MARCO TEORICO

Es necesario analizar el mecanismo de mezclado para realizar los cálculos pertinentes de acuerdo al diseño establecido, de acuerdo a esto existen tres tipos de mecanismo de mezclado.

Convección: Se involucran grandes grupos de elementos, los cuales son producidos por agitadores, bombas o recipientes rotatorios. El volumen del material mezclado es dividido continuamente cuando los grupos de partículas cambian de posición, el tamaño de los grupos a lo largo del proceso se va reduciendo, disminuyendo áreas no mezcladas e intentando alcanzar la homogeneidad.

Difusión: Es necesario tener en cuenta el desplazamiento aleatorio de los elementos mezclados individuales. Esta difusión solo ocurrirá si el material se encuentra en movimiento debido a la aplicación de una fuerza externa.

Cizalla: la mezcla es producida a lo largo de los planos de desplazamiento entre las regiones de las La mezcla se produce a lo largo de los planos de deslizamiento entre las regiones de partículas.

El tipo de mezclado es necesario especificarlo, por ello para determinar el que aplica en el dispositivo, de acuerdo a esto los tipos de mezclado son:

Mezclado continuo: es usado para mezclar ingredientes que deben ser mezclados en un solo paso y pueden ser variados en cualquier rango. En el proceso discontinuo en muchos casos se tiene variación de la calidad del mezclado que podría ser controlada si se hiciera con mezcladores continuos. La segregación de la mezcla es posible reducirla de acuerdo a la ubicación de la unidad de empacado si está o no cerca de la descarga. Las ventajas de este tipo de mezcla es que es mucho más extenso, menor tiempo de resistencia, es adecuado para la aplicación de control automático, bajo costo y mayor capacidad comparando con los discontinuos. Las desventajas es que se debe tener una calibración cuidadosa y control de las corrientes de entrada.

Mezclado discontinuo: Se debe realizar la mezcla de los ingredientes de cualquier cantidad dentro de un mezclador o recipiente. Todos los ingredientes son cargados y agitados por cierto período hasta que se encuentren distribuidos en forma homogénea. Una vez esté lista la mezcla resultante se descarga fuera del recipiente. Los parámetros más críticos cuando se hace selección de este tipo de mezcladores son el tiempo de mezclado, su tamaño, geometría y las condiciones de operación. Las ventajas que se dan en este proceso es la posibilidad de mezclar polvos cohesivos o de flujo libre, fácil limpieza y mantenimiento. Las desventajas de que encuentran es la segregación. Entre las desventajas se encuentran la segregación si el lugar se encuentra lejos de la descarga y la limpieza intensiva del equipo si hay cambio de ingredientes.

Existen dos mezcladores que se destacan en la industria los cuales son:

Mezcladores en caída: Las geometrías más comunes de este tipo de mezcladores son doble cono, mezclador en v y mezclador de compartimientos. El mezclado en estos casos consiste en una etapa rápida convectiva, que es impulsada por la velocidad de las partículas, seguida de una etapa dispersa más lenta, causada por la reacomodación de las partículas debido a su velocidad y a la geometría.

Mezcladores convectivos: Son aplicados en gran cantidad en procesos industriales, los cuales consisten en una cámara estacionaria que tiene mecanismos de agitación, como impulsores rotatorios. El movimiento del impulsor es el que inicia el mezclado, transportando el material de un lugar a otro.

Cilindro rotatorio: Este consiste en un cilindro horizontal rotatorio alrededor de su eje. Este mecanismo funciona por medio de la difusión y se da durante la resistencia del polvo en el aire, mientras cae. Es básicamente un ciclo de levantamiento y caída del polvo difundiéndose en el otro material con el que se mezcla.

CALCULOS

Los cálculos que actúan sobre lo que llamamos paletas, es decir el dispositivo que tiene contacto directo con la granola y que va girando conforme el eje gira son:

De acuerdo a que el ancho de la estructura es de 1,15 metros esto quiere decir que el centro está ubicado a 0,575 metros.

Una vez determinado esto se determinó que las aspas tienen un ancho de aproximadamente 0,65 metros, con un ancho de 0,05 metros.

Por lo tanto el área de las aspas es de:

Area Aspa=0,65mts∗0,05mtsArea Aspa=0,0325mts2

Ya que es necesario que de acuerdo a la capacidad del mezclador establezcamos una fuerza experimental que es obtenida del producto mezclado, y teniendo en cuenta que es necesario mezclar alrededor de 86,69 kg, la fuerza experimental será de 849,562 N.

Cómo la fuerza experimental era la mezcla que se hacía en la empresa, el área experimental será la mano que requería el brazo o la mano para realizar el proceso de mezclado. Esta área es de 0,0176 metros cuadrados.

Así pues la fuerza real que requerirá de acuerdo a los datos anteriores es de:

Fuerza Real=849,562N∗0,0325mts2

0,0176mts2Fuerza Real=1568 ,69347N

Esta es la fuerza aproximada que se aplica para todas las aspas.

Es necesario calcular las fuerzas que actúan y los momentos, ya que el aspa gira, solo se mueve en los ejes x y z.

Cabe notar que para que la mezcla sea óptima las aspas deben estar inclinadas 60º respecto al eje, por otro lado la distancia que existe entre el centroide de las aspas y el centro del eje es de 0,127 metros (dc).

Sabiendo esto, los componentes de las fuerzas para los ejes x y z son:

Fx=F∗cos (30 º )Fx=1568,69347N∗cos (30 º )Fx=1358,61499N

Fz=F∗sen (30º )Fz=1568,69347N∗sen (30 º )Fz=784,396733N

Una vez conocidos estos valores es posible hallar los momentos, el momento torsor y el momento flector son los siguientes.

∑Mx=0Tx=Fz∗dcTx=784,396733N∗0,127mtsTx=99,6184N∗m

∑Mz=0Mz=Fx∗dcMz=1358,61499N∗0,127mtsMz=172,5442N∗m

Los datos anteriores nos permiten calcular el cortante máximo y el momento máximo. A continuación se puede ver estos cálculos:

Vmax=√V 12+V 22

V1 y V2 son las fuerzas presentadas en x y en y es decir las que hacen referencia a Fx y Fz. Sabiendo esto la formula quedaría como:

Vmax=√1358,614N 2+784,3967N2Vmax=1568,69347N

Por otro lado el momento máximo es posible hallarlo de esta manera:

M max=√Mz2+Tx2Mmax=√172,5442N∗m2+99,6184N∗m2Mmax=199,2367N∗m