALTERNATIVAS
Primera Alternativa
El bagazo ser seleccionado y transportado manualmente por un operario, del mismo
modo ser la regulacin de la alimentacin al sistema de corte. La energa para dicho
sistema ser proporcionada por un motor elctrico. En el sistema de transmisin
usaremos correas para transmitir la potencia hacia el sistema de picado. El sistema de
picado se basar en un rotor de cuchillas dispuesta en forma radial. La expulsin del
material picado lo har con un ventilador.
Segunda Alternativa
El bagazo ser seleccionado por el operario y transportado manualmente. El operario
guiar el bagazo hacia rodillos de alimentacin forzada, para lo cual requerimos de un
motor- reductor. La regulacin de la cantidad de bagazo ser manual. La potencia parael sistema ser proporcionada por un motor elctrico. El sistema de corte consta de un
rotor- soplador de varias cuchillas dispuestas en forma radial. La transmisin ser por
medio de bandas para el eje del rotor.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
13/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 13
Tercera alternativa
La seleccin y transporte del bagazo ser en forma manual, al igual que la regulacin
de la alimentacin. Posee rodillos de alimentacin forzada. La potencia es suministrada
por un motor elctrico. El sistema de corte es un rotor en forma de tambor con varias
cuchillas dispuestas en forma tangencial. La transmisin ser por medio de bandas. La
salida del material picado ser por gravedad.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
14/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 14
Cuarta alternativa
El transporte y la seleccin del bagazo de caa sern manuales, as como la
regulacin de la alimentacin. La potencia necesaria para el funcionamiento del sistema
ser suministrada por un motor de corriente elctrica. El sistema de corte posee un
rotor- soplador en forma de volante cuyas cuchillas estn dispuestas en radialmente. Latransmisin de potencia desde el eje del motor hacia el rotor- soplador es directa.
De las 4 alternativas escogemos la cuarta alternativa
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
15/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 15
Matriz Morfologica de la Picadora
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
16/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 16
Tenemos alternativas para: mecanismos de transmisin y mecanismos
operativos.
En los mecanismos de transmisin desarrollamos las siguientes alternativas:
3.1.1Transm isin por engran ajes
La conexin entre dos engranajes se efecta mediante los dientes. El paso de los
dientes debe coincidir.
VENTAJAS DESVENTAJAS
Variedad de materiales para
su construccin.
Sin lubricacin adecuada
existir exceso de friccin,
por lo que se incrementan
las prdidas y se
deterioran los dientes.
Un engranaje no metlico
facilita el trabajo con una
buena lubricacin.
Costo elevado
Tiene una buena relacin de
contacto lo que hace que el
trabajo sea eficiente.
Exceso de ruido al trabajar
y dificultad en el
reemplazo.
3.1.2 Transmisin por cadenas
La transmisin por cadenas se emplea en los casos en que la distancia entre los ejes es
tal que el uso de engranajes no resulta prctico. Normalmente, la transmisin por
cadenas se aplica entre ejes paralelos que giran en el mismo sentido.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
17/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 17
3.1.3 Transmisin por correas
La transmisin consta de dos poleas conectadas entre s por medio de una correaplana o una faja en forma de V. La transmisin de correa tiene un cierto patinaje, queimpide su uso en mandos sincronizados. El patinaje puede tener un valor de hasta 5%,lo que depende especialmente del ngulo de contacto entre polea y correa. Este tipo detransmisin es ampliamente utilizado en maquinaria agrcola, donde la distancia entreejes sea relativamente grande.
Esta transmisin no es adecuada para transferir cargas pesadas a baja velocidad
VENTAJAS DESVENTAJAS
La larga vida til Costo elevado
No se resbala o estira
Sin la debida lubricacin, se
puede dar fallas en los
rodillos y los pasadores.
Buena capacidad para impulsar
cierto nmero de ejes, desde
una sola fuente de potencia o
fuerza motriz.
Se requiere un
mantenimiento msagresivo
Permite una sincronizacin de
los movimientos de los ejes. Exceso de ruido
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
18/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 18
VENTAJAS DESVENTAJAS
Funciona como amortiguador. No permite el uso de mandossincronizados
Trabaja silenciosamente hasta
velocidades lineales de 25 m/s.
Es necesario controlar latensin en la banda paraevitar su rotura odesalineamiento
Facilidad de instalacin y
reemplazo.
Menor tiempo de vida
Elevada capacidad de empuje
Disminuyen el volumen de la
mquina
Bajo costo de mantenimiento
Son elsticos y de gran longitud,
por lo que absorben cargas de
choques y vibraciones.
Buena resistencia a la fatiga
Transmiten potencia entre ejes
paralelos
No requieren lubricacin
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
19/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 19
En los mecanism os operat ivos d esarrol lamos las sigu ientes alternat ivas:
En el rotor picador: el rotor va acoplado a un nmero de cuchillas que pasan cerca del
contrafilo estacionario.Para este tipo de mquinas tomamos en cuenta dos formas (tipos) de rotores que son:
a) De volante
En los rotores de volante se utilizan cuchillas radiales, colocadas en el pesado volantede acero. El mismo que puede estar dotado de perforaciones que permiten el paso delmaterial picado hasta la parte posterior, o sin ellas el material caera a la parte inferior.
Este tipo de rotor es utilizado generalmente para mquinas estacionarias.
VENTAJAS DESVENTAJAS
La masa de la volante es menor que la del
rodillo por lo tanto se usa menos material,
lo cual reduce costos. Menor cantidad de material picado en
funcin del tiempo
Las cuchillas son rectas, lo cual facilita elafilado de las mismas.
Facilidad de construccin
Menor ngulo de corte.
Permite regular el ngulo de corte con
mayor exactitud.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
20/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 20
b) De tambor
En los rotores de tambor el cilindro es ancho, y es mayor a medida que aumenta la
potencia de las mquinas, en la superficie se sitan las cuchillas formando hlices
alrededor del cilindro, en nmero variable.
VENTAJAS DESVENTAJAS
El borde constante de las cuchillas pasa por
el contrafilo en una posicin algotangencial. Con esto se logra un trabajo de
picado ms uniforme y suave.
Dificultad en la construccin.
El ngulo de corte es mayorDificultad en el afilado de las cuchillas,
debido a su forma helicoidal.
La longitud de las cuchillas es mayor, con
lo cual se puede cortar un mayor nmero
de caas.
Mayor costo de fabricacin por su volumen
y mayor nmero de cuchillas.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
21/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 21
DISEO PARAMTRICO
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
22/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 22
IV. DISEO PARAMTRICO
4.1 Capacidad de la mquina.
El parmetro fundamental que se requiere para iniciar el diseo de la mquina es la
capacidad que tendr el mismo. En nuestro caso se busca satisfacer una necesidades
especfica del cliente, segn requerimientos del cliente la maquina picara un aproximado
de 400 kg de bagazo de caa diario en un turno de 4 horas diarias 2 en la maana y 2 en
la tarde, en un promedio de 100 kg/hora.
4.2 Energa especfica de corte de la Caa de Azcar
La energa especfica de corte es de 0.9 kgf/cm2 basado en el estudio en la tesis
OPTIMIZACIN DE PARMETROS EN LA FABRICACIN DE CUCHILLAS PARA
LA COSECHA DE CAA DE AZCAR. (ver figura 3.4)
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
23/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 23
4.3 Velocidad y potencia de corte.
Para hallar esta velocidad partimos de la cantidad de bagazo de caa que se debe picar,
es decir, la capacidad de la mquina.
El volumen de bagazo de caa de azcar a picarse corresponde a:
V= Volumen de bagazo/hora
C=Peso del bagazo en funcin del tiempo (Capacidad)
= Densidad del bagazo de caa de azcar
Teniendo en cuenta que el volumen del bagazo corresponde al 25% aproximado del
volumen total de la caa.
Los datos de la densidad y % de volumen de bagazo fueron tomados del
manual del ingeniero azucarero captulo 41- pag. 915
4.4 Medidas promedio de una caa:
Dimetro en la base : d = 6 cm
Altura : h = 250 cm
Donde:
Vb=Volumen de bagazo de una caa
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
24/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 24
El operario ingresar aproximadamente 2 caas a la vez. El nmero de caas que
corresponde a la cantidad de bagazo a picarse por cada hora es:
La alimentacin del bagazo de caa hacia el rotor picador es manual, para lo cual es
suficiente con un solo operario, el cual debe asegurar un ingreso constante del bagazo
para que se cumpla con la cantidad de bagazo picado propuesto
Para determinar la velocidad de ingreso de las caas tomamos en cuenta la longitud
promedio de la caa que es a su vez la misma del bagazo, pues al ingresar la caa en el
trapiche sin pelarla, el bagazo conserva dicha longitud.
4.5 Relacin entre el nmero de revoluciones vs. el nmero de cuchillas, en el rotorpicador.
Las cuchillas estarn dispuestas en el volante de tal manera que corten un centmetro
a la vez por cada cuchilla.
Debido a que nuestro volante es rotor soplador hemos decidido colocar 3 cuchillas y 3
paletas sopladoras. Es decir, que cada cuchilla estar a 120 (2.0944 rad).
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
25/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 25
Mientras ms pequeos sean los trozos de bagazo picado mayor ser el consumo
delmismo por el ganado. Entonces picaremos el bagazo en tramos de 0.5 cm.
El volante debe recorrer el tramo ab en el mismo tiempo que el bagazo de caa recorre el
tramo ab, para ello tomamos en cuenta que los tiempos son iguales, tenemos lassiguientes
ecuaciones:
ta'b' / tab e /
ta'b'tab
/ e /
Numero de Revoluciones vs Numero de cuchillas
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
26/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 26
Donde:
1rev / 3cuchillas 2 / 3 2.0944
velocidad angular
e0.5cm
19.65cm / s
4.6 . Dimetro del volante
El ancho del bagazo de la caa despus de pasar por el trapiche es de
aproximadamente 9 cm, se ingresar dos a la vez. Adicionando 2 cm de holgura, a los
extremos de las cuchillas, tenemos una longitud de la cuchilla de 20. Sobresaldr la
cuchilla 5 cm sobre el volante, el volante tendr un dimetro de 17,5 cm.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
27/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 27
4.7Torque de corte requerido
Donde; F= Fuerza de corte
R= Resistencia al corte del bagazo
A= rea de corte
El radio medio del volante es de 12.5 cm, tomado desde el centro del eje hasta la mitad
de la longitud de la cuchilla
4.8 . Potencia de corte
Calculamos la potencia de corte en funcin del torque requerido y la velocidad angular
del volante.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
28/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 28
IV.2 DISEO DE LOS ELEMENTOS DE LA MAQUINA
4.2.1 Sistema de alimentacin
El bagazo de caa de azcar se colocar sobre la bandeja, la cual est dispuesta en
forma horizontal, con una ligera inclinacin, de tal manera que facilite el ingreso del
bagazo de caa hacia el rotor picador.
4.2.7 Bandeja de alimentacin:
La forma de la bandeja de alimentacin deber asegurar el ingreso adecuado del bagazo
hacia el rotor picador, para lo cual se toma una inclinacin en la bandeja de 10 de modo
que se aproveche el peso del bagazo en la alimentacin.
Una tolva est diseada de modo que es ms amplia en la entrada y estrecha a la salida,
esto asegura una alimentacin uniforme, por lo que se toma este parmetro como base
para que la forma de la bandeja de alimentacin sea similar a una tolva de alimentacin
horizontal. El largo de la bandeja se establece en base al largo del bagazo de la caa, la
longitud promedio de una caa es de 2.5 m, la cual al pasar por el trapiche pierde su
forma y se fracciona por lo que el bagazo de caa, en su mayora, se encuentra en
longitudes inferiores a 1m; por ello consideramos que la longitud de la bandeja no debe
superar este valor.
El largo de cada cuchilla es de 20 cm, por lo que la boca de ingreso del bagazo hacia el
rotor picador tendr 13cm de largo por 6.5 de alto, esto es para evitar que exista
Espacios donde la cuchilla no corte al bagazo.
Para hallar una altura adecuada a la cual colocar la bandeja de alimentacin de modo
que la alimentacin del bagazo se torne cmoda para el operario, del cual tomamos
h=1m, dicha altura se mide desde la base de la mquina picadora (suelo) hasta el
extremo externo de la bandeja de alimentacin para que el operario no se esfuerce
excesivamente durante el proceso de alimentacin del bagazo de caa de azcar.
El material de la bandeja debe ser resistente, pues debido a la humedad que el bagazo
de caa tiene se crea un ambiente corrosivo. Y el clima donde va a trabajar esta mquina
es hmedo.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
29/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 29
4.2.3 Cortador
4.2.3.1 Rotor
Tendremos 3 cuchillas dispuestas en forma radial, las cuales deben cortar el bagazo de
caa en tramos de 0.5 cm. Sern 3 paletas sopladoras, las cuales deben cubrir un barrido
del espacio total entre el chasis y el rotor. De modo que el largo de las paletas ser de
20cm,
.
Las paletas sern fijadas al volante mediante soldadura, pues no hay necesidad de que
las mismas sean removibles. Mientras que las cuchillas estarn unidas al volante por
medio de pernos, para facilitar el mantenimiento, pues se prev la necesidad de afilar o
cambiar las cuchillas en el futuro.
Una vez establecido en nmero de cuchillas y paletas sopladoras, debemos hallar las
dimensiones adecuadas del volante, las cuales establecemos en funcin de la Energa
Cintica y la Inercia del mismo
Se debe tener en cuenta que la densidad del material afecta tanto a la energa cintica
como a la tensin del material, porque ambas son funcin de la masa y del cuadrado de
la velocidad. Por lo tanto, un material de alta densidad no es necesariamente mejor para
un volante, su energa cintica mxima depende tanto de la masa como de la resistencia.
Se usa la ecuacin que rige los parmetros variables sobre volantes
Siendo:
I=Momento de inercia del volante
=Variacin de energa cinticaCf= Coeficiente de fluctuacin de velocidades
Variacin de energa
El coeficiente de fluctuacin de velocidades depende del tipo de mquina, el valor
adecuado depende de la decisin del ingeniero basado en la experiencia. Se toma un
valor de Cf=0.8
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
30/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 30
El volante es un elemento giratorio que acta como depsito de energa cintica, que
est dada por la frmula:
El material del que estar hecho en volante es AISI 1045
Dimetro del volante se estableci en 35 cm. Estos son los nicos datos que se conoce
para el diseo del volante.
De la propiedad del acero su =7838.29 kg/m3
Tomando una espesor comercial de 0.5 (0.00127 m)
Calculamos:
Volumen :0.0012219 m3
Masa= 9,58 kg
Inercia=0.2502 Kg*m2
= 3.88 Kgf.m4.2.3.2 Cuchillas
Las cuchillas tendrn una forma que permita fijarlas al volante por medio de tornillos y
una inclinacin que asegure el corte del bagazo de caa en las dimensiones
establecidas. l material utilizado para las cuchillas tomando como base la tesis
mencionada en referencia ser un acero AISI 5160 recocido que tiene un esfuerzo de
fluencia de 276 MPa.
Para el diseo del filo de las cuchillas nos basamos en el funcionamiento del cizallado,
el cual se evidencia en el esquema de la Figura. Donde los elementos son los
siguientes:
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
31/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 31
El ngulo de corte de la cuchilla es de 20. El cual permite que se realice el cizallado
entre la cuchilla y la contra cuchilla tomando como referencia citada anteriormente.
Se ha dispuesto que se fije mediante tornillos para que las cuchillas puedan ser
cambiadas cuando se requiera y afiladas de igual manera, de modo que se facilite el
mantenimiento de la mquina.
Espesor
Para determinar el espesor de las cuchillas tomamos en cuenta la fuerza de corte
requerida para el bagazo de caa de azcar que es igual a 11.34 kgf.
Las dimensiones de largo y ancho de las cuchillas quedaron de las siguientes
dimensiones
200 mm de largo
75 mm de ancho
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
32/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 32
Utilizando la teora del esfuerzo cortante mximo, se tiene:
Con un factor de seguridad de 5, el esfuerzo cortante mximo ser:
Se escoger un valor de 0,5
Peso de las cuchillas = * Vol
Peso = 7800*0,2*0,075*0,0245/2
Peso= 1,43 kg
Peso por tres cuchillas= 4,3 kg
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
33/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 33
4.2.3.3 PALETAS SOPLADORAS
MATERIAL AISI 1045
De la propiedad del acero su =7838.29 kg/m3
200 mm de largo = 200 mm
75 mm de ancho = 75 mm
Espesor = 0,5 = 12,7 mm
PESO= * Vol =1,49 KG
PESO POR TRES PALETAS =1,49 X 3 =4,47 KG
4.2.5. SELECCIN DE FAJAS O CORREAS PARA PICADORA DE BAGAZO
El sistema de transmisin inicia con el motor elctrico, que es el encargado deproporcionar la potencia necesaria para el funcionamiento de la mquina.
Seleccin del motor
Potencia corregida
Para hallar la potencia de diseo se debe multiplicar la potencia calculada por un factor
de servicio. Esto se lo hace para prevenir fallas debido a golpes, vibraciones o tirones;
dicho factor aumenta la potencia a transmitir para obtener la potencia de diseo queconsidera las caractersticas de trabajo de la mquina y el motor utilizado
PD=C1*Pc
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
34/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 34
C1 =1
PD=1*1.5 Hp
El motor se lo selecciona en funcin de la potencia requerida y el nmero de
revoluciones por minuto. Para hallar la potencia del motor elctrico, adems de considerar
el factor del sistema de transmisin, se debe tener en cuenta la eficiencia del mismo; pues
estos dos parmetros afectan la potencia que se trasmite desde el motor hacia el rotor.
Donde:
Pm= Potencia del motor
Nm= Eficiencia del motor
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
35/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 35
Pm=2 Hp
Se requiere de un motor de 1.63 Hp y 900 rpm, al aproximar los valores calculados a los
que se encuentran en el mercado se tiene un motor de 2 hp y 1750 rpm.
SELECCIN DE BANDAS
Como parmetros base para la seleccin del sistema de transmisin se tiene un nmero
de revoluciones por minuto del motor elctrico igual a 1000 RPM y para el eje del rotor
picador de la mquina se requieren 900 RPM y el valor de la potencia de diseo es de 1.5
HP.
Entonces:
Maquina Conducida (picadora): Maquina Motriz (Motor): Seleccin de la seccin de la faja:
Segn la grfica. Seleccin de las correas en V.
Usaremos para 1,5 HP y 900 rpm la faja en V tipo A
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
36/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 36
Clculo de los Dimetros de la Poleas:
Segn la Tabla N 2, el dimetro mnimo para tipo A es 2,6 pulg = 6,604 cm
TABLA N 2
SeccinDimetros de paso de poleas, pulg
Recomendado Mnimo
A 3 5 2.6
B 5.4 7.6 4.6
C 9 12 7
D 13 20 12
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
37/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 37
E 21 28 18
Para la polea : Entonces, escogemos un valor del rango recomendado: Si sabemos que, la relacin de transmisin es:
Clculo de la Distancia entre Centros:
Tenemos la siguiente condicin:
Para la primera condicin, obtenemos:
Entonces, escogemos un valor para C del anterior intervalo.
Calculamos la longitud de la banda, segn la siguiente frmula:
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
38/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 38
Reemplazando los valores, obtenemos:
De la Tabla N 3, seleccionamos la faja N 64 cuyo L = 65.3pulg
TABLA N 3 (Seccin A)
Faja o Correa N Longitud de paso, pulg KL
A 62 63.3 0.99
A 64 65.3 1.00
A 66 67.3 1.01
A 68 69.3 1.02
A 71 72.3 1.03
A 75 75.3 1.04
Fuente: Shigley Tabla 17-10 Pg 879
Recalculamos C, para una longitud L = 65.3
Est en el rango de la primera condicin.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
39/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 39
ARCO DE CONTACTO
El arco de contacto se calcula de acuerdo al tipo de transmisin, en nuestro caso es de
banda abierta, para lo cual se tiene
El arco de contacto de la polea ms pequea no debe ser menor de 120.
Reemplazamos:
El arco de contacto es 174
POTENCIA TRANSMISIBLE POR BANDA
P es la potencia en CV que la banda transmite en hipotticas condiciones de
trabajo,que son: k =1, D1= 3, D2=6,56, = 172 y longitudes primitivas
estndar.
Pdes la prestacin diferencia en CV.
Con estos valores se calcula la prestacin actual Paque ser la potencia en CV
quepuede transmitir la banda en condiciones reales.
De las tablas 5 se obtiene Pd en funcin de N y D2 y Pd en funcin de N y K, Y enlas tablas los valores deC y Cl.
Pa= (1.91+ 0.09)*1*0.99
Pa= 1.98
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
40/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 40
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
41/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 41
Determinacin del nmero de bandas
Para determinar el nmero de bandas se usa la siguiente frmula:
En este caso se obtiene un valor menor a 5, en cuyo caso si la parte decimal del cociente
es menor del 10% se toma el entero; si sobrepasa el 10% se toma el entero superior. Se
requiere una banda.
Velocidad de la banda
La velocidad tangencial de la banda est dada por:
Seleccin de las poleas
Los dimetros de las poleas ya han sido elegidos, las poleas pueden fabricarse o
seleccionarse de un catlogo; serian una polea de 3 y la otra de 6,5 de dimetro, doble
canal para bandas tipo A.
Tensiones en las poleas
Polea
La velocidad de la banda es = 7,8 m/s
Mientras que las tensiones estn dadas por la siguiente frmula:
Donde: F1= Fuerza en el lado tenso
F2=Fuerza en el lado flojo
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
42/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 42
f= Coeficiente de friccin
= ngulo de contacto
El coeficiente de friccin se obtiene de la tabla, f= 0.4 y elngulo de contacto es de 174.
F1=0.51F2
Con la frmula de la potencia se tiene:
P= F.V
2= (F1-F2)*7,8/746
F1-F2=191,28 N
F2= 76,2 N
F1=267.25 N
Torque producido en la polea
T=38,86*0,1651/2
T= 3,2 Nm
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
43/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 43
DISEO DE LOS PERNOS DE LA CUCHILLA
Para que las cuchillas se sostengan con la volante existen dos pernos que pasarn entre
ambos, se considerar dos tornillos de cabeza hexagonal DIN931 (M10) pag89 Mata-
con dimetro 11.2mm , y una tuerca hexagonal DIN934 pag98 Mat- de 8mm de
espesor, todo estos implementos sern construidos con acero AISI1040.
La configuracin del perno, con sus respectivas medidas y fuerzas, se pueden observar
en la ilustracin
La Fc es la fuerza de corte generada por la cuchilla y equivale a 111.25N y la F R son
las fuerzas generadas hacia los pernos.
A continuacin se realizar el clculo de fuerzas y reacciones en equilibrio esttico, para
poder determinar el factor de seguridad del perno. Segn la ilustracin, aplicando
equilibrio esttico de las fuerzas en el perno tenemos:
Para conocer el esfuerzo normal por flexin se utiliza la frmula que es llamada de Navier,
y es la siguiente:
A
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
44/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 44
Ecuacin Frmula de Navier
Donde C = Distancia desde el eje neutro al extremoI = Momento de Inercia
M = Momento Flexionante
Descomponiendo la frmula 26 en factores conocidos tenemos:
Donde d Dimetro del perno, 11.2mm
Remplazando los valores en la ecuacin obtenemos:
Para obtener el factor de seguridad se aplica la siguiente frmula:
El valor de Sy para el acero inoxidable 304 es de 276 Mpa.
Remplazando datos tenemos
Por lo que no hay falla aplicando la Teora del Esfuerzo Mximo.
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
45/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 45
Para asegurarnos de que no haya falla con la mxima tensin cortante, se aplica la
siguiente frmula:
Donde Vmax= 278.025NRemplazando datos tenemos:
Para el factor de seguridad se aplica la siguiente frmula:
Debido a que el factor de seguridad es alto es posible utilizar este tipo de pernos M10
Eje del rotor.Un eje de acero AISI 1040 estirado en frio con la geometra que se muestra en la
figura
Sut : 590 Mpa (85 kpsi) = 5988,6 kg/cm2
Sy : 490 Mpa (71 kpsi)= 5003,5 kg/cm2
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
46/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 46
4.2.6 Diseo, del Eje Principal de la picadora de bagazo:
4.2.6.1 Anlisis Esttico
Asumiendo un dimetro de 1.5 para el eje principal, se realiza un anlisis
esttico considerando slo el efecto de los pesos de la volante cuchillas y las paletas
sopladoras, el peso del eje principal, y la tensin producida en la polea.
Una vez determinada las tensiones en la polea, analizaremos las cargas sobre el
eje principal tanto en el eje y como en el eje z.
Diagrama de fuerza plano XZ
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
47/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 47
Diagrama de fuerza XY
Diagrama de esfuerzos cortantes plano XZ
Momentos flectores plano XZ
Esfuerzos cortantes XY
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
48/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 48
Momentos flectores XY
Momento torsor
RAY=91 N
RBY=-100N
RAZ=108.33 N
RBZ=137.96
De los diagramas se encuentra los puntos crticos B y C
Mb= Mc=
Momento flector mximo =9.9 Nm
Momento torsor mximo = 3.2 Nm
Verificacin del coeficiente de seguridad del eje, mediante la hiptesis del
esfuerzo cortante mximo:
* +
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
49/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 49
Dnde:
Despejando de la ecuacin, obtenemos: * +
4.2.6.2 ANLISIS DE FATIGA
Lmite de Fatiga:
Se determina la resistencia a la fatiga, utilizando para ello los factores
correspondientes:
Dnde:
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
50/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 50
Sabemos que:
Luego:
Para el factor de superficie tenemos:
Para acabado superficial maquinado o laminado en fro tenemos:
Para 1.5 se tiene que el factor de tamao es:
Para el factor de carga tenemos que cuando se combinan torsin y flexin:
Y la carga combinada ser obtenida por la aplicacin efectiva del esfuerzo de Von
Mises.
Para el factor de temperatura tenemos:
Para el factor de efectos varios tenemos:
Reemplazando:
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
51/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 51
a) Para Flexin:
Dnde:
Luego:
De grafica de Shigley para flexin
Kt =1,6
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
52/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 52
b) Para Torsin:
De la grafica
. Sensibilidad de la muesca
Del material tenemos:
Sut= 85 kips
r = 3 mm
Luego:
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
53/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 53
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
54/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 54
Como se observa la mayor concentracin de esfuerzos tanto para flexin como
para torsin se encuentra en la zona de los entalles, por lo que se proceder slo
al anlisis de sta.
El eje durante el funcionamiento est sometido a flexin alternante y torsin
continua, es as que se producen esfuerzos flexionantes, que se invierten
alternativamente por completo, y un esfuerzo torsional que permanece constante.
Para el anlisis del eje consideraremos primeramente la fatiga en la zona del
entalle:
ESFUERZO ALTERNANTE
Dnde:
Reemplazando:
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
55/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 55
En el caso particular el esfuerzo medio es:
ESFUERZO CORTANTE MEDIO:
Dnde:
Reemplazando:
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
56/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 56
Esfuerzos equivalentes:
Segn el criterio de Von Mises:
()
()
() ()
Goodm an Modi f icado
ngoodman= 20,59
Sodergerg
= 20,43 Gerber y Langer
= 21,43
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
57/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 57
4.2.7 CLCULO Y SELECCION DE CHAVETA
Nos regimos al DIN 6887 (Dibujo Mecnico I J. Mata. Pag 116)
= 30 mm
Anchura =8mm
Altura de Chaveta = 7 mm
Profundidad Chavetero del eje = 4 mm
Profundidad chavetero del cubo = 2,4 mm
Longitud normalizada l=10 mm
4.2.8.CLCULO Y SELECCIN DE LOS RODAMIENTOS:
1)Apoyo en lado A:
2)Apoyo en el lado B
Como vamos a colocar el mismo tipo de rodamiento en ambos apoyos entonces cla carga de
diseo ser la mayor: P= 170,4 N=38,31 lbf
Confiabilidad del cojinete es 0,99
[ ]
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
58/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
Ingeniera Mecnica-UNT Pgina 58
[ ]
Del manual de SKF de Escoge una rodamiento de la serie 6305
7/27/2019 Picadora de Bagazo Final
59/59
Proyecto de curso Diseo Mecnico
DISEO DE DETALLES
Top Related