• Author / Uploaded
• shanks_teragui_7

• Categories
• Cereales
• Agricultura
• Cacahuetes
• Alimentos
• Diseño

Citation preview

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

DISEÑO DE UNA DESGRANADORA DE MANI

Proyecto de Grado, Presentado Para Optar al Diploma Académico de Licenciatura en Ingeniería electromecánica.

Presentado por: BEIMAR CRUZ GARCIA TUTOR: ING. WALTER CANEDO ESPINOZA

COCHABAMBA – BOLIVIA

Noviembre 2015

A FCYT

DEDICATORIA Dedico principalmente a Dios que me bendijo con su sabiduría, a mis padres Teodoro Cruz y Leonarda García que siempre me brindaron su apoyo, su confianza y su amor incondicional, a mis hermanos que me impulsaron a seguir adelante.

AGRADECIMIENTO B FCYT

Un agradecimiento a Dios quien permitió que la Universidad Mayor de San Simón brindara la sabiduría y la consistencia de su personal docente para mi persona, y de esta manera prepararme y fortalecerme para cumplir con esta gran meta dentro de una etapa más en mi vida, la misma que dará como fruto una lucha continua de aprendizaje y enfrentar los problemas diarios, logrando enorgullecer a esta casa superior de estudio. También a mi familia que siempre confiaron en mí y supieron comprender apoyar y guiar sabiamente en todo momento. Al Ing. Walter Canedo Espinoza por la tutoría y sobre todo por su apoyo incondicional para la realización de este proyecto. A mis amigos Junel y Roberto, y a todos mis compañeros que me ayudaron y apoyaron.

¡Muchas Gracias!

C FCYT

FICHA RESUMEN El presente proyecto consiste en el diseño de una desgranadora de maní “máquina agrícola”. Se basó en pruebas, experimentos realizados en la empresa CIFEMA de prueba y error, además de ser de fácil funcionamiento y segura para la persona que trabaja en ella, el propósito de haber realizado el proyecto surgió debido a los productores de maní que hoy en día sufren con un problema al descascarar el maní que ésta implica laboriosidad, tiempo y esfuerzo humano más gastos en el transcurso de cada año.

Se hizo un bosquejo inicial de la desgranadora donde se puede ver el diseño final de cómo será la maquina unas vez concluido el diseño, formándola en 8 grupos para tener una facilidad en la fabricación y en el ensamble.

La desgranadora de maní tiene dos partes muy importantes. El sistema de desgrane formado por unos tubos cilíndricos que rotan a una velocidad establecida donde por medio de impactos contra la pared de la carcasa rompen la cascara. El sistema de venteado formado por el ventilador, tolva de descarga del grano, tolva de descarga de la cascara, este sistema se encarga de limpiar el grano de maní con una velocidad de 1200 rpm. Velocidad obtenida en pruebas realizadas.

Se dimensionó cada una de las partes correas, poleas, ejes, chavetas, rodamientos en función a catálogos en base a criterios de ingeniería.

Se hizo el cálculo y selección de los componentes eléctricos se diseñó el circuito de potencia, y de control en el programa de AutoCAD Eléctrical. Se diseñó toda la maquina estructura y sus partes usando el programa de SolidWorks. Se elaboró un plan de mantenimiento con el objetivo que no existan fallas en la máquina y aumentar la vida útil de cada uno de los componentes y preservar la seguridad.

Para culminar se realizó un análisis del costos final de la desgranadora con el fin de que sea analizada su factibilidad económica en una etapa posterior.

D FCYT

Contenido CAPITULO I ..................................................................................................................................... 1 ASPECTOS GENERALES .............................................................................................................. 1 1.1. Introducción............................................................................................................................ 1 1.2. Antecedentes y descripción del problema. .......................................................................... 2 1.3.1. Objetivo general .............................................................................................................. 3 1.3.2. Objetivos específicos ....................................................................................................... 3 1.4. Justificación del proyecto ..................................................................................................... 4 CAPITULO II.................................................................................................................................... 5 MARCO TEORICO ......................................................................................................................... 5 2.1. Origen del maní ...................................................................................................................... 5 2.1.1. Productores en Santa Cruz................................................................................................. 5 2.1.2. Productores en el chaco ...................................................................................................... 6 2.2. Mercado de exportación ........................................................................................................ 7 2.3. Cultivo del maní ..................................................................................................................... 8 2.3.1. Siembra ............................................................................................................................ 8 2.3.1. Cosecha............................................................................................................................. 9 2.4. Introducción al diseño........................................................................................................... 9 2.4.1. Conceptos de diseño. ....................................................................................................... 9 2.4.2. Consideraciones del diseño. .......................................................................................... 10 2.4.3. Códigos y normas de diseño. ........................................................................................ 10 2.4.3.1. ASTM A36 .................................................................................................................. 11 2.4.3.2. AISI 1020..................................................................................................................... 11 2.4.3.3. DIN (Deutsches Institut fur Normung) .................................................................... 11 2.4.3.4. IEC............................................................................................................................... 11 2.4.4. Sistemas de unidades. .................................................................................................... 11 2.5. Energías................................................................................................................................. 13 2.5.1. Energía cinética ............................................................................................................. 13 2.5.2. Energía potencial ........................................................................................................... 13 2.6. Dinámica de los cuerpos rígidos. ......................................................................................... 14 2.6.1. El cuerpo rígido ............................................................................................................. 15 2.6.1.1. Traslación pura. ......................................................................................................... 15 E FCYT

2.6.1.2. Rotación pura. ............................................................................................................ 15 2.6.2 Momento de Inercia. ...................................................................................................... 16 2.6.2.1. Ecuaciones del momento de inercia. ......................................................................... 16 2.6.2.2. Teorema de Steiner o teorema de los ejes paralelos. ............................................... 18 2.6.3. La inercia de rotación de varios sólidos en torno a ejes elegidos. ............................. 19 2.6.3.1. Aro en torno al eje del cilindro.................................................................................. 19 2.6.3.2. Cilindro anular en torno al eje del cilindro.............................................................. 19 2.6.3.3. Cilindro sólido en torno al eje del cilindro. .............................................................. 20 2.6.3.4. Cilindro sólido en torno al diámetro central............................................................ 20 2.6.3.5. Varilla delgada en torno a un eje que pasa por el centro perpendicular a la longitud..................................................................................................................................... 21 2.6.3.6. Varilla delgada en torno a un eje que pasa por un extremo perpendicular a la longitud..................................................................................................................................... 21 2.6.3.7. Esfera sólida en torno a cualquier diámetro. ........................................................... 22 2.6.3.8. Cascaron esférico delgado en torno a cualquier diámetro. .................................... 23 2.6.3.9. Aro en torno a cualquier diámetro. .......................................................................... 23 2.6.3.10. Placa rectangular en torno al eje perpendicular que pasa por su centro. ........... 24 2.7. Sistema de limpieza. ............................................................................................................. 25 2.7.1. Introducción................................................................................................................... 25 2.7.2. Impurezas de los granos. .............................................................................................. 25 2.7.3. Limpieza de los granos. ................................................................................................. 26 2.7.3.1. Principios básicos de la separación. .......................................................................... 26 2.7.3.1.1. Tamaño..................................................................................................................... 27 2.7.3.1.2. Forma ....................................................................................................................... 29 2.7.3.1.3. Velocidad terminal. ................................................................................................. 29 2.7.4. Métodos de limpieza. ..................................................................................................... 30 2.7.4.1 Limpieza con viento. ................................................................................................... 31 2.7.4.2. Limpieza con zaranda manual. ................................................................................. 32 2.7.4.3. Limpieza con ventilador. ........................................................................................... 33 2.7.4.4. Limpieza con zarandas cilíndricas rotativas............................................................ 35 2.7.4.5. Limpieza con ventilador y zaranda. ......................................................................... 36 2.8. Mecanismo de transmisión. ................................................................................................. 38 2.8.1. Sistema polea-correa. .................................................................................................... 38 F FCYT

2.8.1.1. Descripción.................................................................................................................. 38 2.8.1.2. Características. ........................................................................................................... 39 2.8.1.3 Relación de velocidades. ............................................................................................. 40 2.8.1.4. Aumento de la velocidad de giro. .............................................................................. 41 2.8.1.5. Disminución de la velocidad de giro. ........................................................................ 41 2.8.1.6. Mantenimiento de la velocidad de giro..................................................................... 42 2.8.1.7. Inversión del sentido de giro...................................................................................... 43 2.8.1.8. Multiplicadores de velocidad..................................................................................... 43 2.9. Automatización ..................................................................................................................... 44 2.9.1. Introducción a la automatización. .............................................................................. 44 2.9.2. Clases de automatización .............................................................................................. 44 2.9.2.1. Neumática. .................................................................................................................. 44 2.9.2.2. Hidráulica ................................................................................................................... 44 2.9.2.3. Mecánica ..................................................................................................................... 45 2.9.2.3. Eléctrica....................................................................................................................... 45 2.9.3. Elementos de la automatización eléctrica. .................................................................. 45 2.9.3.1 elementos de fuerza y maniobra................................................................................. 46 2.9.3.1.1. Motor eléctrico......................................................................................................... 46 2.9.3.1.2. El Contactor. ............................................................................................................ 48 2.9.3.1.3. Pulsador.................................................................................................................... 48 2.9.3.1.4. Piloto de señalización .............................................................................................. 50 2.9.3.1.5. Sensores inductivos. ................................................................................................ 50 2.9.3.2. Elementos de protección ............................................................................................ 51 2.9.3.2.1. El fusible ................................................................................................................... 51 2.9.3.2.2. Relé térmico ............................................................................................................. 52 CAPITULO III ................................................................................................................................ 53 CARACTERISTICAS, CALCULOS Y DISEÑO DE LA DESGRANADORA ........................ 53 3.1. Análisis de la capacidad de la máquina .............................................................................. 53 3.1.1. Datos de la empresa....................................................................................................... 53 3.2 bosquejo inicial de la desgranadora de maní. ..................................................................... 56 3.3. Grupo A estructura .............................................................................................................. 60 3.4. Grupo B TOLVA DE ALIMENTACION ......................................................................... 62 G FCYT

3.4.1. Tolva ............................................................................................................................... 62 3.4.2. Diseño volumétrico ........................................................................................................ 64 3.4.2.1. Estructura ................................................................................................................... 64 3.4.2.2. Resortes. ...................................................................................................................... 66 3.4.2.3. Base de la tolva y Motovibrador. .............................................................................. 70 3.5.1. Grupo “C” Carcasa de la máquina............................................................................ 72 3.5.2. Grupo “D” malla de salida y sus fijaciones. ............................................................... 73 3.5.3. GRUPO “E” mecanismo de desgrane ......................................................................... 73 3.5.3.1. Análisis de la velocidad angular. ............................................................................... 74 3.5.3.2. Cálculo del radio de giro. ........................................................................................... 75 3.5.3.2.1. Experimento “energía potencial”........................................................................... 76 3.5.3.2.2. Análisis de la energía cinética................................................................................. 76 3.5.3.3. Cálculo de la velocidad angular. ............................................................................... 78 3.5.3.4. Cálculo de la potencia del sistema de desgrane grupo “E” ................................... 78 3.5.3.4.1. Análisis general de los componentes del grupo E ................................................. 79 3.5.3.4.2. Momento de inercia del tubo cilíndrico (DN= 11/2 plg)......................................... 81 3.5.3.4.3. Momento de inercia de los soportes. ...................................................................... 82 3.5.3.4.4 Momento de inercia cilindros sólidos. .................................................................... 84 3.6. Sistema de venteado

Grupo F, G .................................................................................... 88

3.6.1. Grupo “F” ventilador................................................................................................... 88 3.6.1.1. Análisis del ventilador ................................................................................................ 88 3.6.1.2. Análisis experimental ................................................................................................. 90 3.6.1.3. Cálculo de la velocidad angular ................................................................................ 95 3.6.1.4. Consumo de potencia ................................................................................................. 96 3.6.1.5. Dimensionamiento del ventilador ............................................................................. 97 3.6.2. Grupo G carcasa de ventiladora y tolva de descarga. ................................................ 99 3.7 Potencia de la desgranadora................................................................................................. 99 3.7.1. Selección del motor 1................................................................................................... 100 3.8. Grupo “H” mecanismo de transmisión. ........................................................................... 101 3.8.1. Dimensionamiento de las poleas y correas del sistema de desgrane. ...................... 102 3.8.1.1. Cálculo de la potencia corregida. ............................................................................ 103 3.8.1.2. Seleccionar el tipo de correa. ................................................................................... 104 H FCYT

3.8.1.3. Selección del diámetro mínimo de la polea menor y el diámetro máximo polea mayor. ..................................................................................................................................... 105 3.8.1.4. Selección de la longitud de la correa. ...................................................................... 106 3.8.1.5. Cálculo de la distancia real entre ejes. .................................................................. 107 3.8.1.6. Cálculo del factor de corrección de la longitud de correa. ................................... 108 3.8.1.7. Cálculo del factor de corrección del arco de contacto........................................... 109 3.8.1.8. Cálculo de la potencia unitaria................................................................................ 110 3.8.1.9. Cálculo del número de correas. ............................................................................... 111 3.8.1.10. Dimensionamiento de la polea del desgranador. ................................................. 111 3.8.1.11. Cálculo de las tensiones de la polea. ..................................................................... 113 3.8.2. Dimensionamiento del eje ........................................................................................... 115 3.8.3. Dimensionamiento de la chaveta. ............................................................................... 124 3.8.4. Dimensionamiento de los cojinetes. ........................................................................... 128 3.8.5. Dimensionamiento de las poleas y correas del sistema de venteado. ...................... 131 3.4.5.1. Cálculo de la potencia corregida ............................................................................. 131 3.4.5.2. Seleccionar el tipo de correa. .................................................................................. 132 3.8.5.3 Selección del diámetro mínimo de la polea y el diámetro máximo. ...................... 133 3.8.5.4 Selección de la longitud de la correa. ....................................................................... 135 3.8.5.5. Cálculo de la distancia real entre ejes. .................................................................. 136 3.8.5.6. Cálculo del factor de corrección de la longitud de correa. ................................... 137 3.8.5.7. Cálculo del factor de corrección del arco de contacto........................................... 138 3.8.5.8. Calcular la potencia unitaria. .................................................................................. 139 3.8.5.9. Cálculo del número de correas. ............................................................................... 140 3.8.5.10. Dimensionamiento de la polea. .............................................................................. 141 3.8.6. Dimensionamiento de la chaveta. ............................................................................... 142 3.8.7. Dimensionamiento de los cojinetes. ........................................................................... 143 CAPITULO IV .............................................................................................................................. 144 DISEÑO DEL CIRCUITO ELECTRICO ................................................................................. 144 4.1. Introducción........................................................................................................................ 144 4.1.1. Lay out del sistema eléctrico....................................................................................... 145 4.2. Nomenclatura de los componentes eléctricos. .................................................................. 146 4.2.1. Selección para un Contactor. ..................................................................................... 146 I FCYT

4.2.2. Selección para un fusible. ........................................................................................... 146 4.2.3. Selección del relé térmico............................................................................................ 147 4.2.4. Selección para disyuntores termo magnéticos. ......................................................... 147 4.3. Descripción general del proyecto: ..................................................................................... 148 4.4. Comprobaciones de los equipos de protección. ............................................................... 148 4.4.1. Para la partida o arranque. ........................................................................................ 148 4.4.2. Para la ruptura. ........................................................................................................... 148 4.4.3. Verificación de fusibles. .............................................................................................. 148 4.4.4. Para los conductores. .................................................................................................. 149 4.5. Diseño del circuito de potencia. ......................................................................................... 150 4.7. Selección de los componentes del circuito de potencia. ................................................... 153 4.7.1. Selección de los contactores ........................................................................................ 153 4.7.2. Selección del fusible. .................................................................................................... 154 4.7.3. Selección del disyuntor termo magnético .................................................................. 155 4.7.4. Verificación de los componentes eléctricos seleccionados. ...................................... 156 4.8. Diseño del circuito de mando. ........................................................................................... 158 4.8.1. Componentes eléctricos............................................................................................... 159 CAPITULO V ................................................................................................................................ 160 MANTENIMIENTO DE LA DESGRANADORA ..................................................................... 160 5.1. Ubicación de la máquina.................................................................................................... 160 5.2. Capacitación del operador................................................................................................. 161 5.3. Manteniendo preventivo. ................................................................................................... 162 5.3.1. Periodos de mantenimiento. ....................................................................................... 162 5.3.1.1 Inspección diaria. ...................................................................................................... 162 5.3.1.2. Inspección semanal. .................................................................................................. 164 5.3.1.3 Inspección mensual. ................................................................................................ 165 5.3.1.4 Inspección Semestral. ............................................................................................... 166 CAPÍTULO VI .............................................................................................................................. 167 ANÁLISIS DE COSTOS .............................................................................................................. 167 6.1. Materiales de insumo. ........................................................................................................ 167 6.1.1. Grupo A, H................................................................................................................... 167 6.1.2. Grupo B, D, E .............................................................................................................. 168 J FCYT

6.1.3. Grupo C, F, G .............................................................................................................. 169 6.1.4. Componentes eléctricos............................................................................................... 169 6.2. Costos Directos (C.D.) ........................................................................................................ 170 6.3. Costos Indirectos (C.I.) ...................................................................................................... 170 6.4. Costos totales ...................................................................................................................... 171 CAPITULO VII ............................................................................................................................. 172 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................................... 172 Conclusiones .................................................................................................................................. 172 Recomendaciones .......................................................................................................................... 172

K FCYT

INDICE DE TABLAS. Tabla 2.1

Zona de producción en Santa Cruz.

Tabla 2.2

Productores de maní en el chaco.

Tabla 2.3

Productores en Sudamérica

Tabla 2.4

Sistemas de unidades utilizados

Tabla 2.5

Clasificación de las categorías de servicios

Tabla 3.1

Características, especificaciones de desgranadoras de maní empresa Acme

Tabla 3.2

Angulares

Tabla 3.3

Tabla de peso específico

Tabla 3.4

Características, especificaciones del Motovibrador

Tabla 3.5

Resultados de pruebas de rotación del ventilador.

Tabla 3.6

Características, especificaciones del motor 1

Tabla 3.7

Factor de servicio DUNLOP 1

Tabla 3.8

Tipo de correas DUNLOP 2

Tabla 3.9

Diámetro primitivo de las poleas DUNLOP 3

Tabla 3.10

Longitud nominal de correas DUNLOP 4

Tabla 3.11

Factor de longitud DUNLOP 5

Tabla 3.12

Factor de ángulo DUNLOP 6

Tabla 3.13

Potencia unitaria DUNLOP 7

Tabla 3.14

Dimensiones de las poleas DUNLOP 8

Tabla 3.15

Chavetas

Tabla 3.16

Cálculo de cargas en rodamientos C1 (catálogos FAG)

Tabla 3.17

Selección de rodamientos L

FCYT

Tabla 3.18

Selección de rodamientos C2

Tabla 6.1

Materiales del grupo A, H

Tabla 6.2

Materiales del grupo B, D, E

Tabla 6.3

Materiales del grupo C, F, G

Tabla 6.4

Componentes eléctricos

Tabla 6.5

Costos Directos

Tabla 6.6

Costos Indirectos

Tabla 6.7

Costos total general

M FCYT

INDICE DE FIGURAS Figura 2.1

Sentido rotación del momento de inercial.

Figura 2.2

Inercia de un aro

Figura 2.3

Inercia de un cilindro

Figura 2.4

Inercia de un cilindro sólido respecto a su eje horizontal

Figura 2.5

Inercia de un cilindro sólido respecto a su eje vertical.

Figura 2.6

Inercia de un barra respecto a su eje vertical

Figura 2.7

Inercia de un barra respecto al eje vertical extremo

Figura 2.8

Inercia de una esfera

Figura 2.9

Inercia de una esfera delgada

Figura 2.10

Inercia de un aro respecto al eje vertical

Figura 2.11

Inercia de una placa rectangular respecto su eje perpendicular

Figura 2.12

Impurezas en la cosecha

Figura 2.13

Tamaño de los granos

Figura 2.14

Tamaño del grano de maní

Figura 2.15

Salida de los granos en función del ancho tamaño

Figura 2.16

Corriente de aire

Figura 2.17

Corriente de aire en función del viento

N FCYT

Figura 2.18

Limpieza con zaranda manual

Figura 2.19

Ventilador de grano

Figura 2.20

Zaranda cilíndrica rotativa

Figura 2.21

Ventilador y zaranda

Figura 2.22

Sistema de polea-correas

Figura 2.23

Relación de velocidades con diámetros

Figura 2.24

Aumento de velocidad

Figura 2.25

Disminución de la velocidad

Figura 2.26

Velocidades iguales

Figura 2.27

Velocidades contrarias

Figura 2.28

Multiplicador de velocidades

Figura 2.29

Motor eléctrico

Figura 2.30

Contactor

Figura 2.31

Pulsadores de marcha

Figura 2.32

Pilotos de señalización

Figura 2.33

Sensores inductivos

Figura 2.34

Relé térmico

Figura 3.1

Maní desgranado O

FCYT

Figura 3.2

Bosquejo inicial

Figura 3.3

Grupo C, E, D

Figura 3.4

Grupo F, G sistema de venteado

Figura 3.5

Grupo A estructura

Figura 3.6

Grupo B

Figura 3.7

Tolva de alimentación

Figura 3.8

Estructura de la tolva

Figura 3.9

Partes de un resortes

Figura 3.10

Angulo de paso

Figura 3.11

Resorte

Figura 3.12

Base de la tolva

Figura 3.13

Motovibrador

Figura 3.14

Grupo C carcasa de la maquina

Figura 3.15

Malla de salida y sus fijaciones

Figura 3.16

Grupo E

Figura 3.17

Radio de giro grupo E

Figura 3.18

Componentes del grupo E

Figura 3.19

Cilindro anular

Figura 3.20

Soporte rectangular

Figura 3.21

Cilindro sólido P

FCYT

Figura 3.22

Grupo F ventiladora

Figura 3.23

Ventilador centrífugo

Figura 3.24

Venteadora de grano (CIFEMA)

Figura 3.25

Pruebas de velocidades (CIFEMA)

Figura 3.26

Carcasa del ventilador (CIFEMA)

Figura 3.27

Dimensiones del eje del ventilador

Figura 3.28

Dimensiones del ventilador

Figura 3.29

Grupo G carcasa de ventiladora y tolva de descarga.

Figura 3.30

Motor 1 WEG

Figura 3.31

Mecanismos de transmisión

Figura 3.32

Polea del desgranador

Figura 3.33

Eje del sistema de desgrane

Figura 3.34

Dimensiones del eje

Figura 3.35

Plano “XY”

Figura 3.36

Cortantes, momentos en el plano “XY”

Figura 3.37

Plano “XZ”

Figura 3.38

Cortantes, momentos en el plano “XZ”

Figura 3.39

Chaveta trapezoidal

Q FCYT

Figura 3.40

Rodamientos del sistema de desgrane

Figura 3.41

Rodamientos FAG rígidos de bolas

Figura 3.42

Dimensiones de la polea del ventilador

Figura 3.43

Chaveta plana

Figura 4.1

Lay out eléctrico

Figura 4.2

Circuito de potencia

Figura 4.3

Circuito de mando

Figura 5.1

Desperdicios en el interior de la máquina

Figura 5.2

Impurezas en el lugar de trabajo

Figura 5.3

Medición de temperatura

Figura 5.4

Ajuste de pernos y tornillos

Figura 5.5

Control de tensión de correas

Figura 5.6

Lubricación de rodamientos

Figura 5.7

Alineamiento de polea

R FCYT

INDICE DE ANEXO ANEXO 1

Catálogos_Arcelor – perfiles angulares

ANEXO 2

Catálogos de motovibradores

ANEXO 3

Catálogos_Arcelor – perfiles pletinas

ANEXO 4

Cañerías de acero

ANEXO 5

Catálogos_Arcelor – perfiles ejes

ANEXO 6

Catálogos de motores monofásico czerweny

ANEXO 7

Manual de máquinas – casillas

ANEXO 8

Catálogo FAG

ANEXO 9

Catálogo FAG

ANEXO 10

Dimensionamiento de conductores

ANEXO 12

Contactores monopolares siemens 3RF21 20-1AA 2

ANEXO 13

Disyuntores termo magnéticos siemens 5XS2 210-7

ANEXO 14

Catálogo de fusibles SIEMENS

ANEXO 15

Catálogos de correas industriales DUNLOP

S FCYT

GLOSARIO DE ABREVIACIONES Ec:

Energía cinética

mm :

Masa del material

Ep :

Energía potencial

mp :

Masa de la pieza

g:

Gravedad

ℎ:

Altura

Mt :

Momento torsor

I:

Momento de inercia

α:

Aceleración angular

Ieje :

Momento de inercia respecto a otro eje

Ieje (cm): Momento de inercia de un eje paralelo M:

Masa Total.

H:

Distancia entre dos ejes paralelos

CT:

Capacidad de la tolva

PE:

Peso especifico

𝑚𝑚𝑎

Masa del maní

ω:

Velocidad angular

rg :

Radio de giro T FCYT

V:

Velocidad tangencial

ta:

Tiempo de accionamiento

λ:

Angulo de paso

d:

Diámetro del alambre del resorte

P1:

Potencia sistema de desgrane

IC :

Momento de inercia del cilindro

mc :

Masa del cilindro

Is :

Momento de inercia cuerpo rectangular

ms :

Masa de soporte

I′ C :

Momento de inercia cilindro sólido

m´c :

Masa de cilindro sólido

α:

Aceleración angular

Vv :

Velocidad del ventilador

ωv :

Velocidad angular ventilador

rv :

Radio del ventilador

S:

Área

Q:

Caudal

∆p:

Presión

ρ:

Densidad

P2:

Potencia sistema venteado

i:

Relación de transmisión

K S:

Factor de servicio U FCYT

Lc:

Longitud de la correa

KL:

Factor de longitud

Kθ:

Factor de ángulo

Pu :

Potencia unitaria

E:

Módulo de elasticidad

σf :

Esfuerzo de fluencia

τt :

Esfuerzo de corte

N:

Numero de correas

µ:

Coeficiente de rozamiento

ϕ1 :

Diametro del eje

MXY: Momento plano xy MXZ: Momento plano xz Icc:

Corriente de corto circuito

Irop:

Corriente de ruptura

Inc:

Corriente nominal del Contactor

Vnm:

Tensión nominal del motor

Iaj:

Corriente de ajuste

Incrcc: Corriente nominal del Contactor recomendados por catálogos de contactores Inf:

Corriente nominal del fusible

Infrcc: Corriente nominal selección por catálogos de contactores Ipm:

corriente de partida del motor

Kf:

Coeficiente de seguridad de fusibles V FCYT

taf:

Tiempo de actuación del fusible.

tsop conductor: Tiempo que soporta el conductor ante un cortocircuito. t soportabilidad térmica del conductor: Inm:

Tiempo de soportabilidad térmica el conductor

Corriente nominal del motor.

t actuación DTM / T: Tiempo de actuación del disyuntor termo magnético. t partida motor:

Tiempo de partida del motor

I ruptura DTM:

Corriente de ruptura del disyuntor

I c:

Corriente del conductor

Fu:

Factor de utilidad

Cu:

Cobre

S conductor:

Sección del conductor

V tc:

Tensión del Contactor

V bc:

Tensión de la bobina del Contactor

Ipmv : Corriente de partida del Motovibrador In DTM: Corriente nominal del disyuntor termo magnético

W FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

CAPITULO I ASPECTOS GENERALES 1.1. Introducción El maní o cacahuates uno de los cultivos leguminosos más importantes a nivel mundial porque contribuye al desarrollo agrícola e industrial de los países donde se cultiva. Su origen está en la región andina del noroeste de Argentina y sur de Bolivia, de donde se ha ido expandiendo por los diferentes países de Sudamérica y hoy en día se lo cultiva en las zonas tropicales y subtropicales del mundo

Este cultivo representa un factor de gran importancia socioeconómica puesto que la economía de un buen número de productores en Bolivia depende del maní por constituir su principal fuente de ingreso, razón por la cual es indispensable aplicar el mejor manejo posible desde el inicio para evitar pérdidas económicas y alcanzar una buena productividad. Tenemos una cantidad significativa de máquinas que nos ayudan en el proceso de fabricación de alimentos. Las máquinas pueden ser desde las utilizadas en un laboratorio hasta una utilizada en unas plantas grandes; desde las utilizadas a nivel artesanal hasta una que utilice tecnología de punta, algunas máquinas que forman parte de la industria de alimentos que hemos tomado como base para el cálculo y diseño de la desgranadora de maní con un mecanismo similar de funcionamiento.

Desgranadora mecánica de frijol, el tipo de mecanismos para desgranar los frijoles por medio de inyección hidrostática, el método de sistema de pistones, el método de desgrane por medio de rodillos y por medio de ventilación. Algunas máquinas como ser la trilladora de quinua, desgranadora de trigo y cebada, la mayoría de estas máquinas tienen un procesamiento de cereales de alimentos para el consumo humano el proceso de la mayoría de las máquinas qué se basan en trillar operan bajo el mismo 1 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

principio básico un cilindro o tambor provisto de dientes que retira el grano del tallo a medida que esta pasa por el tambor rotatorio y el rallador de metal conocidos como cóncavo , se ha usado mucho estos equipos para el trillado de arroz pero puede usarse también para otros tipos de granos. La trilladora puede clasificarse de acuerdo al método de alimentación al diseño del cilindro o del tambor de trillado y del cóncavo o dependiendo de la fuente de energía que utilizan.

Otro sistema que utilizan estas máquinas para la agricultura es la ventilación el más simple consiste en unos ventiladores accionados manualmente o a pedal provisto de cuchillas de madera, los molinos de vientos son más sofisticado pues sus aspas se montan en una casa que contienen tamices y filtros, el grano debe limpiarse y seleccionarse, los ventiladores pueden accionarse manualmente o también por un motor. Por lo tanto estos equipos son los más apropiados para el ventilado final, los ventiladores manuales son apropiados para pequeños agricultores y de baja producción Como hemos visto la mayoría de estas máquinas que forman parte de la producción agrícola tienen un mecanismo de funcionamiento muy similares pero la gran mayoría son manuales no cuenta con la tecnología que hoy en día existe por esta razón hemos hecho un análisis y un estudio de estas máquinas y se llegó a concluir una desgranadora de maní accionado por un motor. 1.2. Antecedentes y descripción del problema. El maní es uno de los alimentos que han formado parte importante de la dieta humana se encuentran entre las primeras plantas alimenticias domesticadas, con muchas vitaminas que beneficia y ayudan a algunas enfermedades para el ser humano, los altos contenidos de aceite, proteínas, vitaminas y minerales convierten al maní en una excelente fuente alimenticia tanto humana como animal, razón por la cual es utilizado ampliamente en la industria de “snack”, dulces, chocolates y de pastelería; los granos de maní son consumidos crudos, cocidos o tostados y de estos se fabrica mantequilla de maní y aceite de maní, este último utilizado para producir margarinas, ceras, jabones y pomadas. 2 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Los pequeños productores en las prácticas de cultivo se propagaron por todo el país en especial en el trópico de Cochabamba, el departamento de sucre y parte del oriente boliviano a medida que exploraban y comercializaban la demanda de este producto creció rápidamente tanto internamente en el país como fuera ,donde los productores no pueden cubrir esta necesidad exigida por la sociedad, tanto en el sector alimenticio y el comerciantado, por esta razón esta máquina que hemos planteado a nuestros productores agrícolas, que lograra separar el grano de maní de la cascara de una forma rápida y de esta manera aumentara la producción.

El problema que radica al descascarar manualmente el maní, es que ésta implica laboriosidad, tiempo y esfuerzo humano para la obtención del producto lo que a su vez implica más gastos. Todos estos aspectos contrarios provocan la contratación de más personal, deterioro del producto en poco tiempo, baja producción y costo elevado del producto. Descripción de la maquina: Esta máquina desgranadora de maní tiene un funcionamiento interno por medio de tres tubos de aceros que van acoplado al eje desgranador, que por rotación y la inercia que presentan estos tres tubos rompen la cascara del maní por medio de impactos contra la pared, luego desciende al sistema de venteado donde por medio de un ventilador limpia el grano. 1.3 Objetivos 1.3.1. Objetivo general Diseñar una desgranadora de maní 1.3.2. Objetivos específicos  Características, cálculos y diseño de la desgranadora.  Diseñar el circuito eléctrico  Mantenimiento de la desgranadora  Análisis de costos  Elaborar planos 3 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

1.4. Justificación del proyecto Los grandes productores hoy en día sufren con un problema al desgranar el maní que ésta implica laboriosidad, tiempo y esfuerzo humano para la obtención del producto lo que a su vez implica más gastos.

Como habíamos mencionado nuestros productores de Bolivia en el momento de la cosecha y la entrega a los pedidos, la demanda que exige la sociedad sufrían necesidades como la contratación de más personal para desgranar el maní, mayor tiempo de trabajo lo que a su vez implica perdida del producto y aumento del costo de producción.

Para poder solucionar este problema planteamos este proyecto de una maquina desgranadora de maní que nos ayudara en el aumento de la producción y reduce el personal de trabajo y el costo del producto lo cual contribuye con un aumento de ingreso económico para los productores.

Gracias a la tecnología avanzada y los estudios realizados, podemos poner en marcha este proyecto de una máquina para los microempresarios que se dedican a la producción del maní.

4 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1. Origen del maní Bolivia es el centro geográfico de origen del maní a nivel mundial. Se ha identificado 62 razas de maní cultivado en el territorio boliviano. Esta enorme biodiversidad genera ventajas comparativas de acceso al mercado interno y nichos especializados de exportación. En Bolivia se estima que existen 12.000 productores de maní. De estos, 3.000 se concentran en las tierras bajas de Santa Cruz, 3.000 en la región del Chaco, 1.500 en los Valles de Cochabamba, 3.000 en los Valles de Chuquisaca y 1.500 en los Valles Mesotérmicos de Santa Cruz. Los agricultores dedicados a la producción principalmente son de origen étnico quechua, guaraní y guarayo, quienes siembran entre 0,25 a 1 hectárea de maní por familia.  El rango de temperatura va de 10 a 35 °C; lo óptimo para fotosíntesis esta de 25 a 30 °C.  No es afectado por la sequedad atmosférica, siempre y cuando contenga agua en el suelo.  Crece mejores en altitudes de 0 a 800 metros, sin embargo en algunas regiones tropicales se cultiva hasta 1200 m de altitud.

2.1.1. Productores en Santa Cruz El maní es una oleaginosa que se caracteriza por desarrollar sus frutos dentro del suelo es un cultivo tradicional del departamento de Santa Cruz. Esta entre las 20 especies vegetales más importantes para la agricultura y la alimentación humana en el ámbito global, se caracteriza por su alto contenido de aceite y proteínas (25 a 36%) y compuestos vitaminados con alto contenido del complejo B. Por el momento su uso se limita al consumo humano en forma directa, existiendo la posibilidad de industrializarlo 5 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Tabla 2.1 zona de producción en Santa Cruz

Fuente: manual cultivo de maní Santa Cruz 2.1.2. Productores en el chaco El cultivo, transformación y comercialización del Maní en la región del Chaco Chuquisaqueño está a cargo de Asociaciones de Productores y productores independientes, todos ellos apoyados por diversos programas de Cooperación, cuya intervención, está dirigida fundamentalmente a los aspectos técnicos de la producción primaria, no habiendo merecido similar atención, los eslabones transformador y comercializador. El 40 % de la producción de Maní, surge de alguna de las Asociaciones existentes, el resto corresponde a productores independientes. Esta cantidad de productores asociados, representa el 15 % del total de productores (aproximadamente 2.600), lo que en una superficie de 3.270 Ha, representa un promedio de menos de 1 Ha de cultivo, por productor.

6 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Tabla 2.2 productores de maní en el chaco

Fuente: cadena productiva de maní mancomunidad del chaco

2.2. Mercado de exportación Los principales países exportadores son China, Estados Unidos y Argentina, sin embargo, China disminuyó sus exportaciones, debido a un notable incremento en la demanda interna. Las exportaciones de Estados Unidos (21% del total) y Argentina (10% del total) crecieron a una tasa promedio anual de 1.2% y 2.4% respectivamente. Los principales países consumidores de Maní a nivel mundial son los países Europeos del este con el 44% de las importaciones mundiales. Sus principales abastecedores son China, USA y Argentina. Los países asiáticos compran el 31% de las importaciones mundiales. La producción en Sudamérica está concentrada en dos países: Argentina con el 66% y Brasil con el 23%, acumulando el 89% de la producción total. Sin embargo, con respecto a las exportaciones, Argentina es definitivamente el país que tiene prácticamente toda la participación de exportación de América del Sur con el 98% del total exportado en el período 1996 a 2000 (FAO, 2001).

7 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Tabla 2.3 productores en Sudamérica

Fuente: cadena productiva de maní mancomunidad del chaco

Bolivia ocupa el quinto lugar en la producción latinoamericana de maní, con un rendimiento de 1.2 toneladas métricas que lo ubica en sexto lugar en productividad de los 8 principales países productores de Sudamérica. Es importante destacar que los países de la Comunidad Andina de Naciones, que además son mercados potenciales, han incrementado su producción en los últimos años y todos tienen mejores rendimientos promedios que Bolivia. 2.3. Cultivo del maní 2.3.1. Siembra Comúnmente el ciclo de cultivo de maní coincide con la época lluviosa donde se tiene temperaturas adecuadas para su desarrollo apropiado dependiendo del ciclo de la variedad. Épocas de siembras: las épocas de siembra del maní tienen diferentes fechas de acuerdo a la zona de producción, temperatura y la humedad, que están generalmente ligadas a la disponibilidad de agua, pero mayormente en los meses de octubre, noviembre y diciembre. Tratamiento de la semilla: se debe realizar un tratamiento a la semilla antes de la siembra, para eliminar los hongos posiblemente presentes en la semilla y el suelo se sugiere hacerlo con el Captan de 50 dosis con 250 gr/100 kg de semilla, el Thiran en dosis 300 gr/100 kg. 8 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.3.1. Cosecha Es la etapa final del proceso productivo del maní, se debe realizar cuando el mayor número de vainas ha obtenido su máximo peso (madurez fisiológica) considerando el tiempo seco, si para la cosecha llueve todavía pueden presentarse problemas por la producción de aflotoxina, una sustancia venenosisima en el secado del grano. Arrancado: consiste en arrancar la planta del suelo, la práctica del arrancado se realiza en forma manual con azadón o picotas. Secado: consiste en formar hileras en las plantas arrancadas con las vainas (tallo) hacia arriba, expuestas al sol para evitar las infecciones por espacio de 5 a 7 días según el clima, evitando el contacto con el suelo. Despicado: consiste en la separación de las vainas del resto de la planta cuando la humedad del grano se encuentre del 18 a 22 %. Trillado o descascarado: se realiza en forma manual o mecánica el almacenamiento con cascara o grano con 10 % de humedad es una práctica para conservar la calidad del producto, aunque el maní se conserva mejor en cascara que en descascarado

2.4. Introducción al diseño. 2.4.1. Conceptos de diseño. La palabra diseño, deriva de la palabra latina designare, que significa: designar, delimitar o señalar. Para el diccionario de la Real Academia Española, diseño es “Descripción o bosquejo verbal de algo”, mientras que el término anglosajón: hace referencia a toda la actividad de desarrollo de una idea de producto, de tal manera que se acerca mucho más al concepto castellano de “proyecto” La ingeniería el diseño mecánico es el proceso de dar forma, dimensiones, materiales, tecnología de fabricación y funcionamiento de una máquina para que cumpla unas determinadas funciones o necesidades. 9 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.4.2. Consideraciones del diseño. La expresión factor de diseño significa alguna característica o consideración que influye en el diseño de algún elemento o, quizá, en todo el sistema. Por lo general se tiene que tomar varios de esos factores en un caso de diseño determinado. Las consideraciones tomadas en este proyecto son: 

Resistencia



Corrosión



Desgastes



Utilidad



Seguridad



Peso



Estilización



Forma



Tamaño



Flexibilidad



Presión



Rigidez



Potencia eléctrica



Control eléctrico

Algunos de estos factores se refieren directamente a las dimensiones, al material, al procesamiento o proceso de fabricación o bien, a la unión o ensamble de los elementos de un sistema. 2.4.3. Códigos y normas de diseño. Una norma es un conjunto de especificaciones para partes, materiales o procesos establecidos a fin de lograr uniformidad, eficiencia y una cantidad especificada. Uno de los propósitos importantes de una norma es poner un límite al número de artículos en las especificaciones para proporcionar un inventario razonable de herramientas, tamaños, formas y variedades. 10 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Un código es un conjunto de especificaciones para el análisis, diseño, manufactura y construcción de algo. El propósito de un código consiste en lograr un grado específico de seguridad, eficiencia y desempeño o calidad.

2.4.3.1. ASTM A36 Esta especificación trata sobre perfiles, placas, y barras de acero al carbono de calidad estructural para usar en construcción remachada, atornillada o soldada. 2.4.3.2. AISI 1020 Se utiliza para acero de mayor fortaleza que el 1018 y menos fácil de conformar. Responde bien al trabajo en frio y al tratamiento térmico de cementación. La soldabilidad es adecuada. Por su alta tenacidad y baja resistencia mecánica es adecuado para elementos de maquinaria. 2.4.3.3. DIN (Deutsches Institut fur Normung) Es el organismo nacional de normalización de Alemania. Elabora, en cooperación con el comercio, la industria, la ciencia, los consumidores e instituciones públicas, estándares técnicos (normas) para la racionalización y el aseguramiento de la calidad, en este proyecto se hará uso para el tamaño de hojas para planos como ser DIN A3, A4. 2.4.3.4. IEC La comisión electrotécnica internacional (CEI o IEC por sus siglas en inglés, international electrotechnical commission) es una organización de normalización en los campos eléctrico, electrónico y tecnología relacionada. Numerosas normas se desarrollan conjuntamente con la ISO (normas ISO/IEC). En este proyecto en particular se usara esta norma para la parte eléctrica 2.4.4. Sistemas de unidades. Los sistemas de unidades son conjuntos de unidades convenientemente relacionadas entre que se utilizan para medir diversas magnitudes (longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se conocen tres sistemas de unidades: mks o sistema internacional, cgs y 11 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

técnico. En el presente proyecto se hará una combinación de distintos sistemas, puesto que los métodos de cálculo, y los catálogos de componentes difieren en cuanto a sistema de unidades. Las unidades fundamentales correspondientes a las magnitudes que se usaran en este proyecto se detallan a continuación: Tabla 2.4 Sistemas de unidades utilizados. Magnitud

Unidad

Abreviación

Longitud

Milímetro, Centímetro, Metro

Mm, cm, m

Fuerza

Kilogramo fuerza, Newton

Kgf, N

Masa

Kilogramo

Kg

Área

Centímetros cuadrados

cm2

Esfuerzos

Kilogramo fuerza sobre centímetro cuadrado

Kgf/cm2

Momentos flectores

Kilogramo fuerza por centímetro

Kgf ∗ cm

Inercias

Centímetro a la cuarta

cm4

Volumen

Metro cubico

m3

Densidad

Kilogramo sobre centímetro cubico

Kgf/m3

Tiempo

Segundo, minuto

s, min

Caudal

Metros cúbicos sobre por hora

m3 /h

Velocidad

Metros sobre segundos

m/s

Torque

Newton por metro

N*m

Potencia

Kilowatt

Kw

Voltaje

Voltio

V

Corriente

Amperio

A

Frecuencia

Hertz

Hz Fuente: elaboración propia.

12 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Algunas unidades pueden variar debido a la variación de unidades en los catálogos de selección de componentes. 2.5. Energías Existen varias formas de energía como la energía química, el calor, la radiación electromagnética, la energía nuclear, las energías gravitacional, eléctrica, elástica, etc., todas ellas pueden ser agrupadas en dos tipos: la energía potencial y la energía cinética. 2.5.1. Energía cinética La energía cinética es la energía del movimiento. La energía cinética de un objeto es la energía que posee a consecuencia de su movimiento. La energía cinética es una expresión del hecho de que un objeto en movimiento, puede realizar un trabajo sobre cualquier cosa que golpee; cuantifica la cantidad de trabajo que el objeto podría realizar como resultado de su movimiento. La energía cinética de un material está dada por: 1

Ec = mm ∗ V 2 2

(Ecua 2.1)

Donde: mm: masa del material V: velocidad tangencial

2.5.2. Energía potencial La energía potencial gravitatoria es la energía asociada con la fuerza gravitatoria. Esta dependerá de la altura relativa de un objeto a algún punto de referencia, la masa, y la fuerza de la gravedad.

13 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Si bien la fuerza gravitacional varía con la distancia (altura), en las proximidades de la superficie de la Tierra la diferencia es muy pequeña como para ser considerada, por lo que se considera a la aceleración de la gravedad como una constante (9,8 m/s2) en cualquier parte. En cambio en la Luna, cuya gravedad es muy inferior, se generaliza el valor de 1,66 m/s2. Para estos casos en los que la variación de la gravedad es insignificante, se aplica la fórmula: Ep = mp ∗ g ∗ h

(Ecua 2.2)

Donde: mp :

Masa de la pieza

g:

Aceleración de la gravedad

h:

Altura

2.6. Dinámica de los cuerpos rígidos. La aplicación de una fuerza a un cuerpo rígido no vinculado (por ejemplo, no tiene ejes de rotación fijos preestablecidos) provocará una traslación de su centro de masa y una rotación en torno a un eje que lo contenga. Esto último es así debido a la condición de rigidez: dado que las partículas que componen al cuerpo rígido deben conservar constantes sus distancias relativas, el único movimiento que se puede superponer al de traslación del centro de masa y compatible con esta exigencia, es el de una rotación en torno a un eje que pase por el centro de masa.

14 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.6.1. El cuerpo rígido El cuerpo rígido es un caso especial de un sistema de partículas. Es un cuerpo ideal en el cual las partículas que lo componen no modifican su posición relativa entre ellas, cualquiera sea la fuerza o torque a la que esté sometido. Es decir, ninguna fuerza y/o torque que “actúe” sobre el sólido rígido será capaz de modificar la distancia que guarda cada una de las partículas que componen al sólido con todas las demás. Esta es su característica distintiva.

2.6.1.1. Traslación pura. El cuerpo rígido puede tener un movimiento de traslación pura; en este tipo de movimiento, las velocidades de cada una de las partículas que componen al sólido, en cada instante de tiempo, son iguales (tener presente que la velocidad es un vector; esto implica que el módulo, la dirección y el sentido de la velocidad son iguales para todas las partículas en un instante dado). En general, el movimiento del sólido será curvilíneo y, por lo tanto, tendrá componentes de aceleración tangencial y normal.

2.6.1.2. Rotación pura. Si el único movimiento del cuerpo rígido es de rotación alrededor de un eje, decimos que el movimiento es de rotación pura; en este caso, las trayectorias de todas las partículas del sólido son circunferencias concéntricas; la velocidad de cada partícula tendrá la dirección y sentido del vector tangente a la circunferencia en cada instante de tiempo. Asimismo, las velocidades de las distintas partículas que integran el sólido no serán las mismas; la única velocidad común será la velocidad angular del cuerpo.

15 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.6.2 Momento de Inercia. El momento de inercia es una medida de la inercia rotacional de un cuerpo. Más concretamente el momento de inercia es una magnitud escalar que refleja la distribución de masas de un cuerpo o un sistema de partículas en rotación, respecto al eje de giro. El momento de inercia sólo depende de la geometría del cuerpo y de la posición del eje de giro; pero no depende de las fuerzas que intervienen en el movimiento. El momento de inercia desempeña un papel análogo. Al de la masa inercial en el caso del movimiento rectilíneo y uniforme. Es el valor escalar del momento angular longitudinal de un sólido rígido.

2.6.2.1. Ecuaciones del momento de inercia. El momento de inercia de un cuerpo indica su resistencia a adquirir una aceleración angular. Para una masa puntual y un eje arbitrario, el momento de inercia es: Figura 2.1 sentido rotación del momento de inercial.

Fuente: elaboración propia

I = dm ∗ r 2 16 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Donde m es la masa del punto, y r es la distancia al eje de rotación. Dado un sistema de partículas y un eje arbitrario, se define como la suma de los productos de las masas de las partículas por el cuadrado de la distancia r de cada partícula a dicho eje. Matemáticamente se expresa como:

I = ∑ mi ∗ ri 2

Para un cuerpo de masa continua (Medio continuo), se generaliza como:

I = ∫ r 2 ∗ dm I = ∫ ρr 2 ∗ dV El subíndice V de la integral indica que se integra sobre todo el volumen del cuerpo. La masa es la resistencia que presenta un cuerpo a ser acelerado en traslación y el Momento de Inercia es la resistencia que presenta un cuerpo a ser acelerado en rotación. Así, por ejemplo, la segunda ley de Newton: tiene como equivalente para la rotación: a = F/m tiene como equivalente para la rotación. Mt = I ∗ α Mt :

es el momento aplicado al cuerpo.

I:

es el momento de inercia del cuerpo con respecto al eje de rotación.

α:

es la aceleración angular.

(Ecua 2.3)

La energía cinética de un cuerpo en movimiento con velocidad V es.

Ec =

1 m ∗ V2 2 17

FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Mientras que la energía cinética de un cuerpo en rotación con velocidad angular ω es. 1

𝐸𝑐 = 𝐼 ∗ ω2 2

(Ecua 2.4)

Donde I es el momento de inercia con respecto al eje de rotación.

2.6.2.2. Teorema de Steiner o teorema de los ejes paralelos. El teorema de Steiner establece que el momento de inercia con respecto a cualquier eje paralelo a un eje que pasa por el centro de masa, es igual al momento de inercia con respecto al eje que pasa por el centro de masa más el producto de la masa por el cuadrado de la distancia entre los dos ejes. Ieje = Ieje (cm) + MH 2

(Ecua 2.5)

Donde: Ieje :

es el momento de inercia respecto al eje que no pasa por el centro de masa.

Ieje (cm):

es el momento de inercia para un eje paralelo al anterior que pasa por el centro de masa.

M:

Masa Total.

H:

Distancia entre los dos ejes paralelos considerados.

18 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.6.3. La inercia de rotación de varios sólidos en torno a ejes elegidos.

2.6.3.1. Aro en torno al eje del cilindro. Figura 2.2 Inercia de un aro

Fuente: https://gnfisica.files.wordpress.com/2010/04/momentos-de-inercia1.pdf

I = M ∗ R2

(Ecua 2.6)

2.6.3.2. Cilindro anular en torno al eje del cilindro. Figura 2.3 Inercia de un cilindro

Fuente: https://gnfisica.files.wordpress.com/2010/04/momentos-de-inercia1.pdf

19 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

1

I = 2 M(R12 + R22 )

(Ecua 2.7)

2.6.3.3. Cilindro sólido en torno al eje del cilindro. Figura 2.4 Inercia de un cilindro sólido respecto a su eje horizontal

Fuente: https://gnfisica.files.wordpress.com/2010/04/momentos-de-inercia1.pdf

1

I = M ∗ R2 2

(Ecua 2.8)

2.6.3.4. Cilindro sólido en torno al diámetro central. Figura 2.5 Inercia de un cilindro sólido respecto a su eje vertical.

Fuente: https://gnfisica.files.wordpress.com/2010/04/momentos-de-inercia1.pdf

20 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

I=

MR2 4

+

ML2 12

(Ecua 2.9)

2.6.3.5. Varilla delgada en torno a un eje que pasa por el centro perpendicular a la longitud.

Figura 2.6 Inercia de un barra respecto a su eje vertical

Fuente: https://gnfisica.files.wordpress.com/2010/04/momentos-de-inercia1.pdf

I=

ML2 12

(Ecua 2.10)

2.6.3.6. Varilla delgada en torno a un eje que pasa por un extremo perpendicular a la longitud.

21 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Figura 2.7 Inercia de una barra respecto al eje vertical extremo

Fuente: https://gnfisica.files.wordpress.com/2010/04/momentos-de-inercia1.pdf

I=

ML2 12

(Ecua 2.11)

2.6.3.7. Esfera sólida en torno a cualquier diámetro. Figura 2.8 Inercia de una esfera

Fuente: https://gnfisica.files.wordpress.com/2010/04/momentos-de-inercia1.pdf

I=

2MR2 5

(Ecua 2.12)

22 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.6.3.8. Cascaron esférico delgado en torno a cualquier diámetro. Figura 2.9 Inercia de una esfera delgada

Fuente: https://gnfisica.files.wordpress.com/2010/04/momentos-de-inercia1.pdf

I=

2MR2 3

(Ecua 2.13)

2.6.3.9. Aro en torno a cualquier diámetro. Figura 2.10 Inercia de un aro respecto al eje vertical

Fuente: https://gnfisica.files.wordpress.com/2010/04/momentos-de-inercia1.pdf

I=

M∗R2 2

(Ecua 2.14)

23 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.6.3.10. Placa rectangular en torno al eje perpendicular que pasa por su centro. Figura 2.11 Inercia de una placa rectangular respecto su eje perpendicular

Fuente: https://gnfisica.files.wordpress.com/2010/04/momentos-de-inercia1.pdf

I=

M(a2 ∗b2 ) 12

(Ecua 2.15)

24 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.7. Sistema de limpieza. 2.7.1. Introducción Los granos y cereales cosechados manual o mecánicamente siempre contienen impurezas. Para la conservación de los granos durante el almacenamiento es necesario considerar dos aspectos importantes de las impurezas; uno de ellos es el hecho de que su presencia hace más difícil la conservación de los granos, y el otro se refiere a la dificultad que presentan para la buena operación de las unidades almacenadoras. El exceso de impurezas influye en forma negativa en la conservación de los productos almacenados, porque normalmente son higroscópicas y tienden a humedecer los granos, además de ser un medio favorable para el desarrollo de insectos y microorganismos. Con respecto a la operación de las unidades almacenadoras, las impurezas afectan el rendimiento de las secadoras, dificultan el movimiento de los granos y crean una barrera para el paso del aire de secado. Las impurezas constituyen un riesgo de incendio cuando quedan depositadas en el interior de las secadoras, ya que pueden entrar fácilmente en combustión. En el caso de la aireación y el control de los insectos, las impurezas son perjudiciales porque ocupan los espacios intergranulares, dificultando el movimiento del aire. En consecuencia, se puede concluir que un alto contenido de impurezas disminuye la eficiencia de las secadoras, dificulta la aireación de los productos almacenados y reduce la eficacia de los insecticidas y fumigantes.

2.7.2. Impurezas de los granos. ¿Qué son las impurezas? Las impurezas que normalmente se encuentran en los productos agrícolas, por lo general. Son fragmentos provenientes de la propia planta, como rastrojos, hojas, trozos de granos, ramas, pujas, etc. Asimismo, existen otras impurezas que no provienen de la propia planta, a las cuales se les denomina materias extrañas y que generalmente están constituidas por semillas silvestres, parte de otras plantas, además de terrones, arena, piedras, etc. Las impurezas presentes en los productos agrícolas son consecuencia del descuido durante el cultivo, principalmente en el 25 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

control de malezas, y de los métodos utilizados para la cosecha. Con un poco de cuidado durante la cosecha es posible evitar el corte de partes innecesarias de la planta, lo que disminuye la cantidad de impurezas en el producto cosechado. Cuando la cosecha es mecanizada, es necesario regular bien la cosechadora para obtener un producto más limpio. Figura 2.12 Impurezas en la cosecha

Fuente: elaboración propia

2.7.3. Limpieza de los granos. La limpieza de granos y cereales consiste en la eliminación total o parcial de las impurezas, para facilitar su conservación durante el almacenamiento y para cumplir las normas sobre el contenido de impurezas en el momento de la comercialización.

2.7.3.1. Principios básicos de la separación. La separación de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen entre las propiedades físicas de los mismos y las impurezas. Cuando estas propiedades son similares o idénticas, la separación se torna difícil, como por ejemplo, cuando las piedras tienen el mismo tamaño que el grano que se está limpiando. En este caso, siempre que sea posible, la

26 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

separación debe basarse en la propiedad cuya diferencia sea más pronunciada. Las máquinas de limpiar realizan la separación en función de tres características básicas:  Tamaño  Forma  Velocidad terminal Las características de tamaño y forma de un producto interactúan durante el proceso de separación, por lo que es muy importante definir correctamente estas características.

2.7.3.1.1. Tamaño Los granos tienen tres dimensiones: largo, ancho y grosor. En las máquinas de limpieza, para realizar la separación se utilizan únicamente las dimensiones de largo y grosor. Figura 2.13 Tamaño de los granos

Fuente: https://www.google.com.bo/webhp?sourceid=chromeinstant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=limpieza%20de%20granos

27 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Figura 2.14 Tamaño del grano de maní

Fuente: elaboración propia Como se ve en la figura 2.14 se tiene las dimensiones del grano de maní, tiene un promedio de 12 mm de largo lo cual es la dimensión importante para seleccionar la malla de salida de para que caiga al sistema de venteado. Separación en función del ancho: Para separar los granos de un mismo ancho se puede utilizar una zaranda de orificios redondos, considerando que los granos tienen el mismo largo y espesor.

28 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Figura 2.15 Salida de los granos en función del ancho tamaño

Fuente: https://www.google.com.bo/webhp?sourceid=chromeinstant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=limpieza%20de%20granos

Separación en función del grosor. Los granos que poseen grosores diferentes pueden ser separados con una malla de orificios alargados u oblongos, si tienen el mismo largo y ancho.

2.7.3.1.2. Forma La elección del tipo de perforación de las mallas usadas como separadores en las máquinas de limpieza está relacionada con la forma del producto. De acuerdo con el tipo de granos e impurezas, es necesario elegir una malla apropiada a la forma del producto que se pretende separar.

2.7.3.1.3. Velocidad terminal. La velocidad terminal es una propiedad física muy utilizada en la separación de impurezas de un producto. Si el producto es sometido a una corriente de aire ascendente y comienza a flotar, la velocidad de la corriente de aire en equilibrio con las fuerzas del producto se conoce como "velocidad terminal" de ese producto. Si la velocidad del aire aumenta o disminuye, el producto tenderá a desplazarse. Las máquinas de limpieza que utilizan la velocidad terminal para la separación de impurezas, someten al producto a una corriente de aire que tiene una 29 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

velocidad menor que la velocidad terminal de los granos, por lo que las impurezas más livianas (como pujas y polvo) son impulsadas por la corriente de aire, facilitando su separación. Figura 2.16 Corriente de aire

Fuente: https://www.google.com.bo/webhp?sourceid=chromeinstant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=limpieza%20de%20granos 2.7.4. Métodos de limpieza. La limpieza de los productos agrícolas es una práctica adoptada hace miles de años y que poco ha cambiado desde entonces, pues en la actualidad se utilizan los mismos principios mecánicos. No obstante que las máquinas modernas permiten una buena limpieza de los productos, poseen un rendimiento bajo, lo que muchas veces limita la recepción de éstos en las grandes unidades de almacenamiento. En el medio rural, los sistemas de limpieza son bastante rudimentarios; por lo general, las impurezas se separan por medio del viento, utilizando cernidores manuales; ocasionalmente equipos más complejos, como máquinas con sistemas de aspiración de aire y juego de mallas 30 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

o zarandas. En las unidades almacenadoras o en las grandes propiedades agrícolas, donde se requiere limpiar grandes cantidades de granos, se utilizan máquinas de limpieza con sistemas de aspiración de aire y zarandas. Estas máquinas tienen una alta capacidad para una eficiente limpieza, pero su operación es relativamente compleja.

Existen varios sistemas para la limpieza de los granos. Los más utilizados, tanto en pequeñas como en grandes propiedades, son:  limpieza con viento  limpieza con zarandas manuales  limpieza con ventilador  limpieza con zarandas cilíndricas rotativas  limpieza con ventilador y zarandas.

2.7.4.1 Limpieza con viento. Uno de los métodos más simples y antiguos de limpieza de granos es aquél que utiliza el viento. Este método es muy utilizado en la actualidad por los pequeños productores rurales, que tienen un bajo poder adquisitivo. Este sistema consiste en levantar los granos a una determinada altura, dejándolos caer para que el viento separe las impurezas más livianas, como polvo, hojas, granos vacíos, etc. Este método de limpieza tiene el inconveniente de que no elimina las impurezas o materias extrañas más pesadas, como arena, piedras, terrones etc., que caen junto con los granos.

31 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Figura 2.17 Corriente de aire en función del viento

Fuente: https://www.google.com.bo/webhp?sourceid=chromeinstant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=limpieza%20de%20granos 2.7.4.2. Limpieza con zaranda manual. Este método es el más utilizado por los pequeños agricultores. El método consiste en utilizar mallas o zarandas manuales y realizar un movimiento hacia arriba con la zaranda, lanzando el producto al encuentro de la corriente de aire; el viento se encarga de eliminar las impurezas más livianas. Enseguida se realiza un movimiento de vibración o vaivén de la zaranda, para propiciar que las impurezas menores pasen por los orificios.

32 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Figura 2.18 Limpieza con zaranda manual

Fuente: https://www.google.com.bo/webhp?sourceid=chromeinstant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=limpieza%20de%20granos

Las zarandas manuales son muy utilizadas porque permiten la limpieza de pequeñas cantidades de productos de manera muy eficiente y pueden ser construidas fácilmente por los propios agricultores. Estas características permitieron su difusión en casi todos los países del mundo. La capacidad de limpieza con las zarandas manuales es del orden de 120 a 180 kg por hora de trabajo. Tiene la desventaja de ser una operación de bajo rendimiento y de exigir gran esfuerzo físico y habilidad del operador. Por esta razón, la técnica es penosa y perjudicial para la salud, pues el trabajador permanece en constante contacto con la polución causada por el polvo.

2.7.4.3. Limpieza con ventilador. El uso de ventiladores para la limpieza de los granos está bastante difundido en algunos países. Consiste básicamente en un ventilador que produce un flujo de aire, el que realiza la

33 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

separación de las impurezas del producto. Esta separación se efectúa a base de las diferencias de la velocidad terminal de las impurezas y de los granos. Este sistema de limpieza sirve para eliminar impurezas livianas, tales como polvo, hojas, tallos, ramillas, etc., y se recomienda para la limpieza de maíz, maní, arroz y frijoles a nivel de pequeños productores. La limpieza se lleva a cabo haciendo pasar una corriente de aire por los granos; las impurezas más livianas son lanzadas fuera de la máquina por la acción del aire del ventilador. Cuando el producto contiene muchas impurezas pesadas, como terrones y arena, no es posible con este método realizar una buena limpieza.

El ventilador está constituido por una caja con forma de caracol, en cuyo interior existe un rotor formado por un conjunto de paletas o aspas dispuestas en círculo, que al ser accionadas en forma manual o mecánica generan una corriente de aire. El producto se coloca en la tolva superior, que es un depósito en forma de "V", con una pequeña abertura en la parte inferior, provista de una válvula o compuerta mediante la cual se regula la cantidad de producto que entra a la limpiadora. Al pasar el producto por la corriente de aire se separan las impurezas livianas y cae el producto limpio en el colector.

34 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Figura 2.19 Ventilador de granos

Fuente: https://www.google.com.bo/webhp?sourceid=chromeinstant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=limpieza%20de%20granos

2.7.4.4. Limpieza con zarandas cilíndricas rotativas. Las máquinas de limpieza con mallas cilíndricas rotativas son muy utilizadas en las grandes haciendas, debido a su gran capacidad para limpiar y porque requieren baja potencia para su funcionamiento. Están constituidas básicamente por dos mallas cilíndricas, colocadas una dentro de otra. La malla interior tiene forma de cono, para que los granos se deslicen cuando se opera el equipo a una velocidad más baja.

35 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Figura 2.20 Zaranda cilíndrica rotativa

Fuente: https://www.google.com.bo/webhp?sourceid=chromeinstant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=limpieza%20de%20granos

Durante su funcionamiento, los granos entran por la malla interna que posee orificios más grandes que los granos, lo que permite que el producto pase y se retengan las impurezas mayores. La malla externa posee orificios menores que retienen los granos y permiten el paso de las impurezas menores. Normalmente, estas máquinas poseen un sistema que permite sustituir a las mallas, lo que permite la limpieza de diferentes productos.

2.7.4.5. Limpieza con ventilador y zaranda. Las máquinas de limpieza con ventilador y zarandas constituyen el sistema más eficiente para la limpieza de los granos. Estas máquinas se utilizan cuando se requiere una limpieza más eficiente del producto. Para separar las impurezas utilizan un ventilador y un conjunto de zarandas. Estas máquinas pueden ser utilizadas en la operación de pro-limpieza para eliminar parte de las impurezas de los granos, o en la operación de limpieza, después del secado. La diferencia entre máquinas de limpieza y pro-limpieza está determinada básicamente por la eficiencia de la separación. Las máquinas de limpieza tienen ventiladores 36 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

más potentes, o un mayor número de zarandas con orificios, cuya dimensión se aproxima más al tamaño de los granos, lo que permite realizar una limpieza más eficiente. Por lo general, las máquinas con ventilador y zarandas están constituidas por un depósito o alimentador, un sistema de aspiración de polvo (que se encuentra a la entrada o salida del producto) un conjunto de zarandas intercambiables y un dispositivo para producir la vibración u oscilación del conjunto de zarandas.

Figura 2.21 Ventilador y zaranda

Fuente: https://www.google.com.bo/webhp?sourceid=chromeinstant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=limpieza%20de%20granos

37 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.8. Mecanismo de transmisión.

2.8.1. Sistema polea-correa. Transmite un movimiento giratorio de un eje a otro, pudiendo modificar sus características de velocidad y sentido. Normalmente los ejes tienen que ser paralelos, pero el sistema también puede emplearse con ejes que se cruzan a 90º.

2.8.1.1. Descripción. El sistema se compone, básicamente, de dos ejes (conductor y conducido), dos poleas (conductora y conducida) y una correa; a los que se les puede añadir otros operadores como poleas locas o tensores cuya finalidad es mejorar el comportamiento del sistema. La finalidad de cada operador es la siguiente: • El eje conductor es el eje motriz, el que dispone del movimiento que tenemos que transmitir al otro eje. • El eje conducido es el eje que tenemos que mover. • Polea conductora es la que está unida al eje conductor. • Polea conducida es la que está unida al eje conducido. • La Correa es un aro flexible que abraza ambas poleas y transmite el movimiento de una a otra.

38 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Figura 2.22 Sistema de polea-correas

Fuente: mecanismo de transformación de movimiento

Puede resultar interesante observar que los dos tramos de la correa no se encuentran soportando el mismo esfuerzo de tensión: uno de ellos se encuentra bombeado (flojo) mientras que el otro está totalmente tenso dependiendo del sentido de giro de la polea conductora (en la figura anterior el tramo superior estaría flojo mientras el inferior estaría tenso).

2.8.1.2. Características. Este sistema de transmisión de movimientos tiene muchas ventajas: mucha fiabilidad, bajo costo, funcionamiento silencioso, no precisa lubricación, tiene una cierta elasticidad, por estas razones es tan usado en aparatos electrodomésticos (neveras, lavadoras, lavavajilla), electrónicos (aparatos de vídeo y audio, disqueteras) y en algunos mecanismos de los motores térmicos (ventilador, distribución, alternador, bomba de agua). Su principal desventaja consiste en que cuando la tensión es muy alta la correa puede llegar a salirse de la polea, lo que en algunos casos puede llegar a provocar alguna avería más seria. 39 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.8.1.3 Relación de velocidades. La transmisión de movimientos entre los dos ejes está en función de los diámetros de las dos poleas, cumpliéndose en todo momento: D1 x n1= D2 x n2 Definiendo la relación de velocidades como:

𝑖=

𝐕𝐞𝐥𝐨𝐜𝐢𝐝𝐚𝐝 𝐞𝐣𝐞 𝐜𝐨𝐧𝐝𝐮𝐜𝐭𝐨𝐫 𝐃𝐢á𝐦𝐞𝐭𝐫𝐨 𝐩𝐨𝐥𝐞𝐚 𝐜𝐨𝐧𝐝𝐮𝐜𝐢𝐝𝐚 = 𝐕𝐞𝐥𝐨𝐜𝐢𝐝𝐚𝐝 𝐞𝐣𝐞 𝐜𝐨𝐧𝐝𝐮𝐜𝐢𝐝𝐨 𝐃𝐢á𝐦𝐞𝐭𝐫𝐨 𝐩𝐨𝐥𝐞𝐚 𝐜𝐨𝐧𝐝𝐮𝐜𝐭𝐨𝐫𝐚

𝐧𝟏

𝐃𝟐

𝑖 = 𝐧𝟐 = 𝐃𝟏

(Ecua 2.16)

Donde: D1

Diámetro Polea conductora

D2

Diámetro Polea conducida.

n1

Velocidad de giro Polea conductora

n2

Velocidad de giro Polea conducida.

Figura 2.23 Relación de velocidades con diámetros

Fuente: mecanismo de transformación de movimiento

40 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.8.1.4. Aumento de la velocidad de giro. Si la Polea conductora tiene mayor diámetro que la conducida, la velocidad de giro es aumenta.

D1 > D2

V1 < V2

Figura 2.24 Aumento de velocidad

Fuente: mecanismo de transformación de movimiento

2.8.1.5. Disminución de la velocidad de giro. Si la Polea conductora es menor que la conducida, la velocidad de giro del eje conducido será mayor que la del eje conductor.

D1 < D2

V1 > V2

41 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Figura 2.25 Disminución de la velocidad

Fuente: mecanismo de transformación de movimiento

2.8.1.6. Mantenimiento de la velocidad de giro. Si ambas poleas tienen igual diámetro, la velocidad de giro de los dos ejes es idéntica.

D1 = D2

V1 = V2

Figura 2.26 Velocidades iguales

Fuente: mecanismo de transformación de movimiento

42 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.8.1.7. Inversión del sentido de giro. Empleando poleas y correas también es posible invertir el sentido de giro de los dos ejes sin más que cruzar las correas. Con una adecuada relación de diámetros se podrá también aumentar (D1 > D2), disminuir (D1 < D2) o mantener (D1 = D2) la velocidad de giro del eje conducido. Figura 2.27 Velocidades contrarias

Fuente: mecanismo de transformación de movimiento 2.8.1.8. Multiplicadores de velocidad. La mejor forma de conseguir que una máquina disponga de cierta variedad de velocidades empleando el sistema polea-correa consiste en el empleo de polea múltiple colocadas según se muestra en la figura. Para un correcto funcionamiento del sistema es necesario disponer de un sistema que permita modificar la tensión de la correa para facilitar el emparejamiento de las poleas. Figura 2.28 Multiplicador de velocidades

Fuente: mecanismo de transformación de movimiento 43 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.9. Automatización

2.9.1. Introducción a la automatización. La automatización es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias o procesos industriales. Como una disciplina de la ingeniería más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en el tiempo real para supervisar, controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.

2.9.2. Clases de automatización

2.9.2.1. Neumática. Este proceso de automatización se destaca por máquinas que utilizan el aire comprimido para trabajar, hay que tomar en cuenta dos de las máquinas que producen el aire comprimido y aquellas que lo utilizan, aquellas que la producen se llaman compresores, y aquellas que lo utilizan se llaman actuadores neumáticos, puede ser de tipo lineal o rotativos.

2.9.2.2. Hidráulica Son aquellas máquinas que utilizan fluidos para trabajar, usando mayormente áreas para moderar las potencias, en este proceso hidráulico se utilizan distintos tipos de fluidos para obtener una alta relación de potencia y aceleración en pocas áreas. Estas máquinas utilizan la incompresibilidad de los líquidos para generar grandes cantidades de potencias en muy poco tiempo. Por este mismo hecho se usan maquinas hidráulicas donde se requiere mucha potencia.

44 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.9.2.3. Mecánica Es el uso de máquinas automáticas para sustituir principalmente las acciones humanas. Este tipo de automatización se utiliza para sustituir las acciones humanas. Estas máquinas transforman la energía eléctrica en energía mecánica para desarrollar algún trabajo para el cual fueron diseñadas, este tipo de máquinas se usan generalmente para trabajos que son repetitivos como los de corte, moldeo y troquelado entre otros, y también en aquellos tipos de trabajos que ponen riesgo la vida del trabajador.

2.9.2.3. Eléctrica. La automatización eléctrica es el campo de la ingeniería y de la física aplicada relativo al diseño y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos eléctricos que se diseñan con el fin de automatizar procesos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión, recepción,

almacenamiento de información, entre otros. Esta

información puede ser en voz o en música como en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisión, en envió de señales de unidades lógicas como los PLC´S.

En el desarrollo de este proyecto se usara y se hará énfasis la automatización eléctrica pero sin el almacenamiento de información.

2.9.3. Elementos de la automatización eléctrica. Podemos clasificarlos en elementos de fuerzas y maniobra, y elementos de protección.

45 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.9.3.1 elementos de fuerza y maniobra. 2.9.3.1.1. Motor eléctrico

Figura 2.29 Motor eléctrico

Fuente: www.google.com

Es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de campos electromagnéticos variables.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Son muy utilizados en instalaciones eléctricas industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o batería. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

46 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Tabla 2.5 Clasificación de las categorías de servicios. Categoría de servicio

Descripción

AC1

Hornos

AC2

Motores de rotor bobinado anillos rozantes regula torque de arranque.

AC3

Para maquinas jaula o de inducción no es posible bajar su velocidad ni torque.

AC4

Para funcionamiento y después de que haya estado en reposo después de un tiempo, continuamente que haya arranques.

DC2

Motores de corriente continua y conexión en paralelo.

DC3

Motores de corriente continua y conexión en paralelo.

DC4

Motores de corriente continua y conexión en serie

DC5

Motores de corriente continua y conexión en serie

DC6

Motores de corriente continua y conexión en compuestos.

DC7

Motores de corriente continua y conexión en compuestos.

Fuente: Taller de control y automatización industrial Ing. Walter Cossío.

47 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.9.3.1.2. El Contactor. Figura 2.30 Contactor

Fuente: www.google.com

Se define al Contactor como un equipo de maniobra capaz de conectar/energizar y desconectar/desenergizar circuitos, este equipo electromecánico tiene una sola posición de reposo (contactos principalmente abiertos), no es accionado a mano y es capaz de soportar e interrumpir la corriente bajo condiciones normales de servicio, incluidas las de arranque y parada del motor.

2.9.3.1.3. Pulsador El pulsador es un mando eléctrico manual que proporciona señales de tipo momentáneo, puesto que al dejar de ejercer presión sobre el regresa a su posición de reposo. Según los tipos de pulsadores:

48 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Figura 2.31 Pulsadores de marcha

Fuente: www.google.com

El pulsador se pueden distinguir dos aspectos principales: el accionamiento mecánico y la disposición eléctrica de los contactos. El accionamiento mecánico puede ser forma de botón, de hongo (para funciones de socorro y emergencia), con piloto luminoso incluido (para señalización), de pedal (para ser accionado por el pie), con chapa para llave (para conseguir selección o exclusividad del personal en su manejo), etc. Por la disposición eléctrica de sus contactos los pulsadores se clasifican como aquellos que poseen sus contactos abiertos (pulsadores de marcha), los que tienen sus contactos cerrados (pulsadores de parada), y los que poseen abiertos y cerrados (pulsadores de doble efecto). En este último el contacto normalmente cerrado suele utilizarse como enclavamiento.

49 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.9.3.1.4. Piloto de señalización Figura 2.32 Pilotos de señalización

Fuente: www.google.com

Este elemento se utiliza con fines de señalización y alarma la misma que nos indica por ejemplo estados de funcionamiento o no de máquinas, equipos y otros que requieren ser señalizados; al igual que las condiciones de falla, estado de contactos auxiliares de contactores, presencia de tensión, alarma, etc. Para lo cual se usa de modo generalizado los pilotos con indicación luminosa.

2.9.3.1.5. Sensores inductivos. Figura 2.33 Sensores inductivos

Fuente: www.google.com 50 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

El sensor inductivo es un fin de carrera que trabaja exento de roces y sin contactos, no está expuesto a desgastes mecánicos y en general es resistente a los efectos del clima. Su empleo es especialmente indicado allí donde se requieren elevadas exigencias, precisión en el punto de conexión, duración, frecuencia de maniobras, y velocidad de accionamiento

2.9.3.2. Elementos de protección

Es muy importante para un adecuado funcionamiento de todos los proceso en una planta industrial que las protecciones estén adecuadamente seleccionadas, toda vez que su confiabilidad e integridad dependen de los mismos. Con esa finalidad se utiliza un conjunto de equipos y dispositivos de protección entre los que podemos indicar: 2.9.3.2.1. El fusible El fusible es elemento de protección del conductor y de carga contra corto circuitos. Así como el conductor es seleccionado en relación a la carga, pero no a la máxima sino a la actual del juego. En general los fusibles se clasifican en dos grandes grupos: rápidos o normales y lentos, estos últimos disparan al cabo de un tiempo de producirse la sobre corriente, disminuyendo su tiempo de fusión a medida que la intensidad de sobre corriente aumenta. Los fusibles lentos se emplean principalmente donde existen arranques de motores con rotor en cortocircuito, focos de elevada potencia, en general donde se produzca sobre cargas momentáneas pero no peligrosas. Los fusibles para la aplicación industrial son accesibles solamente a personas autorizadas en caso de sustitución. El elemento fusible en general es de cobre; plata o estaño. El cuerpo es de porcelana y de alta resistencia mecánica.

51 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

2.9.3.2.2. Relé térmico Figura 2.34 Relé térmico

Fuente: www.google.com

Los relés térmicos de sobrecarga son los aparatos más económicos que permiten, combinados con un Contactor, proteger un motor u otro tipo de carga contra una sobrecarga inadmisible o peligrosa. Los relés térmicos protegen el motor o instalación de sobrecargas prolongadas cuyo valor no sobrepase 8 veces la intensidad nominal.

Para sobrecargas prolongadas mayores a 8 veces la intensidad nominal se instalan fusibles.

52 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

CAPITULO III CARACTERISTICAS, CALCULOS Y DISEÑO DE LA DESGRANADORA

3.1. Análisis de la capacidad de la máquina La capacidad de funcionamiento es el primer parámetro que se requiere para el diseño de cualquier máquina agrícola. Para la desgranadora el valor es de 200 kilogramos por hora es decir 4 quintales por hora para cumplir con la demanda que sufren los productos de maní de las distintas parte del país hoy en la actualidad. Basándose en proveedores que fabrican máquinas para la industria agrícola como ser ACME una empresa china, donde podemos observar el modelo, el artículo, la potencia de trabajo, sus dimensiones, peso de la máquina y la velocidad con la que trabaja el sistema de desgrane.

3.1.1. Datos de la empresa Acme Wuhan: se encuentra en la ciudad de Wuhan que es el más grande del lago hermoso de la ciudad en medio de china cerca del rio Yangtzé, desarrollado con la ciencia y tecnología y transporte conveniente. Acme es una empresa que diseñan máquinas agrícolas y proveedor del mismo. La página web de la empresa es “spanich.alibaba.com” donde se puede encontrar la variedad de máquinas que diseñan. A continuación se ve la tabla 3.1 donde están todas las especificaciones y características de una desgranadora de maní.

53 FCYT

MAQUINA DESGRANADORA DE MANÍ Ingeniería Electromecánica

Tabla 3.1 características, especificaciones de desgranadoras de maní empresa Acme Modelo Artículo

AC-350E Desgranadora de maní/descascarado máquina 2.2KW eléctrica

Potencia Dimensión total Embalado Tamaño Peso Tasa de bombardeo Tasa de rotura Eje principal velocidad de rotación

600*500*900mm 650*550*950mm 80 kg >98.5% 98.5%