Maquina Desgranadora De Maiz: Sacar Los Granos De Maíz De Las Mazorcas

MAQUINA DESGRANADORA DE MAIZ

1. FUNCIONES 1.1. FUNCION PRINCIPAL Sacar los granos de maíz de las mazorcas. 1.2.

FUNCION SECUNDARIA

[ ]

1 Tn 4 Hr



Capacidad

  

Solo para maíz seco Accionamiento por motor eléctrico Tamaño de mazorcas; maíz cubano (amarillo) y waltaco (maíz blanco)

2. DISEÑO DE LA MAQUINA

2.1 DISEÑO DEL MECANISMO

FJIJHG

3. DISTRIBUCION DE LA MAQUINA POR GRUPOS GRUPO 3

GRUPO 1

GRUPO 2

3.1 DIAGRAMA DE ORGANIZACION

DESGRANADORA DE MAIZ

GRUPO 1 Mecanismo de transmisión

P11: Eje P12: Chaveta P13: Polea 1 P14: Polea 2 P15: Rodamientos P16: Correa P17: Motor electrico P18: Chumaceras

GRUPO 2 Estructura de soporte

GRUPO 3 Recipientes

P21: Estructura de soporte P22: Base del motor P21: Cernidor P23: Tornillos

P31: Tolva de entrada P32: Tambor P33: Conducto de salida

4. CALCULO Y/O DIMENSIONAMIENTO 4.1 CALCULO DE LA POTENCIA Datos Capacidad: Q = 300 [Kg/h] Peso de las mazorcas: Wm = 4 [Kgf] Masa de las mazorcas: mm = 0,41 [Kg] Cadena con eslabones (disponibles en el mercado) Diámetro: d = 5 [mm] Paso: t = 23 [mm] Peso por metro: Wc = 0,5 [Kgf] Masa: mc = 0,6 [Kg] Tiempo: t = 2 [seg] Numero de cadenas desgranadora: 6 Radio de la cadena desgranadora: R = 200 [mm] Radio del tambor: Rt = 430 [mm] Relación de trasmisión: i = 5/1

Velocidad de la máquina: n2 = 300 [rpm] La velocidad requerida según tesis española (universidad San Andrés) para no dañar los granos oscila entre 280 y 300 [rpm]; elegimos 300. 4.1.1. Calculo de la potencia necesaria para arrancar los granos de maíz Para determinar la fuerza necesaria para desgranar hicimos el siguiente experimento: tomamos una mazorca y con una romana casera sacamos cinco granos de maíz amarillo (maíz duro) con una fuerza de 0,4 kilogramos fuerza, por lo tanto la fuerza para cinco granos es: F5 granos = 5 x 0,4 F5 granos = 2 [Kgf] Para determinar la fuerza total realizamos la siguiente operación: F = F5 granos x Numero de cadenas desgranadora F=2x6 F = 12 [Kgf] El momento torsor es: Mt = F x R [Kg m] Mt = 12 x 0,2 Mt = 2,4 [Kg m] Para determinar la potencia para el desgranado, empleamos la siguiente ecuación: P ot 1 =

Mt x ω [Hp] 75

Calculamos la velocidad tangencial ; donde n= 300[rpm] ω=

2πn 2 [rad/s] 60

ω=

2π x 300 60

ω = 31,42 [rad/s] Por lo tanto la potencia será: 2,4 x 31,42 P ot 1 = 75

P ot 1 = 1,005 [Hp] 4.1.2. Calculo de la potencia en vacío Calculamos el momento torsor en vacío: Mt = I x α [Kgf m] I = mc x Rt2 [Kg m2] I = 0,6 x (0,43)2 I = 0,11 [Kg m2] ω [rad/seg 2 ] ; t = 2 [seg] tiempo de transición del régimen estacionario t a régimen permanente del motor. α=

α=

31,42 2

α = 15,71 [rad/seg 2]

Mt = 0,11 x 15,71 Mt = 1,73 [Kgf m] Entonces la potencia en vacío es: 1,73 x 31,42 75 P ot 2 = 0,72 [Hp] P ot 2 =

4.1.3. Calculo de la potencia para mover la masa de las mazorcas Calculamos el momento torsor: Mt = I x α [Kgf m] I = mm x Rt2 [Kg m2]

I = 0,41 x (0,43)2 I = 0,08 [Kg m2] α=

ω t

α=

31,42 2

[rad/seg 2 ]

α = 15,71 [rad/seg 2] Mt = 0,08 x 15,71 Mt = 1,26 [Kgf m] Entonces la potencia en vacío es: P ot 3 =

1,26 x 31,42 75

P ot 3 = 0,53 [Hp]

Por lo tanto la potencia total es: P ot = P ot 1 + P ot 2 + Pot 3 [Hp] P ot = 1,005 + 0,72 + 0,53 P ot = 2,3 [Hp]

Normalizado será: P ot = 2 [Hp]

2.1. CALCULO DE CORREA Datos Pot = 2 [Hp] n1 = 1500 [rpm] n2 = 300 [rpm]

4.2.1. Potencia corregida (Pot K) Horas de servicio: < 10 horas Cargas fuertes: Ks = 1,2 (de texto de correas) P ot k = K s x Pot [Hp] P ot k = 1,2 x 2 P ot k = 2,4 [Hp]

4.2.2. Selección del tipo de correa

De la gráfica con los siguientes datos: Pot k = 2,4 [Hp] n1 = 1500 [rpm] Se obtiene el siguiente tipo de correa: Correa tipo A (13 x 8)

4.2.3. Elección de los diámetros de las poleas (d 1 y d2)

Siendo: V: Diámetro valido de la polea R: Diámetro de polea especialmente recomendado De la tabla con el siguiente dato: Correa tipo A (13 x 8) Se obtiene el siguiente diámetro mínimo de la polea conductora (d 1): d1 = 75 [mm] El diámetro de la polea conducida (d2) es: d 2 = i x d 1 [mm]

d 2 = 5 x 75 d 2 = 375 [mm]

4.2.4. Distancia entre ejes (a) Según norma DIN: 0,7(d 1 + d 2 ) < a < 2(d 1+ d 2)

Se obtiene la distancia aproximada (aaprox): 0,7(75 + 375) < a < 2(75 + 375) 315 < a < 900 a aprox = 800 [mm]

4.2.5. Angulo de abrazamiento de la polea pequeña (α) cos

∝ d 2 − d1 = 2 2 x a aprox

cos

∝ 375 − 75 = 2 2 x 800

∝ = 158°

En radianes: ∝ = 2,75 [rad] 4.2.6. Longitud de correa (Laprox) L aprox = 2 x a aprox x sin

L aprox = 2 x 800 x sin

∝ d2 d1 + ( 2π−∝ ) + ∝ 2 2 2

158 375 75 + ( 2π−2 , 75 ) + 2,75 2 2 2

L aprox = 2336,2 [mm] De tablas con los siguientes datos: Correa tipo A (13 x 8)

Laprox = 2336,2 [mm] Se obtiene la longitud real (Lreal) de la correa: Lreal = 2475 [mm] Que corresponde a la correa trapezoidal A - 96. 4.2.7. Distancia real entre ejes (areal) Lreal − (2π − ∝) a real = 2 sin

d2 d1 − ∝ 2 2

∝ 2

2475− (2π − 2,75) a real = 2 x sin

375 75 − 2,75 2 2

158 2

a real = 870 [mm]

4.2.8. Factor de ángulo (kθ) d 2 −d 1 a real 375 − 75 = 0,34 870 De tablas con el valor de 0,34 el factor es: k θ = 0,94

4.2.9. Factor de longitud (kL) De tablas con el siguiente dato: Correa A - 96 Se obtiene el factor de: k L = 1,08

4.2.10. Capacidad de potencia por correa (Pot u) De tabla con los siguientes datos: n1 = 1500 [rpm] d1 = 75 [mm] Se obtiene la siguiente potencia por correa: P ot u = 2,08 [kW] = 2,79 [Hp] 4.2.11. Número de correas (N) N=

P ot k k θ x k L x Pot u

N=

2,4 0,94 x 1,08 x 2,79

N = 0,84 Por lo tanto el número de correas que la maquina usará es: N=1 4.2.12. Fuerzas en el eje (Teje)

Datos μ = 0,3

α = 2,69 [rad] P ot =

Mt x ω [Hp] 75

Despejando el momento torsor: Mt =

75 x P ot ω

[Kgf m]

Calculamos la velocidad angular: ω=

2πn 1 [rad/s] 60

ω=

2π x 1500 60

ω = 157,08 [rad/s]

Entonces el momento torsor es: Mt =

75 x 2 157,08

M t = 0,95 [Kgf m] También el momento torsor es: M t = (T 1−T 2 )

d1 [Kgf m] 2

0,95 = (T 1−T 2 )

0,075 2

T 1 −T 2 = 25,33

(1)

Otra ecuación para correas: T1 μ∝ =e T2 Despejando T1: T1 = T2 x e

μ∝

T 1 = T 2 x e 0,3 x 2,75 T 1 = 2,28 x T 2

(2)

Reemplazando (2) en (1): 2,28 x T2 −T 2 = 25,33 T 2 = 19,79 [N] Reemplazando el valor de T2 en (2): T 1 = 2,28 x 19,79 T 1 = 45,12 [N] Entonces la fuerza en el eje es: T eje = T 1 +T 2 T eje = 45,12 +19,79 T eje = 65 [N] = 7 [Kgf]

2.2. CALCULO DE EJE DE DESGRANADO 4.3.1. Calculo de la fuerza radial F r T = m m x ω 2 x R [N] F r T = 0,41x 31,422 x 0,2 F r T = 80,95 [N]

La fuerza radial por cadena es: Fr =

80,95 6

F r = 13,49 [N] = 1,4 [Kgf]

4.3.2. Calculo de la fuerza tangencial

Mt =

75 x P ot ω

Mt =

75 x 2 31,42

[Kgf m]

M t = 4,77 [Kgf m] M t = F t T x R [Kgf m] Ft T =

Mt [Kgf] R

Ft T =

4,77 0,2

F t T = 24 [Kg f ] La fuerza tangencial por cadena es: Ft =

24 6

F t = 4 [Kgf]

Datos Ft = 4 [Kg] Fr = 1,4 [kg] T = Teje = 7 [Kg] Mt = 0,8 [Kg m] R = 0,2 [m] Acero SAE 1045 σf = 4500 [Kgf/cm2] Ƭf = 0,5 σf n=3 Plano X-Y

ƩMB = 0 R1y x 0,71 – 1,4 x 0,655 – 1,4 x 0,535 – 1,4 x 0,415 – 1,4 x 0,295 – 1,4 x 0,175 – 1,4 x 0,055 – 7 x 0,04 = 0 R1y = 4,6 [Kg] ƩMA = 0 R2y x 0,71 + 1,4 x 0,055 + 1,4 x 0,175 + 1,4 x 0,295 + 1,4 x 0,415 + 1,4 x 0,535 + 1,4 x 0,655 – 7 x 0,75 = 0 R2y = 3,2 [Kg]

Plano X-Z

ƩMB = 0 R1y x 0,71 – 1,4 x 0,655 – 1,4 x 0,535 – 1,4 x 0,415 – 1,4 x 0,295 – 1,4 x 0,175 – 1,4 x 0,055 = 0 R1z = 12 [Kg] ƩMA = 0 R2z x 0,71 + 1,4 x 0,055 + 1,4 x 0,175 + 1,4 x 0,295 + 1,4 x 0,415 + 1,4 x 0,535 + 1,4 x 0,655 = 0

R2z = 12 [Kg]

Sección critica: M R = √ 0,9 2+2,1 2 [Kgf m] M R = 2,28 [Kgf m] Flexión: σf =

MR 2,28 23,22 2322 = = [Kgf m] = [Kgf cm] π x ∅3 π x ∅3 ∅3 ∅3 32 32

Torsión: τt =

Mt 4,77 24,3 2430 = = [Kgf m] = [Kgf cm] π x ∅3 π x ∅ 3 ∅3 ∅3 16 16

Flexo-Torsión:

Punto crítico:

σx = σf = τ xy = τ t =

2430 [Kgf cm] ∅3

√( ) + τ

σmax

σ = x + 2

σmax

2322 = + 2 x ∅3

σmax =

2322 [Kgf cm] ∅3

2

σx 2

√(

2 xy

≤ ´σ

2322 2 x ∅3

2

2430 + ∅3

) (

3854,11 ´ ≤σ ∅3

4500 σ´ = = 1500 [Kg/cm 2 ] 3 3854,11 ≤ 1500 ∅3 ∅ ≥ 1,37 [cm]

τ max =

√(

τ max =

2693,11 ≤ ´τ ∅3

2322 2 2430 + 2x ∅3 ∅3

) (

2

) ≤ ´τ

2

) ≤ ´σ

´τ = 0,5 x

4500 = 750 [Kg/cm2 ] 3

2693,11 ≤ 750 ∅3 ∅ ≥ 1,53 [cm]

Por lo tanto el diámetro es: ∅ = 30 [mm]

ANALISIS DE FATIGA Datos Acero SAE 1045 σu = 6000 [Kgf/cm2] Se = (0,4 → 0,6) σu T = 60 ºC n=3 Se = 0,4 x 6000 = 2400 [Kg/cm2] Se' = Ka x Kb x Kc x Kd x Ke x Se [Kg/cm2] Factor de superficie (Ka) Ka = a x σ ub

De tablas para maquinado: a = 4,45 [MPa] b = - 0,265 K a = 4,45 x 600 (-0,265) K a = 0,82 Factor de tamaño (Kb) 2,79 ≤ d ≤ 51 [mm]

∅ 7,62

( )

-0,107

Kb =

30 7,62

-0,107

Kb =

( )

K b = 0,9 Factor de carga (Kc) Kc = 1 Debido a fatiga por flexión Factor de temperatura (Kd) De tablas: K d = 1,018 Factor de efectos diversos (Ke)

De gráfica con los siguientes datos: r = 5 [mm] d = 28 [mm] D = 30 [mm] Se tiene el factor de concentración de esfuerzos (K f): K f = 1,342

Ke =

1 Kf

Ke =

1 1,342

K e = 0,75 Se ' = 0,82 x 0,9 x 1 x 1,018 x 0,75 x 2400 Se ' = 1352,31 [Kg/cm2 ] σx = σf =

τ xy = τ t =

2322 33

2430 33 σ x = 86 [Kgf cm]

τ xy = 90 [Kg/cm 2] σmax , min =

86 ± 2

√( ) +( 90) 86 2

σmax = 142,74 σmin = − 56,74

σa =

σ max −σ min 2

142,74 −(−56,74) 2 σa = 99,74 σ +σ σm = max min 2 σa =

σm =

142,74 + (− 56,74) 2

σm = 43

2

2

tan ∝ =

σa σm

tan ∝ =

99,74 43

tan ∝ = 66,7 º σa σ 1 + m ≤ Se ' σ u n 99,74 43 1 + ≤ 1352,31 6000 3 0,08 ≤ 0,33 El análisis por fatiga es satisfactorio.

2.3. CALCULO DE CHAVETA Datos Pot = 2 [Hp] ω = 31,42 [rpm] Acero SAE 1010 σf = 2500 [Kgf/cm2] Ƭf = 0,5 σf n=3 P ot =

Mt x ω [Hp] 75

Mt =

75 x P ot ω

Mt =

75 x 2 31,42

[Kgf m]

M t = 4,77 [Kgf m]

M t = F t x R [Kgf m]

Ft

=

Mt [Kgf] R

Ft

=

4,77 0,2

Ft

= 24 [Kg f ] De libro Máquinas de Casillas con los siguientes datos: Øeje = 30 [mm]

Se obtiene los siguientes datos: b = 8 [mm] h = 7 [mm]

Calculo por corte

Ft ≤ ´τ hxl ´τ = 0,5 x

2500 = 417 [Kg/cm 2 ] 3

Ft ≤l h x ´τ 24 ≤l 0,8 x 417 l ≥ 4 [cm]

Calculo por aplastamiento Ft ≤ σ´ h xl 2 2500 σ´ = = 833 [Kg/cm 2 ] 3 24 ≤l 0,7 x 833 2 l ≥ 0,8 [cm] Por lo tanto la longitud es: l = 4 [cm] = 40 [mm] 2.4. CALCULO DE RODAMIENTOS Datos n = 300 [rpm] Ø = 28 [mm] Vida útil de la desgranadora = 6 años Vida estimada de la desgranadora ≤ El tiempo de vida del rodamiento es:

5 años

L10 = 5 a ñ os x

330 dias 6 h x = 9900 [ h ] 1 año 1 día

La vida útil es: 9900 h x

60 min 300 rev x = 178,2 x 10 6 [ rev ] 1 h 1 min

Reacciones del eje: F r A = R 1y + R 1z F r A = 4,6 + 12 F r A = 16,6 [Kgf] = 162,85 [N] F r B = R 2y + R 2z F r B = 3,2 + 12

F r B = [Kgf] = 149,11[N] La fuerza radial es: F r = 162,85 [N] La fuerza axial es: Fa = 0 4.5.1. Fuerzas equivalentes Cargas estáticas Po = X o x F r + Yo x Fa De catálogo SKF para rodamientos rígidos de una hilera de bolas se obtienen los siguientes datos: Xo = 0,6 Yo = 0,5 P o = 0,6 x 162,85 + 0,5 x 0 P o = 97,71 [N] Como:

Po < Fr 91,2 [N] < 162,85 [N]

Entonces: P o = F r = 162,85 [N] Cargas dinámicas P = X x Fr + Y x Fa

De catálogo SKF con los siguientes datos: d = 30 [mm] Se obtiene: fo = 14 Co = 2,9 fo x

Fa 0 = 14 x =0 Co 2,9

Con el factor 0 se obtiene: e = 0,19 Xo = 0,56 Yo = 2,30 P = 0,56 x 162,85 + 2,30 x 0 P = 91,2 [N] Fa 0 = =0 F r 162,85 Como: Fa ≤e Fr 0 ≤ 0,19 Entonces: P = F r = 162,85 [N]

4.5.2. Capacidad de carga Datos So = 1 k = 3 (Para rodamientos de bolas) n = 300 [rpm] L10 = 9900 [h] Capacidad de carga estática Co =

Po So

Co =

162,85 1

Co = 162,85 [N] = 0,16285 [kN]

Capacidad de carga dinámica k

L10 =

1000000 P ( ) 60 x n C

9900 =

1000000 162,82 3 ( ) 60 x 300 C

C = 28,94 [N] = 0,029 [kN] De catálogo de SKF:

Co_ = 2,9 [kN] C_ = 4,49 [kN]

Co ≤ C o _ 0,16285 [kN] ≤ 2,9 [kN] C ≤ C_ 0,029 [kN] ≤ 4,49 [kN]

Ambas relaciones cumplen satisfactoriamente

Por lo tanto, el rodamiento seleccionado y su respectiva chumacera son: Rodamiento: SKF 61806 Chumacera: SNL 206 TG SNL 206-305 TSN 206 G ASNH 507-606 5. HOJA DE PROCESOS Proyecto desgranadora de maíz

HOJA DE PROCESO Escala 1:1

Nº 1

2

3

4

Actividad corte de barra

Desbastad o y afinado

Desbaste 1

Desbaste 4

Material SAE 1045

Croquis

Denominación Eje

Máquina Cierre mecánica

Torno

Torno

Torno

Material Bruto

Firma

Herramienta

Parámetros

Velocidades

Hoja de corte

De 65 cm a 42.4cm

Herramienta de corte widia α= 5º , β= 10º

Cuchilla ISO 3 DIN 4978

Cuchillas ISO 3 DIN 4978

Devastado de 36 a 35,2 mm 1 pasada

Afinado de 35,2 a 35 mm 1 pasada

Devastado de 35 a 31 mm. 2 pasadas Afinado de 31 a 30 mm. 1 pasada

Devastado 35 a 31 mm. 2 pasadas Afinado de 31 a 30 mm. 1 pasada

Tiempo total de mecanizado

TM = Tiempo de mecanizado de la pieza

L= 75 cm Va= 0,4 mm/rev VC= 200 m/min L= 75 cm Va= 0,2 mm/rev VC= 236 m min L= 7 cm Va= 0,4 mm rev VC= 200 m min Va= 0,2 mm rev VC=236 m min L= 3 cm Va= 0,4 mm rev VC= 200 m min Va= 0,2 mm rev VC=236 m min

TM (min)

Tm (min)

T (min)

5

3

8

0,89

30

30,89

1,5

5

6,5

5

5,72

25

25,226

0.21 0.19

0.32

0,065 0,061 0,1

76.336

Tm = Tiempo de montaje y desmontaje de pieza e instrumento T = Tiempo total del proceso 6. PLANIFICACION DE LA PRODUCCION DESGRANADORA DE MAIZ Grupo

1

2

3

Códig o P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P18 P21 P22 P3 P24 P31 P32 P33

Nombre de pieza Eje Chaveta Polea 1 Polea 2 Rodamientos Correa Motor eléctrico Chumaceras Estructura de soporte Base del motor Cernidor Tornillos Tolva de entrada Tambor Conducto de salida

Suma de tiempos por grupos GRUPO 1 = 250 [min] GRUPO 2 = 120 [min] GRUPO 3 = 140 [min] TIEMPO TOTAL = 510 [min] La construcción será en serie. Diagrama de Gantt

Tiempos 60 min 30 min 20 min 20 min 30 min 20 min 40 min 30 min 30 min 30 min 30 min 30 min 80 min 30 min 30 min

7. COSTOS

Pieza Acero Eje chaveta Tambor Soporte del cojinete Poleas Motor Correas Acero Acero Electrodo s

Nombre Angular

Tipo de material

Dimensione s

SAE 1010 SAE 1045 SAE 1010 SAE 1010

20 x 20 x 0,2 L=750 mm L=40 mm L=650 mm

Normalizad o P1 P2 2 HP

Aluminio

D=375 mm D=75 mm

Caucho Rectangular SAE 1010 Plancha SAE 1010

40 x 20 x 0,2

E6013

92 Costo total (Bs)

PLANOS

Númer o de piezas 12 1 1 1

Cost o (Bs) 160 90 4 60

2

40

1 1 1 1 6

300 50 1400 40 90 248 50 2532