TRITURADORA DE CAA DE AZCAR

TABLA DE CONTENIDO1. Objetivos 2

1.1. Objetivo General2

1.2. Objetivos Especficos2

1.3. Definicin del Tema 2

2. BREVE HISTORIA DEL PROBLEMA2

2.1. Proceso de extraccin 2

2.2. Transporte y Manejo 3

3. PARMETROS DE DISEO 3

3.1. Caractersticas de materia prima. 4

3.1.1. El tallo 4

3.1.2. Resistencia que presenta la caa al trituramiento 4

3.2. Capacidad de produccin 7

4. SELECCIN DE LA ALTERNATIVA MS ADECUADA

4.1. Alternativas de los procesos 7

4.1.1. Clasificacin de las trituradoras 8

4.1.1.1. Trituradora de Mandbulas o Machacadora8

4.1.1.2. Trituradoras Giratorias 8

4.1.1.3. Trituradora de Conos9

4.1.1.4. Trituradora de Rodillos10

4.1.2. La Prensa 11

4.1.3. Moledora de Rodillos(masas) 11

4.2. Principio de funcionamiento de la mquina seleccionada 15

5. DISEO, CLCULO Y SELECCIN42

5.1.Anlisis cinemtico del barn (Masa Conductora)42

5.1.1.Velocidad lineal y velocidad de rotacin 42

5.1.2.Relacin entre las dos velocidades43

5.2.Dimensionamiento de las masas 44

5.2.1.Frmula de la capacidad 45

5.3.Determinacin de la potencia 47

5.3.1.Frmula general de la potencia de los trituradoras 48

5.3.1.1.Potencia consumida por la compresin del bagazo 49

5.3.1.2.Potencia consumida por los ejes y los soportes 50

5.3.1.3. Potencia consumida por el movimiento que se da a los conductores intermedios 515.3.1.4.Potencia consumida por los engranajes 51

5.4.Anlisis de las fuerzas en las masas52

5.5.Potencia de diseo56

6. REFERENCIAS116

1. OBJETIVOS1.2. Objetivo GeneralDisear, calcular y construir una trituradora de caa de azcar.1.3. Objetivos Especficos Determinar la capacidad de la trituradora de caa de azcar. Analizar la mejor alternativa para el diseo de la trituradora de caa de azucar. Disear y seleccionar los elementos de la mquina de acuerdo a la trituracin que se va a realizar. Construir y montar la mquina haciendo uso de los materiales adecuados. Instalar y realizar las pruebas necesarias para su eficiente funcionamiento.1.4. Definicin del temaEl propsito fundamental que tiene sta mquina es la solucin a una necesidad especfica, la misma que est dirigida a la trituracin de la caa de azcar.Esta mquina tiene como principio fundamental, aprovechar la fuente motriz que a travs de bandas u otra transmisin, realicen un trabajo de trituracin de la caa de azcarComo residuo, de la trituradora se obtiene un producto que se llama bagazo, el cual se puede usar como combustible en las mismas calderas, como materia prima para la elaboracin de papel o como alimento del ganado existente en la hacienda.

2. BREVE HISTORIAExisten grandes extensiones del cultivo de la caa de azcar especialmente donde estn asentados los ingenios azucareros, tambin existen sembros de caa de azcar con una temperatura ambiental promedio de 20C, donde se dispone de una superficie de cultivo de caa de 4 Has que se puede extender hasta 6 Has, o de ser necesario, tambin se puede adquirir la caa, de algunos caicultores de sectores aledaos para aumentar la produccin de panel u otros derivados que se necesite elaborar para satisfacer las necesidades que existan en el mercado.2.1. Proceso de extraccinUna vez cosechada y limpiada la caa con su respectivo bisel en la punta, se procede a la trituracin, en la trituradora, movidas por un motor que generalmente es a Disel o a su vez accionado por animales, dejando como residuo el bagazo el cual sirve como alimento del ganado, o se coloca en la bagacera para que se seque y luego sea utilizado como combustible para la produccin de la panela.La caa de azcar es uno de los cultivos tropicales que posee ciertos Nutrientes como P2O5 (anhdrido fosfrico), N (Nitrgeno) y K2O (xido de potasio) teniendo este ltimo la mayor cantidad. Estas caractersticas hacen que el cultivo de caa de azcar, pueda acomodarse fcilmente a un manejo ausente de insumos qumicos y de baja dependencia de elementos introducidos al sistema productivo.2.2. Transporte y Manejo El transporte de la caa, del campo a la bodega de almacenamiento, se tiene que hacer el mismo da en que se cosecha. Las caas cortadas deben ser amontonadas en la sombra, pues el calor acelera el proceso de descomposicin de la sacarosa. Si por alguna razn transcurren varios das antes de que la caa pueda ser molida, esta deber ser almacenada en un sitio protegido y ser necesario humedecerla dos veces al da para reducir la desecacin y retardar la prdida de sacarosa.Es recomendable lavar las caas antes de la trituracin para reducir al mximo la presencia de lodos en las caas, los que afectan el color del producto final. Esta operacin se puede realizar con agua a presin; para ello es necesario amontonar la caa sobre una superficie de concreto, con cierto declive, para que el agua escurra sin dificultad.

3. PARMETROS DE DISEO3.1. Caractersticas de la materia prima.

CAA DE AZCAR

3.1.1. El talloTiene una pequea formacin bajo el suelo, es de forma cilndrica y est dividido en canutos que varan en longitud de 5 a 30cm segn la relacin de crecimiento.

Figura 1. El tallo de la caa de azcar

El dimetro, forma, color y longitudde los canutos, cambia con las diferentes variedades, y se usa para fines de identificacin. Los tallos sirven como tejidos de transporte para abastecer con agua y nutrientes extrados del suelo a la punta que est creciendo. Siendo el dimetro medio del tipo de caa POJ 28-78, que se cosecha en el lugar antes mencionado de 5 cm.3.1.2. Resistencia que presenta la caa al trituramientoLa resistencia al aplastamiento que presenta la caa de azcar es un parmetro fundamental del diseo de sta mquina, la misma que se determin de manera experimental. La caa POJ 28-78 cosechada de tres das, se la aplast en la mquina universal de la FIM-ESPOCH, obtenindose como resultados los siguientes:

caaCarga Q110mmCarga Q23mmCarga Total

(mm)(Kg)(Kg)(Kg)

5078012101990

4781011301940

479209801900

417648451609

4764810801728

TABLA I: DIAMETRO Y CARGA APLICADA EN EL ENSAYO DE TRITURAMIENTOEsta prueba se realiz con dos rodillos que simulen las masas de un una trituradora, de las dimensiones en cm que se muestran en la Fig. 2, la columna de Carga 1, representa la fuerza necesaria para compactar la caa a un espesor aproximado de 10 mm, y la Carga 2 es la fuerza necesaria para compactar la caa a un espesor aproximado de 4 mm la cual comienza a triturarse.

Figura 2. Esquema del ensayo de aplastamientoAplicando la carga en los nudos de la caa, que es donde hay mayor resistencia. De stos resultados se seleccionar el ms crtico. Tomando como referencia los datos de la Tabla I se puede encontrar la resistencia y la carga necesaria para la compresin de la caa basndonos en pruebas hechas anteriormente y llegar as a obtener la resistencia mediante las frmulas:AAplast= S * b

AAplasta: rea de AplastamientoS : Arco de contacto entre el rodillo y la caaB: Ancho de la huella de aplastamiento en la caa

Figura 3.Esquema de la superficie en contacto

S = * r

Utilizando la ecuacin de arriba y con el rea de aplastamiento considerada podemos calcular la resistencia que presenta la caa al aplastamiento.

Donde:FAplast: Fuerza de AplastamientoR: Resistencia al Aplastamiento

La resistencia de la caa, resultado de las pruebas realizadas se detallan en la siguiente tabla.

caa(m)CargaQ(Kg)Resistencia(Kg/m2)

0,0578074601,57

0,04781078849,77

0,04792092222,84

0,04176487792,62

0,04764867963,67

TABLA II: RESISTENCIA QUE PRESENTA LA CAA AL APLASTAMIENTO3.2. Anlisis de la extraccin de la caa de azcar.

3.2.1. Preparacin de la caa

La caa de azcar POJ28-78, cosechada en el campo es transportada hacia la bodega ubicada junto a la casa separada de 30 a 300 m de los sembros. Es importante pesar la caa almacenada antes de ser llevada al trituradora, para obtener datos de rendimiento en la produccin.La calidad del dulce est directamente relacionada con la materia prima que se utilice debido a que el producto final conserva la mayora de los componentes del jugo de la caa.

3.2.2. Obtencin de la caa trituradaUna vez realizado el lavado a la caa, sta pasa en su primera etapa por los rodillos de trituracin, donde se tritura la caa obteniendo el bagazo respectivo y esta a su vez es guiado por una peineta hacia la segunda etapa es decir por el otro par de los rodillos (en la cual la abertura es menor en relacin a la primera) para as realizar una mayor compresin para la caa procesada.Mientras ms desmenuzada est la caa antes de ingresar al trituradora, se lograr un mejor trabajo de extraccin y se mejorar el rendimiento de extraccin.

3.3. Capacidad de produccinLa capacidad de trituracin se realiza en base al estudio de una necesidad de acuerdo a los requerimientos para los cuales estar expuesta dicha mquina que son: La produccin de la caa de azcar es de 183.8 Ton/Ha-ao Nmero de hectreas de sembro de caa de azcar = 6ha.

4. SELECCIN DE LA ALTERNATIVA MS ADECUADA4.1. Alternativas de los procesos4.1.1. Clasificacin de las trituradorasPara la evaluacin de este captulo se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones y datos: Que sea capaz de cumplir condiciones y tamaos de troceado de acuerdo a la necesidad. Que sea mnimo el consumo energtico en funcin de la capacidad del producto. Que sus costos de adquisicin tanto como mano de obra,desgaste y reposiciones sean mnimos. Que necesite la mnima mano de obra auxiliar4.1.1.1. Trituradora de Mandbulas o MachacadoraDiseo y operacin.- Este tipo de trituradora, tiene una placa removible, casi siempre corrugada y fija en una posicin vertical en el extremo frontal de un marco hueco rectangular. Tiene una placa similar, colocada en un ngulo adecuado, que va unida a una palanca oscilatoria (mandbula mvil) suspendida en un eje que se apoya en los lados del marco. El movimiento se realiza a travs de una biela que es portada por un eje excntrico. El movimiento vertical se comunica horizontalmente por medio de dos placas articuladas.

Figura 4. Triturador de mandbulas.(Allis-Chalmers Mig. Co)

Las trituradoras de mandbulas se clasifican, de acuerdo con las dimensiones del rea de alimentacin, es decir el ancho de las mandbulas de trituracin y de la abertura, que es la mxima distancia entre las mandbulas fija y mvil.Funcionamiento.- Las trituradoras de mandbula se aplican a la trituracin primaria de materiales duros y generalmente van seguidas de otras clases de trituradora o molino. En tamaos pequeos se utilizan como maquinaria de una sola etapa.

4.1.1.2. Trituradoras GiratoriasDiseo y operacin.- Consta de una mano de mortero de forma cnica y oscilante que va dentro de un tazn grande de la misma forma. Los ngulos de los conos son tales que la anchura del paso decrece hacia la base de las caras de trabajo. La mano del mortero consiste en un manto que gira libremente sobre su eje. Este eje es impulsado por medio de un cojinete excntrico inferior. El movimiento diferencialque genera la friccin solo ocurre cuando hay piezas que quedan atrapadas.

Figura 5. Trituradora giratoria (Bartlett & Snow)

Funcionamiento.- Produce mayor capacidad que la trituradora de mandbulas de similar tamao. Adems ste tipo de mquina tiende a ser ms barata, ms fciles de operar y ms eficientes cuando estn cargadas completamente. El consumo de energa para las trituradoras giratorias es menor que el de las trituradoras de mandbula. Son requeridas cuando la capacidad es menor de 900 ton/h.La velocidad de trituracin de un equipo giratorio depende por lo comn de la dureza del material que se est triturando, de la cantidad del material y del tamao del producto que se tenga en la alimentacin.4.1.1.3. Trituradora de ConosEl cono o cabezal cnico gira por medio de una excntrica impulsada por engranajes. Gruesos resortes mantienen fija el armazn superior.Es una versin de la trituradora giratoria, que cuenta con un ngulo cnico ms amplio, lo que hace particularmenteapropiada para rendimiento de productos ms finos.

Figura 6. Trituradora de conos Simons. Estndar (Nordberg Mig. Co.)4.1.1.4. Trituradora de RodillosEstas trituradoras fueron las preferidas para efectuar trabajos detrituracin de material grueso, pero desde hace tiempo han sido desplazadas por las giratorias y de mandbulas. La superficie del rodillo es lisa, corrugada o dentada dependiendo de la aplicacin. Los rodillos lisos tienden a desgastarse formando arrugas de forma anular. Los rodillos corrugados proporcionan un mejor agarre sobre la alimentacin, pero el desgaste sigue constituyendo un problema grave. Los rodillos dentados siguen siendo prcticos para materiales muy duros con alto contenido de slice, ya que los dientes se pueden recubrir con soldadura.

Figura 7. Trituradora de rodillos (Bartlett & Snow)

Diseo y operacin.- Las trituradoras de rodillos pueden ser de rodillo mltiple o sencillo. Las de rodillo sencillo son las ms comunes para trituracinprimaria, y las de rodillo mltiple para trituracin secundaria. Consiste en una tolva robusta con una placa de rompimiento removible, montada internamente, opuesta al rodillo de trituracin montado en el bastidor. El material es triturado entre el rodillo removible y la placa de rompimiento. 4.1.2. La PrensaTiene un funcionamiento hidrulico, ya sea manual o con motor. Puede desarrollar fuerzas de 24000 lb. Su funcionamiento es un pistn adecuado en un cilindro. La desventaja principal es que una vez que se deja de aplicar presin el bagazo vuelve a reabsorber considerablemente el jugo4.1.3. Moledora de Rodillos (masas)

Figura 8. Moledora de rodillos movida por animalesDiseo y operacin. La molienda es el proceso mediante el cual se extrae el jugo de la caa. Esta operacin es llevada a cabo en trituradoras de hierro verticales, movidos con traccin animal, u horizontales de traccin mecnica o hidrulica (rueda Pelton). La mayora de las trituradoras que existen son horizontales de tres masas.

AlternativaVENTAJASDESVENTAJAS

Trituradora de mandbulas o machacadora

- Para materiales duros

- Velocidades medias

- Altas capacidades- Altas potencias

- Alto costo

- Necesita trituracin secundaria

Trituradora Giratoria- Alta eficiencia

- Menor costo que la trituradora de mandbulas.- Mayor capacidad que la trituradora de mandbulas.- Capacidad media

- Velocidad media

- Necesita trituracin secundaria

Trituradora de conos- No necesita trituracin secundaria- Grandes aberturas en la entrada

- Potencia alta

- Baja capacidad

Trituradora de rodillo- Para materiales duros

- Con rodillos mltiples no necesita trituracin secundaria.- Altas capacidades.

- Potencia alta

- Excesivo mantenimiento.

Prensa- Costo medio, debido a la transmisin hidrulica- Potencia baja

- Reabsorcin del juego

Moledorade rodillos- Puede ser horizontal o vertical, facilitando el desalojo del material molido- Traccin a motor o animal.

- Facilidad en el ajuste.

- Bajo costo

- Desgaste de los rodillos

TABLA III: VENTAJAS Y DESVENTAJAS ENTRE LAS ALTERNATIVAS PROPUESTAS4.2. Principio de funcionamiento de la mquinasLa traccin animal era y sigue siendo un mtodo de energa muy utilizado principalmente para los pequeos productores, por la facilidad que se tiene en su funcionamiento debido a que en este caso no se necesita de mucha velocidad en las masas de manera que los animales no estn obligados a realizar mucho esfuerzo.La traccin mecnica es un mtodo comnmente usado por las industrias azucareras debido a su rendimiento eficaz para generar diversos productos a travs del jugo de la caa de azcar.El grado de eficiencia en la operacin de la trituradora depende de la manera en que se manejan las principales variables operativas como son; ajuste, velocidad, ubicacin, alimentacin y mantenimiento.Ajuste.- El porcentaje de trituracin con respecto al peso total de la caa puede variar entre el 40 y 65 por ciento. En la figura 9 se representa en forma simplificada un trituradora de tres masas. El par formado por la maza recibidora y la maza central se denomina Par Quebrador y el formado por la maza repasadora y la maza central se denomina Par Repasador. La separacin entre la maza central y la masa recibidora se denominase la cual se puede regular en un rango de 8-15mm; en cambio la separacin que existe entre la masa central y la repasadora se llama Ss y se regula entre 2-4mm.

Figura 9. Molino simplificado de tres masas

Velocidad.- La velocidad de la trituradora es un factor importante a tener en cuenta ya que velocidades altas disminuyen la extraccin y causan problemas de desgaste excesivo en la mquina; mientras quevelocidades bajas causan prdidas innecesarias de tiempo, esto permite un buen nivel de extraccin sin reducir en forma significativa la capacidad de molienda.Ubicacin.- El deber estar ubicado en un lugar alto, para que la caa triturada caiga por gravedad, para permitir realizar el mantenimiento.

Figura 10. Moledora de tres rodillosAlimentacin.- La alimentacin de la caa al molino se puede realizar de forma inclinada o frontal.Alimentacin inclinada.- se realiza ms cuando este tipo de trituradora va a ser accionado por la fuerza animal en donde no se dispone demucho espacio, donde la caa deber estar en trozos pequeos.Alimentacin Frontal.- esta es normalmente la ms utilizada ya sea que esta accionada por un motor debido a su facilidad que tiene con caas enteras o partidas.

5. DISEO, CLCULO Y SELECCIN

5.1.Anlisis cinemtico del Barn (Masa conductora)

Est en funcin de lacapacidad dela mquina y para esto contamos con el siguiente parmetro:

La capacidad Q triturada de la caa de azcar es 1102.8 Ton/ao obtenida de manera que va a trabajar 8 horas diarias durante 200 das tiempo en donde se va a disponer de la materia prima.

Figura 11.Anlisis cinemtico del rotor

5.1.1.Velocidad lineal y velocidad de rotacin

Esta velocidad puede medirse de dos maneras:

(a)Por la velocidad perifrica delos cilindros, es decir,la velocidad lineal de un punto de la circunferencia del cilindro. Se mide generalmente en metros por minuto.

(b) Por la velocidad de rotacin de los cilindros es decir en nmeros de vueltas que estos dan por unidad de tiempo. Se mide en revoluciones por minutoPgina 29

5.1.2.Relacin entre las dos velocidades

Se tiene:

V = * D * n

(5.1)

Dnde:

V: Velocidad perifrica, (m/min)

D: Dimetro de los cilindros en m

n: Velocidad de rotacin en rpm

O tambin:

n =V * D

El motivo ms importante de la velocidad es el sentido de rotacin de los cilindros inferiores ya que se opone a la libre cada de la caa de azcar por las caras traseras de los cilindros de entrada y de salida a lo largo de los cuales debe bajar casi la totalidad de la caa de azcar.

La cantidad de caa de azcar es proporcional a ste tonelaje, mientras que el obstculo al escurrimiento que presenta el movimiento del cilindro en sentido inverso al mismo escurrimiento, est formado por 2 factores:(1) La adherencia del jugo a la superficie del cilindro. El espesor de esta pelcula es independiente de otras condiciones, de suerte que el obstculo ofrecido al escurrimiento del jugo por la adherencia, puede medirse por la superficie que el cilindro describe en el momento de la extraccin:

S = LV = LnDnde:

L: Longitud del cilindro en m.

(2) La velocidad de la superficie del cilindro que obra en sentido inverso a la velocidad propia del jugo, particularmente en la zona A en la que el seno del ngulo es pequeo ver Fig. 12

Figura 12. Flujo del jugo extrado

5.2.Dimensionamiento de las masas

La capacidad de un trituradora esta expresado por la cantidad de caa que ste es capaz de pasar por unidad de tiempo. Se expresa generalmente en ton de caa por hora (T.C.H.), aunque se puede expresar tambin en ton de caa por da (T.C.D.).La equivalencia entre estas dos expresiones no es directa, el tonelaje por hora significa que la trituradora opera sin interrupcin. Para expresar en ton de caa por da, hay que tomar en cuenta las paradas e interrupciones, adems, el nmero de das de trabajo ya analizados anteriormente en el captulo 3.

Factores que determinan la capacidad. a. Contenido de fibra en la caab. Dimensiones y velocidad de los cilindros c. Nmero de cilindrosd. Preparacin de la caae. La inhibicinf. La reanudacin de los cilindros

g.Ajuste de la trituradora

5.2.1.Frmula de la capacidad

Una frmula que haga intervenir a todos los parmetros antes mencionados es la siguiente:

C = 0.55 cnLDN2

f

(5.3)

Donde:

C: capacidad del trituradoraen TCH

f: fibra de caa con relacin a la unidad

c: coeficiente relativo a los parmetros de preparacin n: velocidad de rotacin de los cilindros en rpm.L: Longitud de los cilindros, en m

D: Dimetro de los cilindros, en m

N: nmero de cilindros de la trituradora, es igual a 3

Del APENDICE 5, se considera que el coeficiente relativo, c = 1

Para determinar el coeficiente f, se utiliza la siguiente frmula:[15]

f = Bagazo en 500 gr de caa 0.410

(5.4)

Esto se obtiene de forma experimental, cuyos resultados se detallan a

continuacin:

Caa(gr)Bagazo(gr)Fibra f(%)

50013413

50013513,1

50011711,3

50013613,2

TABLA IV: PORCENTAJE DE FIBRA DE CAA (f).

Una velocidad recomendada para la molienda de caa es de 5 a 15 rpm [16]. De donde utilizaremos una velocidad de: n = 12 rpm.

De acuerdo a la capacidad de molienda determinada y con los anteriores datosobtenidos, se puededimensionar las masas, sabiendo que una aproximacin adecuada entre la longitud y el dimetro es:

L = 1.5 D(5.5)

La capacidad de molienda nombrada anteriormente debe transformarse a TCH; si se sabe que trabaja 200 das del ao y 8 horas diarias. C = 1102.8 Ton / ao = 0.68925 Ton / h

Reemplazando la Ec. 5.5 en la Ec. 5.3 se tiene:

C = 0.55 cn(1.5)DN3

f

(5.6)

Reemplazando los datos conocidos en la ecuacin 5.6, se despeja D:

D = 0.173 m 0.18m

Por lo tanto:

L = 1.5DL = 1.5(0.18)L = 0.27m

Para evitar que exista un resbalamiento de la caa en los rodillos se realiza ranuras en los mismos que normalmente son de 3 a 5 mm. Para variaciones en la produccin, acoplamiento entre masas y factores que no se consideran como la separacin entre caas; las dimensiones de los cilindros se aproximan a: D = 20 cm y L = 30 cm

5.3.Determinacin de la potencia

La resistencia a la ruptura que presenta la pulpa de la caa no es comparable con la que presentan las partes leosas de esta, es decir la corteza y los nudos. De tal manera que la resistencia de la caa a la ruptura es anloga a la que puede ofrecer un tubo vaco con tabiques transversales reforzados y distribuidos en toda su longitud.

Figura 13: Representacin esquemtica de la resistencia de la caa a la molienda

La estructura de tejido leoso de la caa determina sus reacciones bajo el efecto de la presin. Al comparar como la caa y el bagazo se comportan bajo el efecto de una cierta presin P, se comprueba que para un mismo incremento de presin dP, la caa se rompe con una presin dh superior a la que comprime el bagazo.

5.3.1.Frmula general de la potencia de la trituradoraLa determinacin de la potencia consumidapor una trituradora es bastante compleja porque integra numerosos factores.Para la determinacin de la potencia total que se requiere, se puede descomponer en trminos de la potencia que se requiere para mover el trituradora y la potencia que se necesita para aplastar la caa:

Sean:

P: Potencia consumida por el trituradora. L: largo de los cilindros, en m.D: dimetro de los cilindros, en m

n: velocidad de rotacin de los cilindros en rpm

Q: Carga sobre el cilindro superior en ton

K: espesor mnimo de bagazo comprimido, en m q: Carga fibrosa de la trituradora en Kg/m2

: Densidad del bagazo comprimido = 850 Kg/m3

: Carga fibrosa especifica = q/D, en kg/m3

H: dimetro de la caa, en m

5.3.1.1. Potencia consumida por la trituracion del bagazo.

Si se considera inicialmente que el bagazo pasa entre las dos masas este se descompone en secciones que correspondern a la longitud que el bagazo recorre en un segundo avanzando un paso. Ver fig. 14.

Figura 14.Comprensin del bagazo

Donde:

P1 : Potencia consumida por la presin del bagazo en un trituradora en HP.

Q = (0.78 + 1.21) ton.

Q = 1.99 ton (debido a que el cilindro superior es el que soporta la compresin de los otros dos cilindros)n = 12 rpmD = 0,20mL = 0,30m

k = 0,003m = 850 Kg / m3f = 0.131

Por tanto:

q = 0,33405 Kg. / m 2

= 1.67025 Kg. / m 3

Reemplazando los datos en la ecuacin 5.6 se tiene:

P1 = 0.2939 Hp

Si se conoce que la mquina debe moler tres caas a la vez, la potencia real consumida por la compresin del bagazo es:P1 = 0.8818 Hp

5.3.1.2. Potencia consumida por la friccin entre los ejes y los soportes.

Analizando la suma de las fuerzas que actan sobre este conjunto

de6soportes,tieneunvaloraproximadode2Q[20].Ysea

f1el coeficiente de friccin entre el acero y el bronce.

Se tiene que la potencia consumida por el rozamiento tiene un valor def1 = 0.15 [21]

P2 = 0,7 f1QnD

(5.10)

Por lo tanto:

P2 = 0.504 Hp

5.3.1.3. Potencia consumida por el movimiento que se da a los conductores intermedios.

Para no encontrarse con frmulas precisas pero muy complicadas puede admitirse que este trmino tiene el siguiente valor [22]:

P3 = 1.9LnD

(5.11)

Por lo tanto:

P3 = 1.368 Hp

Reuniendo los trminos, se obtiene la potencia total consumida por la trituradora propiamente dicho:

5.3.1.4. Potencia consumida por los engranajes

Se integra esta potencia tomando en cuenta la potencia en los engranajes se tiene la siguiente frmula:

Valor de

Rendimientos de cada par de engranajes = 0.98

Friccin de los diversos bronces = 0.95

Lo que dara en conjunto para dos pares de engranajes:

=0.98 x 0.98 x 0.95 = 0.912(5.14)

Pt = 3,02HP

5.4.Anlisis de las fuerzas en las masas

Para evaluar la potencia fuenecesario involucrar todos los parmetros posibles para el clculo de la misma.El estudio de fuerzas en los rodillos se esquematiza en la Figura 15, de esta manera se puede analizar las fuerzas en este mecanismo. La carga necesaria para la compactacin de tres caas al mismo tiempo a la entrada con Q = 7,64 KN/caa y a la salida con Q = 11,86 KN/caa de acuerdo a los datos obtenidos mediante la experimentacin de la caa y siendo estas las cargas crticas las que se utilizan para el diseo, debido a la capacidad a la cual estar expuesta el mecanismo.

Figura 15. Esquema de Fuerzas en los rodillos

Para este anlisis fue necesarioconocer el coeficiente de friccin cintico de rodadura pura f, entre el hierro fundido y la madera de a acuerdo al APENDICE 6.Para este diseo se escogi un coeficiente de 0,34 es decir tan = 0.34 de la cual despejamos el ngulo teniendo en cuenta que est en el punto de persecucin de la fuerza normal N la misma que acta a una distancia K de los ejes centrales de los rodillos, ejerciendo un torque de oposicin al paso de la materia.

tg = f

= ArcTg (0,34) = 18.8

El ngulo es igual a 18.8 que est dentro del rango de 15 a 25 grados que se utiliza para la caa de azcar.

La distancia K es el brazo del momento torsor, que se puede obtener de la Ec. 5.15

K = rr sen ( )

(5.15)

Dnde:

rr: Radio del rodillo = 0.10 m

K = 0,10 * sen(18.8)K = 0.0322m

La carga total de compresin se distribuye sobre el arco de contacto formado por el ngulo , conocido con el nombre de colina de de presin, este sector de presin se expresa de la siguiente manera con las Ecs. 5.16 y 5.1

(5.16)

Donde:

r r: Radio del rodillo 0,10m

ho: 0,053m de altura inicial de la caa y

h f: 0,008m altura comprimida

he: ( ho h f )/2 reducciones del dimetro de entrada del material igual a 0,0225 m

Reemplazando:

= Arc cos 0,10

0,0225

= 39,19

0,10

La colina de se determina por la expresin siguiente:

= rr .

(5.17)

De donde:

= 0,068m

Este valor es la superficie del rodillo que va a estar en contacto con la materia prima.

Las fuerzas que actan en los rodillos son:

Fuerza radial F n

Fuerza tangencial F tPara este anlisis se utiliza la carga Q, la cual acta en un punto P como se muestra en la Fig 16.Para determinar estas fuerzas se realiza el siguiente anlisis:

A la entrada de la caa:

A la salida de la caa:

La fuerza de reaccin R es igual a , por lo tanto la componente normal es:

Siendo K el brazo de trituradora, podemos determinar el momento torsor para los dos rodillos mediante la ecuacin Ec. 5.21

Por ltimo determinamos la potencia requerida Pr, para el mecanismo de avance de la materia prima, en donde para su evaluacin fue necesario conocer la velocidad angular indispensable para su operacin. La angular ptima es de 1,25 rad/s. o de 12rpm, esto se reemplaza en la Ec. 5.22 la cual nos permite obtener la potencia.

Dicha potencia debe ser incrementada a la potencia obtenida anteriormente.

5.5.Potencia de Diseo

Esta es la potencia calculada la cual es multiplicada por un factor de servicio K , el mismo que completa la sobrecarga, ya que dependen en gran parte de otros factores, difciles de medir como: variedad de la caa, estados de las superficies en rozamiento, calidad y conservacin de la lubricacin, ajuste de las aberturas y de la cuchilla, para el motor como para el sistema de transmisin seleccionado.A esta potencia se le conoce como potencia de diseo y se determina mediante la siguiente expresin.

Donde: Potencia calculada o nominal igual a 3.9766 HP, Factor de servicio considerado = 1,2

6. DESCIPCIN DE LSO MATERIALES E INSUMOS SELECCIONADOS:

6.1 Acero AISI 304ANLISIS QUMICO (Tpico) %

CMnCrNiPSSi

3040.08 mx2.0 mx18.0 / 20.08.0 / 10.50.045 mx.0.030 mx1.0 mx

304L0.032.0 mx18.0 / 20.08.0 / 12.00.045 mx.0.030 mx1.0 mx

6.1.1 Caractersticas Y UsosAcero Inoxidable al Cromo - Nquel que por sus excelentes propiedades mecnicas lo hacen de una remarcable resistencia a la corrosin encontrada en los usos domsticos e industriales, es antimagntico en su estado recocido y no es endurecido por tratamiento trmico, la resistencia a la corrosin y a la tensin se ven incrementadas en el trabajo en fro, fabricado en horno elctrico, sus usos son particularmente donde la resistencia a la corrosin y las propiedades mecnicas son de primordial importancia. Partes para manejar cidos acticos, ntricos y ctricos, qumicos orgnicos e inorgnicos destilados, refinacin de aceites crudos, etc, Por la carencia de magnetismos de este material es empleado en la fabricacin de instrumentos y controles de medicin.PROPIEDADES MECNICAS

RESISTENCIA A LATENSIN ( PSI )LMITE ELSTICO( PSI )ELONGACIN EN 2" %REDUCCIN DE AREA %

90,000 / 75,00045,000 / 30,00030 Mn.40 Mn.

(Corresponden a Barras en estado recocido) Los valores son tericos ms representativos de este grado.Resistencia A La CorrosinExcelente resistencia en su estado recocido.Resistencia A Las Altas Temperaturas304Resiste temperaturas de hasta 875 C ( 1600 F ) en servicio continuo, los grados al Cromo-Nquel tienen un coeficiente de expansin muy alto y esto debe ser tomado en cuenta en el diseo de las piezas.MaquinabilidadTienen un rango de entre el 55% al 60% basndose en el acero AISI 1213 como el 100%.SoldabilidadFcil de ser soldado por procesos comunes excepto el forjado y golpeado.RecocidoCalentar entre los 1040 - 1150 C ( 1900 - 2100 F ) enfriar rpidamente, se puede usar agua para las secciones grandes y aire para las pequeas, el relevado de tensiones es entre 205 - 400 C ( 400 - 750 F ).

6.2 Bronce Comercial6.2.1 CaractersticasBarras de colada continua, estructura fina, exenta de porosidad, segregacin e inclusiones, caractersticas mecnicas uniformes, tolerancias dimensionales cerradas. Bujes de colado por centrifugado, buena estructura compacta, grano fino y homogneo, buena resistencia mecnica, libre de poros y fisuras de concentracin.Tambin llamado " comercial " empleado para piezas de uso general sin control de especificaciones, cuenta con buena maquinabilidad y buena resistencia a la friccin, usado comnmente en la Industria Metal Mecnica en general.6.2.2 Aplicaciones:Chumaceras y partes de maquinaria sometidas a presin dbil, partes para bombas, vlvulas, bridas, engranes, bujes, cojinetes de velocidad y presiones medias, tuercas, etc.

CuSnPbZn%

Mn.Mx.Mn.Mx.Mn.Mx.Mn.Mx.

84%85%4%5%4%5%4%5%

Tensile Strength = KSI 44Yield Strength = KSI 24Conductibilidad = 12%Maquinabilidad = 706.3 Acero AISI 1020ANLISIS QUMICO (Tpico) %

CMnPS

0.15 / 0.200.60 / 0.900.040 mx0.050 mx

PROPIEDADES MECNICAS

Resistencia a la tensin PSILmite Elstico PSIElongacin en 2" %Reduccin de rea %Dureza Brinell *

Estirado en frio64 00054 0001540126

Laminado en caliente58 00032 0002250116

( Los valores representados son tericos ms representativos de este grado ).* La dureza es variable depende del dimetro o espesor del material.

6.3.1 Caractersticas Y UsosAcero con bajo contenido de carbn, ideal para partes donde se requiere una dureza uniforme.Sus propiedades mecnicas y su maquinabilidad, lo convierten en uno de los aceros de mayor uso, los productos elaborados con este material son de una magnfica calidad.Los mejores terminados se hacen por el procedimiento de estirado en fro que a diferencia de los laminados en caliente hay que maquinar menos para alcanzar las medidas deseadas.Sus aplicaciones pueden ser en donde se requiera de un formado en fro, ( laminado en caliente ) tales como ondulados, doblados o escalonados, especial para partes donde sea necesario un interior suave y una superficie dura ( cementado ) como: Engranes, Piones, Tornillos sin fin, Pernos, Retenes, etc.Para el formado de los aceros estirados en fro es necesario hacerlo en caliente para evitar fracturas en el doblz.

MaquinabilidadTiene un rango de maquinabilidad de alrededor del 76% basndose en el acero AISI 1213 como el 100%, a velocidades de corte de 125 pies por minuto.SoldabilidadFcil de ser soldado por los procedimientos mas comunes, los resultados son de una excelente calidad, el tipo de soldadura a usar depende del servicio, diseo y medidas requeridas.

TRATAMIENTO TRMICO

PARACentgradosFarenheith

Forjar1120-12902050-2350

Recocer850- 9001575-1650

Cementar785- 8101450-1490

Para alcanzar la preferencia de los clientes, todos los que trabajamos en Grupo Palme estamos comprometidos al aseguramiento de la Calidad en un proceso de mejora continua.6.4 Hierro Dctil

ANLISIS QUMICO (Tpico) %

CSiMnSP

2.55-3.66%1.70-2.90%0.65-0.75%0.063% mx0.10 mx

6.4.1 Aplicaciones Tpicas Por IndustriaMaquinaria:Casquillos, engranes,chavetas,poleas,bancadas,mandriles.

Transportacin:Forros, pistones, rodillos, rotores, sellos.

Fbricas de acero:Rodillos gua, rodillos de leva, rodillos de rodaja.

6.4.2 CaractersticasEs un hierro gris perltico que contiene grafito del tipo "A".Las barras de hierro gris fabricadas bajo esta especificacin, tienen una optima resistencia, menor desgaste y grn dureza, frente a otros grados de hierro gris. Este material se diseo para aplicaciones donde se requiere alta resistencia al desgaste y excelente respuesta al tratamiento trmico. Esta especificacin es parecida al ASTM-A48 clase 40.

DUREZA BRINELL

DIMETROMNIMOMXIMO

1/2" - 3/4"229301

3/4" - 1 1/2"207285

1 1/2" - 2"207277

2" - 3"207269

3" - 6"197269

6" - 10"183269

10" - 20"183269

Redondos desde 1 1/2" hasta 12"PROPIEDADES

Lmite elstico40,000 psi

Lmite de compresin150,000 psi

Limite de fuerza transversal4,000 psi

Defleccin en pulg.0.25 - 0.34

Dureza brinell183 / 285

MicroestructuraPerltica

Tratamiento en calientePuede ser endurecidoal aceite, desde 1575F, para obtener un mnimo de dureza superficial de 50 Rockwell C

MaquinabilidadMuy buena

Especificacin ASTMA 48 ( Clase 40 )

7. DESCIPCIN DE LOS FABRICACIN DE LAS PIEZAS:

Operaciones tecnolgicas: Son aquellas operaciones desarrolladas en el transcurso de diversas actividades mecnicas continuas, con el fin de dar la forma y el tamao adecuado para que este elemento realice la funcin diseada.

8. CONCLUSIONES Y SUGERENCIA O RECOMENDACIONES:

InstalacinLa adecuada instalacin de la mquina permitir el alcance de su vida til, lo ms recomendable es que esta evite de la forma ms eficiente la vibraciones que se van a dar, y eso se debe a la base en la cual se va apoyar.Recomendaciones para la instalacin:La mquina se deber colocar sobre tablones de madera para absolver las vibraciones y aumentar su vida til.Se empotrar la mquina mediante pernos a la base.

Operacin Antes de poner en funcionamiento la mquina se debe: Verificar que los pernos estn bien ajustados y en buenas condiciones. Comprobar que los engranajes estn bien alineados, y las poleas segn sea el caso bien tensionadas. Antes de comenzar una produccin en serie se debe hacer una prueba a la mquina.

Mantenimiento Esto es para largar la vida til de la mquina, teniendo en cuenta las siguientes recomendaciones: Los componentes del sistema deben estar muy bien lubricados, con los elementos bien calibrados indicados en las especificaciones tcnicas. As como su constante revisin e inspeccin de funcionamiento. Limpiar constantemente las impurezas de la trituradora, como el polvo y otros componentes residuales de la caa de azcar. Verificar cada cierto tiempo la alineacin y estados de los ejes y chumaceras. El mantenimiento preventivo de recomienda hacerlo cada 2 y 6 meses. El mantenimiento correctivo cada 2 aos, dependiendo de la produccin de caa.

Indicaciones Finales El ensamblaje de esta mquina se debe seguir paso por paso segn lo recomendado en las especificaciones de diseo. Tener en cuenta que al momento de hacer le mantenimiento, las piezas deben coincidir al momento de armar el equipo. No bajar el factor de seguridad asignados para cada elemento, ya que se han considerado normales y factibles para su desempeo. La mquina est diseada para la trituracin de la caa de azcar, para l apuesta en marcha del proceso industrial. Tener consideracin al momento de agregar le producto a triturar (caa de azcar) puesto que la colocacin en exceso puede diswsminuir le rendimiento de la mquina

9. REFERENCIAS MOTT, R.Diseo de Elementos de Mquinas. Mxico: Prentice Hall Hispanoamericana. 2da.ed. 1995 HUGOT, E. Manual del Ingeniero Azucarero, Mxico: Continental, 1962 SHIGLEY, E. J.Diseo en Ingeniera Mecnica, Mxico: McGraw- Hill 4ta.ed. 1996 FAUCOHNIER, R. Tcnicas Agrcolas y Producciones Tropicales PERRY, J. Manual del Ingeniero Qumico, Mxico Tomo II 1974 AYALDE, G. V.Manual de Asistencia Tcnica de la Caa de Azcar. Palmira-Colombia: Centro de investigaciones agropecuarias, 1973pg. 33