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FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

PROYECTO 3 DISEÑO DE UN ELEVADOR DE CANGILONES CENTRÍFUGO PARA LA DESCARGA DE 5 TONELADAS POR HORA DE ARROZ CÁSCARA AUTORES Huamán Huambo Juan Carlos Sánchez Alcalde Julio Enrique Junior Zapata Benítez Leonel Eduardo

PROFESOR Vera Lázaro Alejandro Segundo

Diseño de Sistemas Mecánicos Semestre Lectivo: 2018-I

Chiclayo - Perú Junio, 2018

Contenido RESUMEN.................................................................................................................................2 ELEVADOR DE CANGILONES.....................................................................................................3 PARÁMETROS PARA EL DISEÑO................................................................................................4 CLASIFICACIÓN DE MATERIAL...................................................................................................4 CAPACIDAD...............................................................................................................................6 DISTANCIA ENTRE CENTRO DE EJES..........................................................................................7 POTENCIA DE DISEÑO...............................................................................................................9 POTENCIA DEL MOTOR.............................................................................................................9 SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTOR..........................................................................................9 NÚMERO DE CANGILONES.....................................................................................................10 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS................................................................................................12

RESUMEN El cultivo de arroz ocupa el primer puesto dentro del PBI agrícola a nivel nacional, con una superficie de producción aproximada de 388 mil 549 hectáreas de capacidad, las cuales mantienen un indicador de rendimiento de 7,5 toneladas por hectárea. Según la Unidad de Comercio Exterior AREX- Lambayeque, la producción nacional alcanza los 3 millones 128 mil 794 de toneladas anuales de arroz. Mientras que las importaciones durante el primer trimestre del 2017, cerraron en 73 millones 222 mil 829 kilos, siendo los mercados de origen Uruguay con 65%, Brasil 17%, Tailandia 8%, Estados Unidos 5% y Argentina 4%. A pesar de esto, la tecnología usada en los procesos de la recolección del arroz no siempre es la óptima, muchas veces se presentan problemas como el sobredimensionamiento de un motor o la incorrecta selección del molino, es por esto que surge la necesidad de diseñar un elevador de cangilones debido a que actualmente se implementan este tipo de máquinas sin el uso del correcto criterio de selección. En este trabajo se diseña un sistema elevador de cangilones en base a la metodología proporcionada por la empresa canadiense especializada en el diseño, ingeniería y fabricación de equipos y sistemas mecánicos de manejo de materiales a granel; Continental Conveyor. Se logra diseñar de manera óptima el sistema, así como especificar los parámetros que conforman los componentes principales del elevador.

ELEVADOR DE CANGILONES Los elevadores a cangilones o norias son los transportadores normalmente usados para elevar materiales a granel. Consisten en una serie continua o discontinua de baldes o recipientes, denominados “cangilones” fijados sobre una cinta o sobre uno o dos ramales de cadena que actúan como elemento de tracción. Los mismos cumplen un recorrido sin fin entre un cabezal superior motriz (a veces motriz y tensor), y uno inferior, normalmente tensor (que es fijo, cuando el superior es motriz y tensor). Los cabezales mencionados, son tambores cuando el elemento de tracción es cinta, y ruedas dentadas cuando es cadena. La estructura portante de los componentes antes descriptos, puede ser abierta o cerrada, dependiendo del tipo de elevador que se trate. Cuando se trata con materiales que se pueden degradar o contaminar, la estructura debe ser cerrada; típico caso de los cereales. Si la necesidad es mover materiales que no afectan al medio ambiente, ni que el medio ambiente los afecta a ellos, la estructura portante puede ser un bastidor; un material de estas condiciones podría ser piedra caliza en trozos. La estructura debe ser cerrada cuando al elevador hay que aislarlo de personas o de otros equipos por razones de seguridad, dado que hay elementos que se desplazan y pueden causar serios riesgos a quien tome contacto con ellos cuando el equipo está en servicio. Para construir una estructura liviana, que pueda soportar los vientos manteniendo la estabilidad, dado su grado de esbeltez, se debe arriostrar la estructura, mediante el uso de tensores a cuatro puntos, separados por ángulos de 90º, a bases aptas para las cargas que se generan por todo concepto. Un sistema de cangilones presenta las siguientes características que apoyan a su uso:  Altura: gracias a la tecnología, que en los últimos años no ha parado de avanzar, es que hoy en día estos elevadores pueden lograr la altura que se necesita para llevar a cabo el trabajo, por lo que este es uno de sus principales beneficios.  Precisión: estas maquinarias son tan precisas, que al cumplir con su trabajo evitan que los granos se rompan y despedacen, por lo que se obtiene un grano de excelente calidad y menos pérdidas, lo que resulta muy bueno en la industria.  Carga: Sin importar la altura que se requiera en la labor, estos elevadores pueden levantar cargas pesadas y seguir subiendo y bajando sin ningún inconveniente, ya que para eso mismo es que han sido diseñados.  Multifuncional: Sin importar si el trabajo que se va a hacer incluye granos grandes o pequeños, de igual manera el elevador de cangilones puede trabajarlos, sin necesidad de adquirir otro tipo de equipo o maquinaria, lo que significa ahorro y agilidad en el trabajo, ya que, de no ser así, los equipos se tendrían que estar cambiando de manera constante con base en el tamaño del grano que se esté trabajando, lo que además quitaría tiempo.

Tipos de Elevadores según el tipo de descarga Elevadores Centrífugos:

Estos elevadores se usan para el transporte de materiales que permiten ser dragados, (que tengan un comportamiento análogo al de un fluido no compresible); para ello, la condición es que los mismos sean homogéneos en su granulometría, de baja abrasividad y que fluyan fácilmente (es decir que las tensiones de corte internas sean bajas y lo más constantes posibles). Una condición visual que podría identificar a un material de este tipo, es que tenga un ángulo de talud natural bajo, (menor de 30º). Dentro de éste grupo de materiales se encuentran la mayoría de los cereales, semillas y oleaginosas. Elevadores Continuos: Este tipo de elevador se usa para manipular compuestos de un gran porcentaje de grumos. Los cubos espaciados continuamente están montados en un solo hilo de cadena o correa que se desplaza a velocidades más bajas que el tipo centrífugo. Están confinados en la zona de carga por una pata de carga para evitar que el material se hunda en la parte inferior del cangilón, ya que los cubos poco espaciados no pueden sacar el material de la parte inferior del cangilón de manera eficiente. Los cucharones están diseñados para que los frentes y los lados extendidos formen una rampa al pasar alrededor de la polea o rueda dentada. La gravedad hace que el material fluya suavemente fuera de los cubos y baje por el conducto, formado por los cubos anteriores, hacia la boca de descarga.

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO Material:

Arroz cáscara (rice rough)

32−36 lb/ft 3

Densidad: Capacidad

m ´ :

Altura de descarga:

5 ton/h=5.5116 TPH 10 m=33 ft

CLASIFICACIÓN DE MATERIAL Según la Tabla 1, el arroz cáscara cuenta con una clasificación B35N; lo cual quiere decir que es un material fino, no abrasivo, con un flujo promedio y contiene polvo explosivo (Ver Tabla 2). El tipo de elevador recomendado para este material es el modelo CEB, el cual es un elevador centrífugo de cangilones montados en una faja. Con el fin de seleccionar el tamaño adecuado, primero se determina la capacidad en pies cúbicos por hora, es decir, el flujo de materia prima. Tener en cuenta que se debe trabajar con la menor densidad del material proporcionada por la Tabla 1. El flujo se determina con la siguiente ecuación:

m× ´ 2205 ´ Q=

lb ton

ρ

donde:

´ es el flujo de materia prima, en ft 3 /h Q m ´ es la capacidad o flujo másico, en 5 ton/ h

2205

lb ton

es un factor de conversión

ρ es la densidad de menor valor del producto, en lb/ft 3 Reemplazando:

ton lb ×2205 h ton ´ Q= lb 32 3 ft 5

3 ´ Q=344.53 ft /h

Tabla 1: Carta de clasificación de material para elevadores industriales de cangilones

Fuente: [CITATION Con18 \p 5 \l 10250 ]

Tabla 2: Carta de código de clasificación del material

Fuente: [CITATION Con18 \p 4 \l 10250 ]

CAPACIDAD Con el dato de la capacidad, en la Tabla 3 se puede ver que el elevador de tamaño adecuado es el No. CEB 8520, el cual maneja un flujo de 535 ft 3 /h . Seguidamente, se verifica en la Tabla 4 que el tamaño de bulto (lump size) permisible para cangilones centrífugos de 8' ' ×5 ' ' . De la tabla se puede ver que el tamaño en cuestión es aceptable.

Tabla 3: Data de capacidad y caballaje para elevadores tipo centrífugos con faja

Fuente: [CITATION Con18 \p 7 \l 10250 ] Tabla 4: Tamaño máximo de bulto para elevador de cangilones tipo centrífugo Fuente:

DISTANCIA ENTRE CENTRO DE EJES Para determinar la distancia entre centros de ejes, se toma la altura de descarga, se le añade la dimensión “G” y se le sustrae la dimensión “L” (ver Figura 1) según el modelo de elevador de la Tabla 5. Según la tabla, estas dimensiones son:

G=30.50 pulg L=24 pulg Por tanto, la distancia entre centro de ejes es:

C=33 ft +

30.50 24 ft− ft=33.50 ft 12 12 Figura 1: Dimensionamiento de elevador de cangilones serie CEB

Fuente: [CITATION Con18 \p 6 \l 10250 ] Tabla 5: Dimensiones de elevador de cangilones serie CEB

Fuente: [CITATION Con18 \p 6 \l 10250 ]

POTENCIA DE DISEÑO Para determinar la potencia de diseño se debe observar la Tabla 3. Se debe dirigir a la columna del inmediato superior de la mayor densidad del material a transportar, en este caso, la columna 50# MATERIAL y a la fila de la capacidad de llenado del cangilón, para este caso, se supone un llenado del 75 . La potencia se calcula sumando el valor de al subcolumna al producto de la distancia entre centros por el valor de la cuarta subcolumna. Esto es:

Pd '=0.30+33.50 ×0.018=0.90 HP Este cálculo fue para proporcional:

50 lb /ft

3

, por lo que la potencia se debe ajustar para

36 lb /ft

3

de manera

3

Pd =0.90 HP ×

36 lb/ft 50 lb/ft 3

Pd =0.65 HP

POTENCIA DEL MOTOR La potencia de diseño debe ser corregida debido a las pérdidas por transmisión de potencia. Asumiendo que el sistema tiene una eficiencia del 85 , entonces la potencia corregida resulta ser:

P' =

0.65 HP 0.85

'

P =0.76 HP Por lo tanto, la potencia del motor se selecciona de acuerdo al valor inmediato superior de motores comerciales en el mercado peruano:

P=1.00 HP

SELECCIÓN DEL MOTORREDUCTOR En el cálculo anterior se determinó que se necesita un motor de 1.00 HP . La velocidad a la cual debe girar la polea de cabeza del elevador es de 43 rpm , esto se observa en la Tabla 3. Con la potencia y la velocidad se selecciona el motorreductor coaxial de engranajes helicoidales modelo MHF047 de la marca Delcrosa (ver Tabla 6), el cual tiene una velocidad de entrada de 1730 rpm , una reducción de 40 y, por lo tanto, una velocidad de salida de 43 rpm , que es lo que se requiere.

nentrada =1730rpm nsalida =43 rpm

Tabla 6: Selección de motorreductor Delcrosa

Fuente: [CITATION DEL12 \p 22 \l 10250 ]

NÚMERO DE CANGILONES Para determinar el número de cangilones es necesario conocer la distancia total que estos recorreran, es decir, la longitud de banda. La Figura 2 muestra un bsquejo con los parámetros necesarios para calcular la longitud de la banda. Dicha longitud queda se calcula haciendo uso de la siguiente expresión:

√

(

L=C+ C 2 +

D−d 2 + π ( D+d ) +θ D D−θ d d [ pulg ] 2

)

donde D y d son los diámetros de las poleas superior e inferior, respectivamente (expresadas en pulgadas), estos valores se obtienen de la Tabla 3, pues el fabricante los sugiere para el diseño. mientras que θ D y θd son los ángulos que se forman al tensar la banda con cada polea. Los valores y expresiones de cada parámetro se observan en la Figura 2. Reemplazando sus respectivos valores, se obtiene:

L=860.56 pulg El fabricante también sugiere que debe haber un espaciamiento de 3), a este valor se le conoce como paso P :

16 pulg

entre cada cangilón (ver Tabla

P=16 pulg /cangilón Mediante una simple relación entre la longitud de banda y el paso, se obtiene el número de cangilones óptimo para poder elevar la carga deseada.

L N ° cangilones= =54 cangilones P Figura 2: Bosquejo de banda transportadora de cangilones

D=20 ’ ’ −1

θ D=tan

D−d 2C

C=33.50' =402 ’ ’

√

(

C2 +

D−d 2

2

)

d=16 ’ ’ −1

θd =tan

Fuente: Autores

D−d 2C

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS [1] Continental , «Industrial Bucket Elevators,» [En línea]. Available: http://www.continentalconveyor.ca/images/product_pdf/Bucket_Elevator_Catalogue.pdf. [Último acceso: 24 Mayo 2018]. [2] DELCROSA, «Catálogo de Motorreductores Delcrosa 2012: issuu,» 11 Junio 2012. [En línea]. Available: https://issuu.com/delcrosito/docs/catalogo_de_motorreductores. [Último acceso: 5 Mayo 2018].