033 F34 2012 bcpf.Mec

ii

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

FRANCISCO DE MIRANDA

REA DE TECNOLOGA

COMPLEJO ACADMICO EL SABINO

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

CONSTRUCCIN DE UNA MQUINA TRITURADORA DE DESECHOS ORGNICOS Y HOJAS RECICLADAS PARA LA

UNEFM

Punto Fijo, Junio del 2012

Tutor Acadmico:

Ing. Helimenes Guzmn

C.I 15.982.499

Autores: Br. Rosa Fajardo

C.I 18.448.340 Br. Leizer Paredes

C.I 17.665.220

iii

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

FRANCISCO DE MIRANDA

REA DE TECNOLOGA

COMPLEJO ACADMICO EL SABINO

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

CONSTRUCCIN DE UNA MQUINA TRITURADORA DE

DESECHOS ORGNICOS Y HOJAS RECICLADAS PARA LA UNEFM

Trabajo especial de Grado Presentado ante la Ilustre

Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda

Para optar al Ttulo de Ingeniero Mecnico

Punto Fijo, Junio del 2012

Tutor Acadmico:

Ing. Helimenes Guzmn

C.I 15.982.499

Autores: Br. Rosa Fajardo

C.I 18.448.340 Br. Leizer Paredes

C.I 17.665.220

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AGRADECIMIENTOS

Al Seor Jesucristo, mi Seor y Dios, por ensearme el camino correcto de la vida,

guindome y fortalecindome cada da con su Santo Espritu.

A mis Padres Carlos y Rosa por creer y confiar siempre en m, apoyndome en todo momento de

mis estudios.

A mi Amado esposo Carlos, mi ayuda idnea, por su amor, paciencia, comprensin y motivacin,

sin lo que hubiese sido imposible lograr terminar mi carrera profesional.

A mi Buen amigo y compaero de tesis Leizer Paredes, por ser paciente y atento a las

exigencias y obstculos que se nos presentaron durante el tiempo de realizacin de nuestro trabajo

de grado.

A la Universidad Nacional Experimental Francisco De Miranda, por darme la

oportunidad de formarme profesionalmente.

Al ingeniero Helimenes Guzmn tutor acadmico, por brindarme su apoyo y ayuda durante la

realizacin de nuestro trabajo de grado y por compartir desinteresadamente sus amplios

conocimientos y experiencia.

Al ingeniero Yocias Ulacio tutor industrial, por prestarnos su ayuda y asesoras durante el

tiempo que estuvimos realizando nuestro trabajo de grado.

Finalmente a mis amigos Jos Barraez, Carol ina Schorn, Yilethzis Malaver y Paola

Guanipa mis ms sinceros agradecimientos, por haber influido en esta tesis que representa el

producto final de la dedicacin y estudios de esta actividad tan importante de mi vida como lo es

ser una Ingeniera Mecnica.

Gracias a todos!

v

Rosa Fajardo

AGRADECIMIENTOS

Esta tesis representa un parteaguas entre una etapa muy enriquecedora y el camino que el tiempo

obliga. En toda la experiencia universitaria y la conclusin del trabajo de tesis, ha habido personas

que merecen las gracias porque sin su valiosa aportacin no hubiera sido posible este trabajo y

tambin hay quienes las merecen por haber plasmado su huella en mi camino.

A Dios por ayudarme a terminar este proyecto, gracias por darme fuerza y el coraje para hacer

este sueo realidad y por estar conmigo en todo momento de mi vida.

A mis Padres por su apoyo incondicional, por estar en cada etapa de mi vida y comprenderme en

mis momentos difciles

A la UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE

MIRANDA, por darnos la oportunidad de formarnos profesionalmente.

Al ingeniero Helimenes Guzmn tutor acadmico por brindarnos su apoyo y ayuda durante la

realizacin de nuestro trabajo de grado.

A mis amigos. Jos Barraez, Carolina Schorn, Anny ya que son todas aquellas personas que

conoc en esta casa de estudio que me brindaron su amistad principalmente a mi gran amiga y

compaera de tesis Rosa Fajardo. Que gracias al equipo que formamos logramos llegar hasta el

final del camino y hasta este momento.

A mis vecinos que siempre estn all para apoyarme en todo momento y brindarme tanta alegra.

Leizer Paredes

vi

DEDICATORIA

Una vez concluida mi formacin como profesional, quisiera dedicar todos mis logros a las

siguientes personas:

A DIOS por ser quien da a da nos gua por el buen camino y por darme la vida y la oportunidad

de realizar este sueo y darme la fe de que esto durar por siempre

A mis padres CARLOS Y ROSA por su gran apoyo en mi estada dentro de la Universidad

Nacional Experimental Francisco De Miranda y adems por haberme criado y hacerme la gran

mujer que soy hoy en da, gracias por su gran ayuda siempre sern el amor de mi vida, de no haber

sido por ustedes no lo hubiese logrado los quiero mucho mis viejos,

A mi amado esposo CARLOS por amarme incondicionalmente, por compartir sus experiencias

conmigo, por el apoyo y el impulso que me ha dado siempre para continuar y no decaer ante

momentos desagradables, siendo as mi incentivo para crecer profesionalmente.

A mis hermanas NANCY Y CAROLINA porque siempre he contado con ellas para todo,

especialmente en momentos difciles, gracias a la confianza que siempre nos hemos tenido; por el

apoyo y amistad.

A mi hermano CARLOS porque siempre ha sido para m un ejemplo a seguir que me ha facilitado

mi camino.

A mis suegros GIOVANNI Y SIRIA porque siempre me han apoyado y credo en m en todo

momento de mi carrera profesional.

Rosa Fajardo

vii

DEDICATORIA

A Dios. Que me distes la oportunidad de vivir y de regalarme una familia maravillosa. Por

permitirme llegar a este momento tan especial en mi vida. Por los triunfos y los momentos difciles

que me han enseado a valorarte cada da ms.

A ti Madre. Por haberme educado y soportar mis errores. Gracias a tus consejos, por el amor que

siempre me has brindado, por cultivar e inculcar ese sabio don de la responsabilidad. Por haberme

brindado una confianza incondicional.

A ti Padre. A quien le debo todo en la vida, le agradezco el cario, por los ejemplos de

perseverancia y constancia que lo caracterizan y que me ha infundado siempre, por el valor

mostrado para salir adelante y por su amor, la comprensin, la paciencia y el apoyo que me brind

para culminar mi carrera profesional.

A mi abuela por guiarme en mi camino por la vida, por el amor, el cario, su compresin, sus

cuidados y su motivacin, por su suavidad y dureza al hablarme y ayudarme a ser una mejor

persona

A mis Famil iares. Gracias a mis tos y tas y todos aquellos familiares que me resulta muy

difcil poder nombrarlos en tan poco espacio, sin embargo ustedes saben quines son.

Leizer Paredes

viii

Rosa Fajardo, Leizer Paredes. CONSTRUCCIN DE UNA MQUINA TRITURADORA DE DESECHOS ORGNICOS Y HOJAS RECICLADAS PARA LA UNEFM. Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda. Programa de Ingeniera Mecnica. Punto Fijo, Venezuela, 2012.

RESUMEN

La problemtica a la cual se desea dar solucin es la de proporcionar a la Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda los medios para la produccin abono orgnico ya que en esta casa de estudios es muy necesario para un desarrollo sostenido de los proyectos de arborizacin. En este sentido se propuso el desarrollo de una mquina que realice unos de los procesos inherentes a la produccin de abono, el cual es el triturado de desechos orgnicos para despus pasar a otros procesos, como lo son el almacenamiento, mezcla, compostaje, entre otros. Esta propuesta est estructurada de la siguiente manera: Diseo conceptual, en donde se determinaron los sistemas principales de la trituradora y la mejor opcin de diseo, luego se tiene el diseo detallado en el cual se desarrollaron los clculos de los diferentes componentes de la mquina en trminos de dimensiones y materiales accesibles a nivel local. Seguidamente se realiz un conjunto de procedimientos para la fabricacin de la mquina y el establecimiento de los costos. Para concluir se realiz la construccin de la mquina de procesamiento de desechos, donde a partir de varias pruebas realizadas se determin que tiene un rendimiento de 25.74 kg/h lo cual satisface las necesidades establecidas ya que se pueden procesar todos los desechos generados en el comedor de la casa de estudios en un lapso de 8 horas.

Palabras Claves: Mquina, triturador, desechos orgnicos

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Rosa Fajardo, Leizer Paredes. CONSTRUCCIN DE UNA MQUINA TRITURADORA DE DESECHOS ORGNICOS Y HOJAS RECICLADAS PARA LA UNEFM. Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda. Programa de Ingeniera Mecnica. Punto Fijo, Venezuela, 2012.

ABSTRACT

The solution to the current problem is to supply to Francisco Of Miranda University the resources of making some organic fertilizer which is necessary to the development of compost investigation. Furthermore it was proposed the development a machine that may produces one of the most common processes according to fertilizer, which consists in crushing organic trash, so it can go next to other process, like storage, mixing, compost itself, and among others. This propose is structured in the following manner: conceptual design, where it was determined the main systems of the crushing machine and the best design option, next with the detailed design it was calculated the different components of the machine according to dimensions and available materials in the local zone. In the following step it was realized the group of procedures that successfully manufactures the machine keeping notes of the costs related to it. To conclude the crushing machine of organic trash was constructed, nevertheless the basic tests indicated that it has a performance of 25 kg/h which satisfies the established needs, and from now on it will processes and elaborate fertilizer to the dining room at this facility with a duration of 8 hours.

Key Word: Machine, Organic trash, Crusher

x

NDICE GENERAL Pg.

RESUMEN .................................................................................................... viii

ABSTRACT ..................................................................................................... ix

NDICE GENERAL ........................................................................................... x

NDICE DE TABLAS ...................................................................................... xii

NDICE DE FIGURAS ................................................................................... xiii

INTRODUCCIN ............................................................................................. 1

CAPTULO I ..................................................................................................... 6

DISEO CONCEPTUAL .................................................................................. 6

1.1 Diseo Conceptual de la Mquina Trituradora de Desechos Orgnicos y Hojas Recicladas ............................................................................................. 6

1.2 Bases y criterios de diseo ........................................................................ 6

1.3 Caractersticas de mquinas trituradoras existentes en el mercado. ........ 8

1.4 Alternativas de diseo ............................................................................. 13

1.5 Estudio de las alternativas de diseo ....................................................... 17

1.6 Diseo preliminar de la mquina .............................................................. 28

CAPTULO II .................................................................................................. 31

DISEO DETALLADO ................................................................................... 31

2.1 Diseo del canal de direccionamiento ..................................................... 31

2.2 Determinacin de la potencia del motor ................................................... 35

2.3 Diseo del sistema de corte ..................................................................... 38

2.4 Diseo del sistema de transmisin por bandas ....................................... 44

2.5 Diseo del eje del sistema de corte ......................................................... 49

2.6 Diseo del sistema de triturado ................................................................ 61

2.6.1 Sistema de engranes para los Rodillos trituradores. ......................... 61

xi

2.7 Diseo de los ejes de trituracin .............................................................. 82

CAPITULO III ............................................................................................... 100

PROCESO DE FABRICACIN Y COSTOS ................................................ 100

3.1 Procesos de fabricacin y ensamblaje de la mquina trituradora .......... 100

3.2 Recomendaciones del funcionamiento de la mquina .......................... 108

3.3. Recomendaciones de mantenimiento de la mquina ........................... 108

3.4 Costos de construccin. ......................................................................... 109

CAPITULO IV ............................................................................................... 112

EVALUACION DEL FUNCIONAMIENTO .................................................... 112

4.1 Evaluacin del funcionamiento de la mquina ....................................... 112

CONCLUSIONES ........................................................................................ 115

RECOMENDACIONES ................................................................................ 117

BIBLIOGRAFA ............................................................................................ 118

ANEXOS ...................................................................................................... 119

xii

NDICE DE TABLAS Tablas Pg.

1. Caractersticas de la mquina Rapid 2000 ................................................. 9 2. Caractersticas del modelo AY bio 180 ..................................................... 11

3. Caractersticas .......................................................................................... 12

4. Caractersticas de las mquinas existentes en el mercado ...................... 13

5. Resumen de ventajas y desventajas de la alternativa 1 ........................... 18



8. Rango de valorizacin para evaluar las alternativas. ................................ 23

9. Cuadro Comparativo para seleccionar la mejor alternativa de diseo. ..... 23

10. Tabla de Evaluacin para el sistema de Corte ........................................ 25

11. Tabla de Evaluacin para el sistema Motor ............................................. 26

12. Tabla de Evaluacin para el sistema de Trituracin ................................ 26

13. Tabla de Evaluacin para el sistema de transporte ................................. 27

14. Resumen de los componentes de la mquina ......................................... 29

15. Resumen del estudi de los momentos flectores ................................... 56

16. Resumen del estudi de las reacciones .................................................. 56

17. Piezas a cortar para la estructura ......................................................... 105

18. Materiales para la conformacin de la mquina ................................... 109

19. Mano de Obra ....................................................................................... 110

20. Equipos adquiridos ................................................................................. 110

21. Resumen de costo. ................................................................................ 111

22. Resultados de la prueba de la mquina ................................................. 113

xiii

NDICE DE FIGURAS Figuras Pg.

1. Biotrituradora Bosch Rapid 2000 ............................................................... 8 2. Triturador AY bio 180 ................................................................................ 10 3. Biotrituradora bio 3 cnica ........................................................................ 11 4. Alternativa 1 .............................................................................................. 18 5.Alternativa 2 ............................................................................................... 19 6. Alternativa 3 .............................................................................................. 21 7. Componentes de la mquina de trituracin .............................................. 28 8. Estudio de la densidad de la materia prima .............................................. 31 9. Representacin del canal de carga .......................................................... 32 10. rea lateral del canal de carga ................................................................ 34 11. Representacin grfica del motor. ........................................................... 37 12. Diagrama de cuerpo libre, fuerzas cortantes y momento flector de la cuchilla. .......................................................................................................... 39 13. Representacin del sistema de transmisin por bandas ......................... 45 14. Diagrama de cuerpo libre del eje del sistema de corte ............................ 50 15. Diagrama de cuerpo libre, fuerzas cortantes y momento flector del eje plano xy. ......................................................................................................... 53 16. Diagrama de cuerpo libre, fuerzas cortantes y momento flector del eje plano xz. ......................................................................................................... 55 17. Seccin de trituracin de la mquina. ...................................................... 61 18. Diagrama de cuerpo libre eje de triturado ............................................... 85 19. Diagrama de fuerzas cortantes y momentos flectores eje triturado plano xy .................................................................................................................... 86 20. Diagrama de fuerzas cortantes y momentos flectores eje triturado plano xz .................................................................................................................... 87 21. Flujograma de construccin ................................................................... 100 22. Devastados de los ejes de trituracin en torno ...................................... 102 23. Estructura de acero al carbono .............................................................. 106 24. Proceso de ensamblaje de la mquina .................................................. 107 25. Desechos orgnicos antes y despus de procesar con la mquina trituradora ..................................................................................................... 113 26. Maquina final ...114

INTRODUCCIN

La inversin que debe hacerse en los pases latinoamericanos para adquirir

equipos de tecnologa es alta, pero la idea de estos mercados es ser

competitivos con la lite mundial, partiendo de la generacin de tecnologa

equivalente con elementos que se pueden conseguir en el entorno; tiene su

fundamento en la incorporacin de innovaciones, fundamentalmente

aplicadas al proceso de produccin.

Es por ello que la industria de la horticultura no se queda atrs, por medio del

cual la materia orgnica es esencial para la fertilidad y la buena produccin

agropecuaria, convirtindose en una base para el desarrollo de la agricultura,

tomando en consideracin que los suelos sin materia orgnica son suelos

pobres y de caractersticas fsicas inadecuadas para el crecimiento de las

plantas. Estos avances han sido de alto inters en esta industria, que

contribuyen en la mejora y conservacin de los suelos; tal es el caso de

nuevas tecnologas de alta eficiencia diseadas para reducir la putrefaccin

de los residuos orgnicos de las distintas tcnicas de compost, tambin

llamado abono orgnico, donde se muestra que los desechos deben

triturarse, mezclarse y amontonarse

En Venezuela es comn observar el proceso de compost en la agricultura y

jardinera como enmienda para el suelo, aunque tambin se usa en

paisajismo, recubrimientos y recuperacin de suelos. Las tecnologas

nacionales son escasas y de grandes costos para la mayora de la poblacin

que requieren de estos equipos, adems del atraso tecnolgico con

respecto a otros pases desarrollados en este mbito, debido a la falta de

2

criterios unificadores y motivaciones de tipo ideolgicas y personales, que

conciben una poltica cientfica y tecnolgica como agentes del crecimiento

econmico y el desarrollo social.

La Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda no est exenta

de la necesidad de mejorar sus paisajes y preservacin de los suelos siendo

esta una zona rida y pobre para el desarrollo de las plantas, requiriendo de

abonos orgnicos para la ayuda de su crecimiento. Sin embargo actualmente

en la Institucin no se cuenta con tecnologas apropiadas para la produccin

de este tipo de recurso, teniendo como causas principales las siguientes:

Equipos de alto costo para la organizacin.

Falta de atencin e inters a las reas verdes de la organizacin.

Ausencia de Proveedores de tecnologas similares en el mercado

regional.

Se han diseado equipos de alta vanguardia similares en esta rea

por los estudiantes de Ingeniera Mecnica de la institucin sin

construccin de alguna como objetivo principal.

Las hojas residuales son cortadas manualmente y arrojadas a fosas

para su almacenamiento, las cuales generan tiempos excesivos de

trabajo.

Por consiguiente la falta de maquinarias necesarias para el procesamiento

de plantas (Nin, apamote, agua de playa, chaguaramo, mango, guayacn,

cayena, mata palo, palma) que sirva para abono orgnico dentro de la

organizacin, ha trado como consecuencia una cierta cantidad de

irregularidades que han sido de gran impacto para las partes interesadas,

entre las cuales se mencionan:

3

Inexistencia de reas verdes

Contaminacin area y de suelos en reas externas (pasillos, canchas

deportivas, rea de comida rpida) e internas (aulas de clases,

laboratorios, mdulos, comedor, reas administrativas, entre otros) por

concentracin de hierbas malas y residuo de hojas

Deterioro en la imagen y presentacin de la institucin

Ausencia de espacios recreativos y libres de arena caliza, que sirvan

de estudios y entretenimiento para los estudiantes

Ausencia de motivacin y diversin por la comunidad universitaria a

permanecer dentro de los recintos, considerando no solo a los

estudiantes, sino a los profesores y personal administrativo tambin.

Cabe destacar que las hojas residuales de las plantas de la universidad se

pueden utilizar como materia orgnica para el proceso de abono, mediante el

cual contar con una tecnologa moderna con la capacidad de triturar, estas

pudiera mejorar principalmente no solo la imagen y reputacin de la

empresa, sino activar y estandarizar procesos mecnicos que permitan la

obtencin de estos productos de alta calidad, seguros y libre de

contaminantes para el medio ambiente en este mercado emergente y

prospero. Por todo lo anteriormente planteado se propone la Construccin de

una Maquina Trituradora de Desechos Orgnicos y Hojas Recicladas ya que

esto contribuir con la ayuda de equipos que requiere la universidad siendo

esto un gran beneficio para el personal de mantenimiento para obtener dicha

materia orgnica.

Realizar el diseo conceptual de la maquina

Desarrollar el diseo detallado de la maquina

Ejecutar el proceso de fabricacin y ensamble de cada uno de los

componentes de la mquina

Evaluar el funcionamiento de la mquina

4

La presente investigacin se justifica sobre la base de las siguientes

dimensiones:

Desde el punto de vista de la Organizacin: La Construccin de la

Mquina Trituradora de Desechos Orgnicos y Hojas Recicladas, permitir

mejorar no slo los procesos de produccin de abono orgnico, sino tambin

las tcnicas en general, promoviendo la motivacin y participacin del

personal de mantenimiento hacia el trabajo. En este orden de ideas, el

equipo aumentar significativamente los niveles de productividad de abono

orgnico, mejorando la reputacin y confianza de la organizacin, mediante

la satisfaccin de los estudiantes, minimizando los costos, desperdicios y

retrabajos. Adems permitir no slo estandarizar los procesos sino tambin

mejorar la calidad de material para la fertilizacin de los suelos, pudiendo

significar esto, abrirse a nuevos tecnologas.

Desde el punto de vista tecnolgico: El diseo y la construccin de

una maquina trituradora se constituyen en una herramienta de amplia

vinculacin con el perfil del ingeniero mecnico; permitir la asociacin de

conceptos, tcnicas y enfoques metodolgicos propios de campo de accin

de la ingeniera mecnica as como en la prctica de las organizaciones.

Desde el punto de vista institucional: Este trabajo viene a reforzar las

investigaciones y estudios que en materia de Diseo y construccin se

llevan a cabo en la Universidad Nacional Experimental Francisco de

Miranda.

Esta investigacin se realizo en la Universidad Nacional Experimental

Francisco de Miranda, ubicada en la prolongacin de la av. Rafael Gonzlez,

Municipio Carirubana, Pennsula de Paraguan Estado Falcn; se desarrollo

en un lapso de tiempo de veinte (20) semanas comenzando desde el 15-10-

5

2011 hasta el 12-03-2012, durante este periodo se realizo el diseo

conceptual y detallado de la mquina trituradora de plantas (Nin, apamote,

agua de playa, chaguaramo, mango, guayacn, cayena, mata de palo,

palma) y hojas recicladas, determinando sus dimensiones, caractersticas y

clculos necesarios para el buen funcionamiento de esta, que sirva de

utilidad para la produccin de abono orgnico.

En este orden de ideas se incluyo la compra de los materiales y equipos a

utilizar para la construccin y ensamble de la mquina trituradora, realizando

para ello estimaciones de costos previas, y por ltimo se evalu el

funcionamiento operativo de la mquina y sus componentes, el cual consisti

en realizar pruebas y puestas en marcha de esta en condiciones reales para

la verificacin correcta, desde sus entradas de las plantas y hojas recicladas

hasta la salida y obtencin del producto final, tomando como parmetros de

referencia las especificaciones especificas del diseo.

6

CAPTULO I DISEO CONCEPTUAL

1.1 Diseo Conceptual de la Mquina Trituradora de Desechos Orgnicos y Hojas Recicladas En el diseo conceptual se establecieron criterios necesarios para la

culminacin del proyecto, se estipularon caractersticas de las maquinas

trituradoras existentes que sirvieron de apoyo para el planteamiento de las

propuestas de diseo de la mquina trituradora de desechos orgnicos y

hojas recicladas, tambin se establecieron los criterios de evaluacin de las

alternativas tales como: facilidad de operacin y economa, la seguridad y

confiabilidad, facilidad de mantenimiento, y se evaluaron las alternativas de

los distintos componentes para seleccionar el diseo ms conveniente a las

necesidades que tenga la UNEFM, estas caractersticas son de gran

importancia al momento de seleccionar los elementos de mquina utilizados

en el diseo del modelo.

1.2 Bases y criterios de diseo Fcil operacin La mquina de trituracin de desechos orgnicos debe poseer sus

componentes dispuestos de modo que se ofrezca facilidad al operador en el

momento de manipularla. Por tanto se establece que el diseo sea sencillo y

que pueda ser manipulada por una sola persona.

Fcil mantenimiento Al momento de construir una mquina uno de los factores que influyen en la

direccin y buen funcionamiento de la misma es el mantenimiento, el cual

debe ser efectuado peridicamente y depende directamente del fcil acceso

7

a cada una de las partes de la mquina, estos componentes ayudarn a

tener una larga vida til de la misma.

Seguridad Se estim un factor de seguridad ya que es sumamente importante que

permita garantizar el mejor comportamiento de los diversos materiales que

conforman la trituradora de desechos orgnicos y hojas recicladas, con la

finalidad de establecer un rango de confiabilidad ptima y aceptable para

soportar las cargar y esfuerzos provocados en condiciones crticas de

funcionamiento.

Economa Para el diseo se tom en cuenta los costos de los materiales a utilizar para

la construccin de la mquina, los materiales seleccionados para el diseo

son comercialmente accesibles por lo cual no hubo inconvenientes al

momento de la adquisicin. La seleccin de estos materiales se realiz con

la finalidad de minimizar los costos de fabricacin y al mismo tiempo

proporcionar calidad, resistencia y durabilidad.

Ergonoma Se refiere a optimizar el espacio fsico disponible, garantizando comodidad al

operador para manipular los dispositivos que conforman la mquina.

Tambin se considera la apariencia que pueda proporcionar cada elemento a

fin de optar con el acabado final del diseo.

8

1.3 Caractersticas de mquinas trituradoras existentes en el mercado. Actualmente existen numerosas mquinas utilizadas para la trituracin de

diversos materiales, todos ellos con caractersticas especficas determinadas

fundamentalmente por el material de consumo y dimensiones requeridas del

producto final. Para garantizar el mejor funcionamiento de cualquier diseo

mecnico es importante considerar los diferentes criterios y factores que

influyan en la creacin de los elementos que lo conforman, as como conocer

las propiedades mecnicas de los diversos materiales que forman los

elementos del mismo. Mediante las consideraciones de diseo se puede

evaluar varios criterios que permitan la seleccin correcta de cada uno de los

elementos que conforman los sistemas y a su vez determinar los parmetros

por los cuales se rige el diseo. A continuacin se describen dos diferentes

modelos:

1.3.1 Biotrituradora Bosch Rapid 2000

Figura 1. Biotrituradora Bosch Rapid 2000

Fuente: Catalogo Bosch

9

Tabla 1 Caractersticas de la mquina Rapid 2000

Capacidad de corte 3,5 cm

Par de giro 12 Nm aprox.

Velocidad de corte 3650 rpm

Potencia del motor 2.000W

Rendimiento 80 kg/h aprox.

Sistema de corte Cuchillas estrella

Peso de la mquina 11,5 kg

Fuente: Catalogo Bosch

Descripcin y funcionamiento La Biotrituradora es ligera adecuada para el procesos de trituracin fina, la

cual demanda una definida porcin de materiales verdes, esta posee un

despliegue de fuerza el potente motor de alta velocidad Powerdrive de Bosch suministra una potencia mxima en las cuchillas de hasta 14 Nm. En la parte

superior tiene un prctico prensador que mediante su forma adaptada a la

tolva, el prensador permite una alimentacin uniforme del material. En

comparacin con las herramientas convencionales, puede introducir hasta un

40% ms de material en el mismo tiempo. Posee un sistema de cuchillas tipo estrella. As, la desmenuzadora absorbe ms rpidamente gran cantidad de

material.

10

Componentes: La cuchilla cortadora es de acero templado extra-fuerte.

La cuchilla es doble y reversible por ambos lados.

Est recomendada para materiales verdes y blandos.

La tolva se puede extraer muy fcilmente y sin problemas.

Dispone de un enganche para la bolsa colectora (bolsa colectora,

disponible como accesorio)

La proteccin contra sobrecarga del motor asegura el motor y el

engranaje. Dispone de un bloqueo de conexin como medida de

seguridad adicional ante cortes elctricos.

1.3.2 TRITURADOR AY BIO 180 ELECTR REF. 631620

Figura 2. Triturador AY bio 180

Fuente: Catalogo ferrovicmar

Canaleta de carga

Gua de descarga

Sistema de impulsin

Cmara de corte

Sistema mvil

11

Tabla 2 Caractersticas del modelo AY bio 180

Potencia 4 Hp / 2840 r.p.m.

Dimetro triturable 80 mm.

Produccin 5 m3/h.

N de mazas 12.

N de cuchillas 2.

Peso 115 kg.

Medidas 1520 x 720 x 1223 mm.

Fuente: Catlogo ferrovicmar Descripcin y funcionamiento Esta mquina est compuesta por el sistema de alimentacin formado por

una tolva, es capaz de triturar ramas de hasta 8 cm de dimetro despus de

la poda de rboles y todo tipo de arbustos. Permite realizar el trabajo de

forma rpida y limpia. Su sistema de corte se base en cuchillas del tipo

rectangular.

1.3.3 Biotrituradora Bio 3 Cnica.

Figura 3. Biotrituradora bio 3 cnica

Fuente: Catalogo Stocks

12

Tabla 3 Caractersticas

Potencia 7.5 - 15 hp

Produccin 1000 - 3000kg/h

Velocidad 1800 rpm

Capacidad de corte 2"

Peso 100kg

Fuente: Catalogo Stocks

Descripcin y funcionamiento La trituradora solo debe usarse para picar y triturar residuos vegetales, desechos de plaza, residuos de podas y residuos de flores, adems

tubrculos, mazorcas, caas y pastos. Est pensada solo para una

alimentacin manual. El material a triturar se deja caer en una tolva cilndrica

o cnica, ideal para desintegrar caas y pastos largos lo cual pasa por una

series de cuchillas que trituran los residuos en pequeos trozos hasta

reducirlos en un dimetro de 2, lo cual se descarga hacia el piso para luego

poder ser empaquetado en lonas o costales. Esta trituradora est compuesta

por una base tipo triler con dos ruedas, para un fcil traslado y operacin.

Su sistema de corte es de disco y cuchillas.

13

Tabla 4 Caractersticas de las mquinas existentes en el mercado

MAQUINA 1 MAQUINA 2 MAQUINA 3

Potencia de Motor 2000w 4hp 7.5 - 15hp

Produccin 80kg/h 5m3/h 1000 - 3000kg/h

Velocidad 3650rpm 2840rpm 1800 rpm

Sistema de corte Cuchillas

estrella

Cuchillas

rectangulares

Cuchillas en

disco

Peso 11.5kg 115kg 100kg

Capacidad de corte 3.5cm 8cm 5.08cm

Fuente: Propia

1.4 Alternativas de diseo

A continuacin se describen los diferentes posibles sistemas que

conformaran las opciones para decidir cul es el ms adecuado en la

mquina.

Sistema de corte Es el encargado de cortar la materia prima que ser utilizada en el proceso

de trituracin. Entre los dispositivos existentes para el desarrollo correcto del

sistema de entrada (desechos orgnicos y hojas recicladas), se propone los

siguientes elementos:

Cuchillas pivote Este tipo consta de dos cuchillas, el cual esta uno montado sobre el otro, de

esta manera se deja una de ellas fija y la otra tendr una rotacin con

respecto a uno de sus extremos, as la pieza mvil siendo el elemento motriz

de corte pasar sobre la fija como el elemento resistente generando el corte

14

al material, cuando este se encuentre de manera transversal entre la va del

elemento motriz y la pieza resistente.

Cuchillas rotativas Esta aplicacin se utiliza para cortar transversalmente lminas de forma

continua en altas velocidades de trabajo, partiendo de una bobina madre. El

material a cortar, se desplaza a alta velocidad cortante preseleccionada,

siendo la cuchilla rotativa la que oscilara su velocidad para sincronizarse y

realizar un corte a la medida especificada.

Sistema de trituracin Este sistema consiste en el mecanismo para la reduccin del material

(fragmentado o trituracin) en una o varias etapas, para cumplir de manera

adecuado segn la reduccin del volumen requerido para los desechos

orgnicos y hojas recicladas, se proponen los siguientes elementos:

Rodillos Esta opcin consta de cilindros que rotarn en su eje, de manera que al

pasar el material cortado ejercen presin sobre la materia que se desee

fraccionar, triturar o compactar, estos cilindros pueden ser planos o dotado

por dientes.

Prensa. Esta opcin constar de una lmina o plancha mvil, el cual se desplazar

de manera que ejerza presin a lo largo de su superficie sobre una base y

as el material cortado que se encuentre entre la superficie de estos

elementos sea compactada hasta llegar al volumen deseado de desecho.

15

Sistema Motor (Motriz) Este sistema es el encargado de producir la potencia requerida para hacer

funcionar ptimamente los dispositivos involucrados en el sistema de

trituracin. Se proponen los siguientes elementos:

Motor elctrico Es una mquina elctrica que transforma energa elctrica en energa

mecnica rotativa.

Motor combustin interna Es un tipo de mquina que obtiene energa mecnica directamente de la

energa qumica de un combustible que arde dentro de una cmara de

combustin.

Sistema de transporte Este sistema es encargado de dirigir y distribuir la materia prima al sistema

de trituracin, as como transformar la velocidad de entrada ms baja. Se

proponen los siguientes elementos:

Cada libre Es el tipo de movimiento de un cuerpo bajo la accin exclusiva de un campo

gravitatorio, es decir, el material de desecho cortado se desplazara por

medio de un canal hasta la trituracin por medio de su propio peso.

Bandas transportadoras Una cinta transportadora es un sistema de transporte continuo formado

bsicamente por una banda continua que se mueve entre dos tambores. Por

este mecanismo se transportara el material cortado sobre las bandas hasta

el sistema de trituracin, para su posterior desecho.

16

Sistema estructural Este es el encargado de soportar todos los elementos y componentes de la

mquina, sirviendo como base para estos, es por ello que las partes que

componen este sistema deben ser resistentes y seguras. La seleccin del

material se consider por peso, costo y fcil adquisicin en el mercado. Para

la estructura tenemos las siguientes alternativas:

Tubos de seccin circular

Tubos de seccin cuadrada o rectangular

Tubos en forma de L (ngulos)

Sistema de transmisin de Potencia: Es el encargado de llevar la potencia de la fuente motora hasta un reservorio

o el equipo que se requiere mover, en este caso es del sistema motor al

sistema de corte, tambin se puede utilizar para transmitir potencia a los

sistemas de trituracin y/o transporte segn la alternativa que se seleccione.

Transmisin por bandas. Se encarga para transmitir la potencia y el movimiento entre ejes que se

encuentran distanciados, para ello se monta sobre cada eje una polea las

cuales se enlazan mediante una correa cerrada. Estos pueden ser bandas

sncronas o bandas trapezoidales.

Transmisin por cadena. Es el movimiento y la fuerza que se transmiten a cierta distancia de los

engranes y se conserva el sentido de giro.

Transmisin por engranes. Est formada por el acoplamiento de dos ruedas dentadas, una motriz y otra

conducida, que, al introducir los dientes de una en los huecos de la contraria

17

y producirse el giro de la rueda motora, arrastra a la conducida diente a

diente.

Estos pueden ser engranes de dientes recto, helicoidales o cnicos.

1.5 Estudio de las alternativas de diseo Alternativa 1

Esta alternativa consta de un sistema de corte, el cual se encuentra

suministrado por cuchillas pivotes, las cuales una de ellas se encuentra fija y

la otra tiene un movimiento de rotacin con respecto a la otra, as,

generando el corte sobre el material, esta ser introducido por medio de una

tolva el cual el material llegara hasta dicho sistema de corte por medio de

cada libre, luego este material pasar a un sistema de trituracin que consta

de rodillos dentados el cual reducir el material hasta el tamao requerido,

estos giraran sobre su mismo eje de rotacin, lo cual est accionado por un

sistema motriz mediante un motor de combustin interna generada por la

reaccin de una energa qumica de un combustible que arde dentro de una

cmara de combustin obteniendo una energa mecnica, que servir para

mover al sistema de trituracin y al sistema de corte, luego estos materiales

pasaran por un sistema de bandas transportadoras, que posteriormente

llevar los desechos a un depsito.

Este diseo constar con un sistema estructural de tubos de seccin

cuadrada los cuales van a soportar todos los elementos y sistemas antes

expuestos.

18

Figura 4 Alternativa 1

Fuente. Propia

Entre las ventajas y desventajas que nos ofrece este sistema se encuentran

los siguientes:

Tabla 5 Resumen de ventajas y desventajas de la alternativa 1

VENTAJAS DESVENTAJAS Se pueden reducir los desechos

y materiales al mnimo

requerido.

Permitir transportar de una

forma rpida los desechos

hasta el depsito.

Las velocidades de corte y de

trituracin sern las adecuadas

debido a la potencia del motor.

El sistema estructural integrado

ofrece versatilidad en el uso.

El movimiento de la banda

produce vibracin lo que

pueden generar fallas en la

estructura.

Los motores de combustin

interna generan contaminacin

al ecosistema y son de alto

costo.

El motor de combustin interna

es ruidoso y contaminante.

El sistema de banda

transportadora representa una

inversin inicial alta.

Fuente: Propia

Gua de carga

Rodillos dentados

Sistema de bandas transportadora

Motor de combustin

Estructura de acero

Gua de descarga

19

Alternativa 2 Este modelo es semejante al primero, ya que tambin consta de un sistema

de cada libre desde el momento que se introduce el material o desecho por

la tolva hasta llegar al sistema de corte que est provisto de cuchillas

rotatorias que van a gran velocidad cortando transversalmente los desechos

o materiales de forma continua, luego el material pasar inmediatamente a

un sistema de trituracin que estar compuesto de rodillos dentados que a su

vez estos estarn acoplados al eje por medio de dos chumaceras realizando

el ltimo proceso de trituracin disminuyendo al mnimo espesor los residuos,

esta mquina ser impulsado, por un motor elctrico lo cual estar conectado

por medio de un sistema de transmisin de bandas acopladas a un eje por

medio de poleas, a su vez este eje estar conectado al sistema de corte y de

trituracin, estos residuos pasarn a deposito por medio de cada libre y

desde all podrn extraerlo y trasladarlo a otro lugar. Esta mquina estar

soportada por un sistema estructural de tubos de acero de forma rectangular,

lo que permitir soportar todos los elementos sobre l.


Fuente. Propia

20

Entre las ventajas y desventajas que nos ofrece este sistema se encuentran

los siguientes:


VENTAJAS DESVENTAJAS

El motor a utilizar es no

contaminante y eficiente.

Los residuos no pasan

directamente hacia el

depsito.

Es de mantenimiento sencillo.

Es ms econmico y seguro.

Agiliza la produccin por ser

un sistema integrado.

Requiere de energa

elctrica.

El sistema requiere de

continuas intervenciones de

mantenimiento.

El sistema integrado puede

resultar complejo.

El sistema de corte y

trituracin deben trabajar

simultneamente por lo que

de existir un atasco en

alguno de los sistemas, de

detendr todo el proceso.

Fuente: Propia

Alternativa 3 En esta alternativa los desechos pasarn por un sistema bandas

transportadoras a la entrada de modo que los desechos puedan llegar ms

rpido al sistema de corte esta bandas sern movidas debido a la fuerza que

ejercen los desechos sobre la banda transportadora, luego estos desechos

pasaran al sistema de corte que est compuesto de cuchillas rotativas que

giran a gran velocidad cortando de forma transversal el los desechos, luego

estos pasarn a un sistema de trituracin por medio de planchas. Esta se

accionar mediante un desplazamiento positivo compactando el material al

21

volumen requerido, estos sistemas sern accionados por un sistema motriz

mediante un motor elctrico que estar conectado a al sistema de corte y de

trituracin, luego los residuos pasarn por un sistema de bandas

transportadora que estar movida por el mismo sistema motriz, estos

desechos sern desechados al suelo , estos elementos sern soportados por

un sistema estructural


Fuente. Propia

Entre unas de las ventajas y desventajas que ofrece este sistema puede

hacer mencin a lo siguiente:

Gua de carga

Sistema de bandas transportadora

Motor elctrico

Estructura modular

Seccin de trituracin

Sistema de bandas en v

22


VENTAJAS DESVENTAJAS

Agiliza la produccin.

Permite trasladar los desechos

de forma ms rpida

Permite compactar los

residuos.

Los materiales son

desechados al suelo.

Es de grandes

dimensiones.

Muy costosa.

Fuente: Propia

Seleccin de la Alternativa de Diseo.

Para cada criterio de diseo se tom una escala de puntuacin comprendida

de 1 a 5, en donde 1 es el valor de menor calificacin (muy malo) de modo

que el 5 es el valor de mayor calificacin (muy bueno). La tabla est basada

en los criterios de seleccin del Robert Norton y que va a permitir obtener

una evaluacin de cada uno de los criterios los ms exacto y objetivo posible,

el cual consiste en dar una puntuacin a cada consideracin de diseo y al

final hacer una sumatoria de estas y la que arroje el mayor resultado dar a

conocer la alternativa ptima para el desarrollo del diseo.

23

Tabla 8 Rango de valorizacin para evaluar las alternativas.

RANGO DE VALORIZACION

MUY MALO MALO REGULAR BUENO MUY BUENO

1 2 3 4 5

Fuente: Propia

A continuacin se presenta la tabla con los resultados obtenidos de la

evaluacin realizada.

Tabla 9. Cuadro Comparativo para seleccionar la mejor alternativa de diseo.

Factores a Considerar

Puntuacin

Alt1 Alt2 Alt3

Ergonoma 5 5 5

Fcil Operacin 3 5 4

Fcil Mantenimiento 2 5 4

Seguridad 5 5 5

Economa 3 4 3

Totales 18 24 21

Fuente: Propia

Tomando en cuenta el anlisis de las alternativas anteriormente

mencionadas y considerando las principales caractersticas, ventajas y

desventajas que se definieron para el diseo se opt por seleccionar la

segunda alternativa, ya que cumple con los requerimientos ptimos en

24

cuanto a operacin debido a que es sencilla y segura porque logra no tener

contacto directo cuando el sistema est en marcha y as poder evitar

accidentes, en cuanto a estructura ocupara menos espacio del cual se

dispone lo que lograra ser ms ergonmico.

Su mantenimiento es menos costoso y fcil de realizar porque se basa solo

en lubricar las partes deslizantes y si se daara un componente del sistema

sera ms sencillo de desmontar que de las otras 2 alternativas. Los

materiales son ms accesibles para esta alternativa ya que se encuentran de

manera ms sencilla en el mercado regional y nacional con unos costos

viables. En la seleccin de estos materiales siempre se tomaron en cuenta

la resistencia, economa y durabilidad como factores importantes.

Por otra parte, tomando en cuenta un factor de gran envergadura, como lo es

el principio de funcionamiento cabe destacar, que la primera y la tercera

opcin ofrecen la facilidad de ser operadas por personas que hayan recibo

una charla previa acerca del funcionamiento del equipo, a diferencia de la

segunda que debe ser operadas por persona completamente

experimentadas en el manejo de mquinas trituradoras.

En ltimo lugar pero no con menor importancia se deben tomar en

consideracin los costos asociados a la fabricacin, y en este particular la

opcin seleccionada trae consigo costos intermedios comparados con las

otras dos opciones.

25

Tabla 10 Tabla de Evaluacin para el sistema de Corte

Cuchillas Pivote Ptos

Cuchillas Rotatorias Ptos

Economa 3 5

Ergonoma 4 5

Fcil Operacin 4 3

Fcil Mantenimiento 4 5

Seguridad 3 4

Totales 18 22

Fuente: Propia

El empleo de cuchillas tipo pivote requiere de mayor inversin ya que habra

adquirir las fijas y mviles, por lo cual se ponder con regular (3). En

comparacin con las cuchillas rotatorias basta con un par de cuchillas unidas

al eje de corte, por ser ms econmico se ponder como excelente. En la

ergonoma las cuchillas rotatorias son de fcil instalacin y mantenimiento

por lo cual resultan excelentes para el sistema, luego el juego de cuchillas

pivote requiere de mayor trabajo, por lo tanto se consider como bueno. En

lo referente a la operacin resultan ms convenientes las cuchillas pivotes,

ya que estas realizan un corte ms efectivo y en cambio las rotarias no lo

son. Finalmente se seleccion el sistema de cuchillas rotarias, por tener

mayores ventajas en mantenimiento, economa y ergonoma.

26

Tabla 11 Tabla de Evaluacin para el sistema Motor

Motor de

Combustin Interna Ptos

Motor Elctrico Ptos

Economa 1 3

Ergonoma 3 4

Fcil Operacin 3 5


Seguridad 3 5

Totales 13 21

Fuente: Propia

Un motor de combustin resulta poco favorable para esta aplicacin, pues

ste es ruidoso y contaminante. Adems de ser costoso en lo referente a la

inversin inicial y en el mantenimiento para dar larga vida til a sus

componentes. En cambio el motor elctrico es de trabajo silencioso y no

genera contaminacin. Su mantenimiento no es costoso y es de fcil

instalacin. Cabe destacar que en la UNEFM se cuenta con servicio elctrico,

el cual pudiera ser un limitante para su seleccin. Por tanto se eligi como

sistema de impulsin el motor elctrico.

Tabla 12 Tabla de Evaluacin para el sistema de Trituracin

Rodillos Dentados Ptos

Prensa Ptos

Economa 3 4

Ergonoma 4 2

Fcil Operacin 3 2


Seguridad 4 4

27

Totales 17 15

Fuente: Propia

Los rodillos dentados no resultan econmicos en lo referente a la inversin

inicial, en cambio la prensa es de ms bajo costo. En lo referente a la

ergonoma, los rodillos dentados realizan un trabajo automtico sin

intervencin del operador, ste solo debe verificar que no existan atascos en

el sistema, por lo cual resulta favorecido al compararlo con una prensa que

requiere accionamiento manual. Finalmente ambos requieren un

mantenimiento y seguridad similar el cual debe hacerse a diario despus de

cada uso. Se eligi el sistema de triturado por rodillos.

Tabla 13: Tabla de Evaluacin para el sistema de transporte

Cada Libre Ptos

Bandas Transportadoras

Ptos Economa 5 3

Ergonoma 5 4

Fcil Operacin 5 4


Seguridad 4 5

Totales 24 19

Fuente: Propia

Este sistema por cada libre es la forma ms econmica ya que el campo

gravitatorio realiza el trabajo y es de manera segura, en cuanto a las

bandas transportadoras es un sistema movidos por uno o ms motores

elctricos ya que sin energa no puede realizar el trabajo y es ms

complejo el mantenimiento.

28

1.6 Diseo preliminar de la mquina

Figura 7 Componentes de la mquina de trituracin

Fuente: Propia

29

Tabla 14 Resumen de los componentes de la mquina

Item Cantidad Nombre

Caractersticas 1 1 eq1_sup

2

2450,000 mm

ISO 4019 - 40x40x2 - 350

Acero para construcciones - Secciones huecas estructurales soldadas modeladas en fro

3 1000,000 mm

ISO 4019 - 40x40x2 - 250


4 1600,000 mm

ISO 4019 - 40x40x2 - 200


5 200,000 mm

AISC - L 1,5 x 1,5 x 3/16 - 3,937 Seccin angular de acero

6 268,000 mm

AISC - L 1 x 1 x 1/8 - 5,276

7

1600,000 mm

ISO 4019 - 40x40x2 - 400


11 3 SYK 20 TF -

12 4 ISO 4016 - M10 x 70

13 10 ISO 4161 - M10 14 1 carcasa_sup1

15 6 ANSI B18.2.3.4M - M10 x 1.5x60

Tornillos con brida hexagonales mtricos

16 1

tapa_caracasa_sup1

17 1

ISO 2341 - B - 10 x 100

18 2

DIN 609 - M8 x 1 x 32-13

19 2

GB/T 62.1 B - M8 x 1

Wing nuts-Round wing Type B

20 1 eje1 21 1 cuchilla

22 1 base_entrada 23 1 entrada

24 6 DIN 6921 - M5 x 12

25 6 ISO 4161 - M5

26 1 descarga1 27 2 eje_inf 28 4 SYF 20 FM 29 1 caracasa_inf 30 2 Correa trapezoidal

30

31 2 Polea ranurada1

32 2 Polea ranurada2 37 1 motor

35 1 tapa carcasa iferior

36 1 Caja reductora 38 1 placa

39 730,000 mm

ISO 4019 - 40x40x2 - 365


41 390,000 mm

ISO 4019 - 40x40x2 - 390


42 1051,115 mm

ISO 4019 - 40x40x2 - 525,55765286


43 1 p2

44 360,000 mm

ISO 4019 - 40x40x2 - 180


46 616,117 mm

ISO 4019 - 40x40x2 - 308,05843601


47 1 engranes Fuente: Propia

31

CAPTULO II DISEO DETALLADO

2.1 Diseo del canal de direccionamiento

En la parte superior de la mquina se encuentra una canaleta de

direccionamiento de los desechos orgnicos que pasan por la fase de corte,

en este sentido se asumi una cantidad de 1000g para su capacidad

mxima. Se realiz un estudio de la densidad de la mezcla de los desechos

resultando de 0,1595 g/mL. Para la determinacin de la densidad se tomaron

varias muestras de mezclas de desechos orgnicos y hojas recicladas, se

midi su masa y volumen, se registraron los resultados. Ver figura 8.

Figura 8 Estudio de la densidad de la materia prima

Fuente: Propia

32

Luego se determino el volumen de la materia prima, para 1000 g.

mLmLggmVolumen 6,6269/1595,00,1000

===

Donde:

m: Masa de la materia prima

: Densidad de la materia prima

Se asumi un ngulo de 45 de inclinacin para la entrada de la materia

prima, en este sentido se estableci el modelo matemtico que proporciona

las dimensiones del canal de admisin. Ver figura 9.

Figura 9 Representacin del canal de carga

Fuente: Propia

33

El volumen de la forma geomtrica est dada por el producto del rea lateral

por el ancho. De este modo se tiene:

AlLV =

Donde:

V: volumen del canal

L: Ancho del canal

Al: rea lateral

Para facilitar la entrada de los desechos orgnicos a la fase de corte (salida

del canal) se asume un rea con dimensiones de 80 mm * 150 mm evitando

la posibilidad de obstruccin pues las dimensiones mximas de uno de los

componentes de la mezcla de los desechos es de una altura de 10mm y una

longitud de 30 mm ya que se trata de restos de cscaras de hortalizas y

frutas. Para la parte superior del canal (entrada al canal) se asume un rea

de 150 mm * 200 mm para facilitar al operador el ingreso de los desechos.

Tenindose entonces un ancho de 150 mm la ecuacin queda:

AlV =150

Se determina el rea lateral a partir de una altura de la salida de 80 mm y

una longitud de entrada de 200 mm. Ver figura 10.

34

Figura 10 rea lateral del canal de carga

Fuente: Propia

En la figura anterior se aprecia que el rea lateral est delimitada por otras

dos, siendo stas A1 y A2, las cuales en conjunto forman un cuadrado de

lados Lcos(45) y Lsen(45). Entonces el rea lateral ser el rea del

cuadrado sustrayendo A1 y A2 que forman tringulos rectngulos de bases

Lcos(45)-200 y Lcos(45) y alturas Lsen(45)-80 y Lsen(45)

respectivamente. Finalmente el volumen queda:

( )( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( )

=2

4545cos2

804520045cos45cos150 2 LsenLmmLsenmmLLmmV

[ ]28000270150 mmmmLmmV =

Inicialmente se estableci una capacidad de 6269,6 mL (6,2696*106 mm3)

por lo que se despeja la longitud del canal de la ecuacin anterior

sustituyendo el valor del volumen.

35

[ ]236 800027015010*2696,6 mmmmLmmmm =

mmmm

mmmmmm

L 02,503270

800015010*2696,6 236

=+

=

Se establece una longitud de 500 mm y se determina la capacidad real del

canal de carga.

[ ] [ ]22 80005002701508000270150 mmmmmmmmmmmmLmmV == mLmmV 336 102246,6102246,6 ==

Luego a partir de la densidad de la mezcla de los desechos orgnicos se

determina la masa.

gmLgmLmasa 8,9921595,010*2246,6 3 ==

De este modo se establece que la capacidad mxima en trminos de masa

es de 992,8 g, siendo el valor aceptable pues el canal es de direccionamiento

de la materia prima y sta estar en flujo constante entrando a la cmara de

corte.

2.2 Determinacin de la potencia del motor

El elemento que se va a cortar que muestra mayor resistencia al corte es la

papa, con una relacin de 6,6 kPa segn un estudio de corte realizado por

los autores tomando como muestra de papa, cebolla y pimentn. El estudio

consisti en colocar bajo una cuchilla una muestra de cada vegetal y agregar

peso en la parte superior hasta que se realizara un corte efectivo de la

36

muestra, se registraron los resultados. Se determina la fuerza de corte

multiplicando la resistencia al corte de la papa y el rea de corte.

AcFcorte papa *=

Se seleccion una cuchilla de disponibilidad comercial que se implementa en

mquinas agrcolas. Tomando en cuenta que la cuchilla tiene una longitud de

196 mm y un espesor de 8 mm, se determina el rea de corte de la cuchilla.

Ac = 0,196 m * 0,008 m = 1,568 * 10-3 m2

NmmNFc 34,1010*568,1*10*6.6 232

3 ==

La potencia de corte est dada por el producto del torque y la velocidad de

giro. Se toma como referencia un motor elctrico Siemens con una velocidad

angular de 1800 rpm. Ver anexo 6.

*TP =

El torque resulta de multiplicar la fuerza de corte por la longitud de la cuchilla.

WsmNrevs

rpmmNrFcP 01,382/*01,38212*

60min1*1800*196,0*34,10** ====

Se aplica la transformacin a hp, se tiene:

hpW

hpWP 51,07,745

1*01,382 ==

Para determinar la potencia definitiva del motor, se hace necesario tomar en

cuenta la potencia requerida para la seccin de rodillos la cual dada por el

producto del torque y la velocidad angular a la que gira de la reduccin, la

cual para un motor comercial el cual es de aproximadamente 1800 rpm, se

determina de este modo el torque necesario de trituracin el cual es el

37

producto de la fuerza por el radio del eje el cual es de dos pulgadas

(0.051m). La ecuacin para determinar la potencia mnima se multiplica por

dos por ser el nmero de rodillos queda entonces resumida a continuacin

***2**2 rFTPot ==

Donde:

Pot: Potencia mnima (W).

r: Radio del eje (0.051 m) .

w: velocidad angular (1800 rpm) .

L carga que trabaja la mquina es de 0,993 kg, entonces se tiene un peso de

9,74 N.

hprpmmNP 25,01800*051.0*74,9*2 ==

La masa de los ejes, la inercia y friccin en la reduccin por engranajes,

entre otros factores hacen necesario considerar una potencia adicional

mnima, entonces el motor comercial se establece de 1.5 hp. Ver anexo N6.

Figura 11 Representacin grfica del motor.

Fuente: Propia

38

Se seleccion un reductor de velocidad de disponibilidad comercial que tiene

una relacin de velocidad de 45:1 resultando una velocidad final de 40 rpm.

2.3 Diseo del sistema de corte

Se establece un lote de trabajo de 0,993 kg, los cuales sern agregados al

canal de carga de la mquina en su parte superior, considerando que el

sistema de corte est compuesto de tres cuchillas la masa se distribuye para

cada una teniendo as una masa de 0,331 kg. A continuacin se muestra el

clculo de la fuerza total sobre la cuchilla, la cual est dada por el peso de la

materia prima y la fuerza de corte.

F = Fc + Peso = 10,34 N + 0,331 kg * 9,81m/s2 = 13,58 N.

Con las dimensiones de la cuchilla se realiza el diagrama de cuerpo libre ver

figura estableciendo que la carga se distribuye de forma uniforme en toda la

extensin de sta. La longitud de la cuchilla es de 196 mm (0,196m). (ver

anexo 1). La carga distribuida es:

Fdist = 13,58 N/0,196 m= 69,29 N/m

39

Figura 12 Diagrama de cuerpo libre, fuerzas cortantes y momento flector de la cuchilla.

Fuente: MD-solids

40

Ecuaciones de equilibrio esttico

+Fy = 0

RAy-P = 0

RAy = P =13,58 N

+MA=0

MA-P*L = 0

MA = P*L

MA = 1,33 N*m

Para el material seleccionado de la cuchilla se tienen las siguientes

propiedades:

Acero AISI 1010 laminado en caliente. Ver anexo 1

y = 179 MPa

=324 MPa

A continuacin se determina el perfil mnimo de la cuchilla, para un perfil

rectangular se procede a calcular el mdulo de seccin estableciendo que el

esfuerzo admisible es el lmite elstico a la tensin del material.

39

26

10*43,710*179

*33,1maxmin m

mNmN

admMS ===

41

Para la seccin rectangular establecida el mdulo elstico de la seccin est

dado por el cociente del momento de inercia (ver anexo 3) y la distancia del

eje neutro a la fibra ms externa.

2

3

*61

2

*121

hbh

hb

cIS ===

Donde:

b: Longitud de la base de la seccin de la cuchilla.

h: Altura de la seccin de la cuchilla.

I: Inercia.

c: Distancia del eje neutro a la fibra ms externa.

Se establece que el mdulo de seccin debe ser superior al mdulo de

seccin mnimo que resulto del cociente del momento mximo y el esfuerzo

admisible.

min2*

61 ZShb =

El ancho de la seccin transversal de las cuchillas disponibles en el mercado

est en el orden de las 30 a 50 mm. Se establece un ancho de 40 mm y se

determina cual sera su espesor mnimo.

392 10*43,7*04,061 mhm

42

mmh

04,06*10*43,7 392

mmmmh 05,110*05,110*114,1 326 ==

Se determin que el espesor mnimo recomendado es de 1,05 mm, se

establece entonces un espesor superior de 8 mm el cual es de disponibilidad

en el mercado. A partir del valor establecido se calcula el factor de seguridad.

Esfuerzo mximo:

max =

Donde:

Mmax= Momento mximo

C = Distancia mxima del eje neutro a la fibra ms externa.

I = inercia de la seccin transversal

( )MPa

mm

mmN58,15

008,0*04,0*121

204,0**33,1

3max ==

Esfuerzo cortante mximo

43

AF

23max =

Donde:

F = 13,58 N

El rea de corte est dada por la seccin transversal de la cuchilla de corte.

A = 0,04 m * 0,008 m = 3,2 *10-4m2

MPamN 06,0

10*2,358,13

23

24max ==

Se determinaron los factores de seguridad para la cuchilla diseada a partir

del esfuerzo de Von Mises.

( ) ( ) MPaMPaMPa 58,1506,0358,153' 22max2 =+=+=

Luego,

4,1158,15

179'

===MPaMPaadmFs

El factor de seguridad es aceptable ya que es para el espesor comercial y

para el tipo de cuchilla tipo estrella.

44

Deflexin mxima de la cuchilla

La deflexin est dada por: (ver anexo 4)

IElPY**8*max

4

=

Donde:

P: carga aplicada

L: longitud de la cuchilla

E: mdulo de elasticidad.

I: inercia de la seccin.

Para el material seleccionado el mdulo de elasticidad es 206,8 GPa al sustituir los datos se obtienen el siguiente resultado. (ver anexo 5).

( )

( )m

mmmN

mNY 739

4

10*8,2008,0*04,0*

121*10*8.206*8

196,0*58,13max ==

Se considera que la deflexin es aceptable ya que es muy baja.

2.4 Diseo del sistema de transmisin por bandas

El sistema de transmisin por bandas es el encargado de transmitir la

potencia del motor elctrico al eje que porta las cuchillas. La relacin de

45

velocidad se establece de 1 ya que la velocidad de salida del motor es

adecuada para el corte de los residuos orgnicos a partir de la observacin

de las mquinas existentes en el mercado. Ver figura 11.

Figura 13 Representacin del sistema de transmisin por bandas

Fuente: propia

Datos iniciales

Potencia:

P = 1.5 hp

Velocidad del impulsor:

Velocidad esperada:

1 1800rpm:=

46

Determinacin de la potencia de diseo

Impulsor: Motor elctrico

Impulsado: Cortadora

Se asume un servicio de 8 horas diarias. Ver anexo 7

Calculo de la potencia de diseo

Seleccin del tipo de banda. Ver anexo 8

Con la potencia de diseo y la velocidad angular de la polea ms rpida 1800 rpm se selecciona.

Banda 3vx

Relacin de velocidad

El cociente entre la velocidad del impulsor y la deseada para el impulsado.

Dimetro de las poleas

Seleccin del dimetro de la polea impulsora, para una velocidad de banda de 4000 pies sobre minuto se tiene.

Se determina el dimetro de la polea por medio de la siguiente ecuacin.

2 1800rpm:=

Ks 1.2:=

Pdiseo Ks P:=

Rv12

1=:=

Vb 4000ftmin

:=

Pdiseo 1.8 hp=

47

Se establece un dimetro de polea comercial de: (ver anexo 9).

La velocidad de banda verificada queda:

El valor es aceptable ya que el resultado de la velocidad de banda es cercano a 4000 pies/min.

Se determina el dimetro de la polea 2.

Velocidad de salida real

La velocidad de salida del sistema de transmisin de bandas es la deseada.

Dimetros de las poleas con la extraccin del paso. Ver anexo 10.

Distancia entre centros, seleccin de banda.

D1p2 Vb

1:=

D1p 8.488 in=

D1. 8in:=

VbD1. 1

23769.911 ft

min=:=

D2p Rv D1. 8 in=:=

D2. 8in:=

2real 1D1.D2. 1800 rpm=:=

D1 D1. 0.05in 7.95 in=:=

D2 D2. 0.05in 7.95 in=:=

3 D2 D1+( ) 47.7 in=

D2 7.95 in=

48

La distancia entre centros se establece de 12 pulgadas

Se establece como distancia previa.

La longitud estndar ms cercana es de 50 pulgadas.

Distancia entre centros verificada

Potencia especificada

Determinacin de los factores correctivos.

ngulos de contacto:

C 12in:=

L 2 C 2

D2. D1.+( )+D2. D1.( )2

4 C+ 49.133 in=:=

L. 50in:=

B 4 L. 2 D2 D1+( ) 100.097 in=:=

C.B B2 32 D2 D1( )2+

16:=

C. 12.512 in=

1 1800 rpm=

D1. 8 in=

Pesp 10.9hp 0hp+ 10.9 hp=:=

1 180 2asinD2 D1

2 C.

180 =:=

2 180 2asinD2. D1.

2 C.

+ 180 =:=

49

Ver anexo 13, para el valor calculado.

La longitud estndar de la banda es 125 pulgadas y su factor correctivo es: (ver anexo 14).

Nmero de bandas

Es necesaria la aplicacin de 1 banda

2.5 Diseo del eje del sistema de corte

El eje que soporta las cuchillas se encuentra en la parte superior de la

mquina y las fuerzas que actan sobre el son: la fuerza de flexin de la

polea, el peso de la cuchilla, el peso de la materia prima y un momento

flector generado por efecto de la fuerza de corte y la materia prima sobre la

cuchilla. La longitud del eje se establece de 0,540 m y se tiene para el

rodamiento A fijo (soporta carga axial) y el rodamiento B libre.

D2. D1.

C.0=

C 1:=

L. 50 in=

CL 0.96:=

Pcorregida C CL Pesp 10.464 hp=:=

N PPcorregida

0.096=:=

50

Figura 14 Diagrama de cuerpo libre del eje del sistema de corte

Fuente: Propia

La materia prima tiene una masa de 0,993 kg. Se asume que dicha masa se

distribuye homogneamente a lo largo de una seccin de 0,100 m del eje a

0,105 m del extremo izquierdo quedando as como una carga distribuida.

Peso materia prima = 0,993 kg * 9.81 m/s2 = 9,741 N

Fdist = Peso materia prima /L= 9,741 N / 0,100m= 97,41 N/m

La masa de la cuchilla es 1,20 kg (Refermat, 2010) por lo tanto su peso es:

Peso cuchilla = 1,20 kg * 9.81 m/s2 = 11,77 N

RA

RA

RA

RB

RB

Fpol

x

y

z

T

P

F

Materia

51

La fuerza de corte es 10,34 N, considerando que la longitud de la cuchilla es

0,196 m se genera un torque de:

Tc = 10,34 N * 0,196 m = 2,03 N*m

La fuerza de flexin en el sistema de transmisin por bandas est dada por la

siguiente ecuacin.

Donde:

T: Torque en el eje.

D: Dimetro de la polea.

El torque en el eje es el cociente de la potencia y la velocidad angular.

Donde:

P: Potencia.

w: Velocidad angular.

Fpolea 1.5T

D2

:=

T P

:=

52

Al sustituir se obtiene

Luego con el dimetro de la polea se obtuvo la fuerza de flexin.

Se realiz el diagrama de cuerpo libre, fuerzas cortantes y momento flector

en el eje en el plano XY.

T P

3.956N m=:=

Fpolea 1.5T

D2

58.406N=:=

53

Figura 15 Diagrama de cuerpo libre, fuerzas cortantes y momento flector del eje plano xy.

Fuente. MD-solids

54

Se aplicaron las ecuaciones de equilibrio esttico:

+Fy = 0

+MA=0

Se obtuvieron los siguientes resultados.

Ray = 108,43 N Rby = -28.51 N

Se realiz un estudio similar para el plano XZ del eje, aplicando la fuerza de

corte en el mismo punto de ubicacin de la cuchilla.

55

Figura 16 Diagrama de cuerpo libre, fuerzas cortantes y momento flector del eje plano xz.

Fuente. MD-solids

56

Reacciones en el plano xz.

Raz = 4,52 N Rby =5,82 N

Se debe considerar una carga axial en el eje la cual est dada por la masa

que entra a la cmara y golpea a la cuchilla de corte. Dado que la masa de

entrada es de 0,993 kg, la reaccin en eje x en el punto A es igual al peso de

la materia prima.

Rax = 9,741 N.

A continuacin se resumen los resultados de los momentos flectores del

estudio bajo equilibrio esttico en el eje

Tabla 15 Resumen del estudi de los momentos flectores

tem Plano XY

(N*m)

Plano XZ

(N*m)

22 MzMyM +=

(N*m)

M polea 0 0 0

M Punto A -12,85 0 12,85

M Punto C -4,05 0,814 4,13

M punto B 0 0 0

Fuente: Propia

De modo similar se muestran los resultados para las reacciones.

Tabla 16 Resumen del estudi de las reacciones

Item Plano XY

(N)

Plano XZ

(N)

22 RzRyR +=

(N)

Punto A 108,43 28,51 112,12

M punto B 4,52 5,82 7,37

Fuente: Propia

57

Para el material seleccionado para el eje se tienen las siguientes

propiedades:

Acero AISI 1020 laminado en caliente. Ver anexo 2.

Lmite elstico a la tensin:

Sy = 57 Ksi = 393 MPa

Resistencia mxima a la tensin:

Sut = 68 ksi =469 MPa

La ecuacin por la cual se determina el lmite de resistencia a la fatiga es la

siguiente:

'superficiecarga SeidadKconfiabilraKtemperatuKKtamaoKSe =

Donde:

Kcarga: Factor de carga.

Ktamao: Factor de tamao.

Ksuperficie: Factor de superficie.

Ktemperatura:Factor de temperatura.

Kconfiabilidad: Factor de confiabilidad.

Se: Lmite de resistencia a la fatiga del material.

En el eje existe una carga axial. Ver anexo 15.

Kcarga=0.85

58

Debido a que para carga axial no hay efecto de tamao. (Shigley, 2002) pg.

380 se establece como 1.

Ktamao= 1

ste factor se determina por la siguiente relacion:

Ksuperficie=A(Sut)b

Los valores de A y b se determinan en funcin del acabado superficial, ver

anexo N 16.

A=1.34

b= -0.085

Ksuperficie=1.34 (68) -0.085=0.94

La operacin de la mquina es a temperatura ambiente, no hay efecto de la

temperatura.

Ktemperatura=1.

Para una confiabilidad de 99%, el factor de confiabilidad resulta:

Kconfiabilidad=0.814

Se tiene que para acero el Sut

59

Se=0.5Sut=0.5*68Ksi=34Ksi.

Y finalmente

'suparg SeidadKconfiabilraKtemperatuerficieKKtamaoaKcSe = Se:=0.85*1*0.94*0.814*34 ksi =22,11 ksi = 152,44 MPa

Factor de concentracin de esfuerzo.

( )1Ktq1Kf +=

Factor de concentracin geomtrico:

Kt=1.5, Para un chafln bien redondeado. Sensibilidad de la muesca

ra

q+

=

1

1

La constante de Neuber se encuentra tabulada (ver anexo 17)

093.0=a

r=0.15

60

Sustituyendo los datos se tiene:

q = 0,62

Para un chafln de hombro bien redondeado se tiene un valor de kt de 1.5,

luego:

Kf=1+0,62(1.5-1) = 1,31

Entonces el factor de concentracin para un dimetro comercial preliminar de

0,75 pulgadas (0.019) aplicando la ecuacin de la teora ASME resulta el

factor de seguridad:

Finalmente el dimetro del eje en la seccin ms crtica se establece de 0,75

pulgadas. Se establece para el eje de la seccin de corte una barra

comercial de seccin circular con el dimetro mencionado.

( ) 0,6

10*393

*956,343

10*44,152

*85,1231,132

019.0

4332

2/12

26

2

26

3

2/122

3

=

+

=

+

=

mNmN

mNmNSy

TSeMKf

dn

61

2.6 Diseo del sistema de triturado

El sistema de triturado ocurre en la parte inferior de la mquina, este tiene

lugar a una velocidad angular de 40 rpm y consiste en dos rodillos dispuestos

en forma paralela, el primero (activo) accionado por un motor-reductor y el

segundo (pasivo) accionado por un sistema de transmisin por engranes.

Figura 17 Seccin de trituracin de la mquina.

Fuente. Propia

2.6.1 Sistema de engranes para los Rodillos trituradores.

Puesto que los ejes se encuentran dispuestos en forma paralela se decidi

por un sistema de engranes rectos, con stos se obtiene una transmisin de

potencia uniforme. La relacin de velocidad es de 1 para que los rodillos

trabajen a igual velocidad.

62

Se establecen los siguientes datos inciales:

Potencia = 1.5 Hp

rpment = 40

rpmsal = 40

Pd = 6 dts/pulg.

En este caso la relacin de velocidad es 1, pues la velocidad angulares de

los ejes deben ser las mismas para un accin uniforme.

ent

salvm

=

1=vm

Se asume un nmero de dientes para el pin de 24 dts, entonces como la

relacin de velocidad es 1, el nmero de dientes para el engrane es de 24

dts igualmente, a continuacin se demuestra:

g

Pv N

Nm =

dtsmNNv

Pg 24==

El dimetro de paso se determina dividiendo el nmero de dientes del

engrane entre el paso diametral.

63

D = N/Pd

Dimetro de paso del pin.

Dp = Np/Pd;

Dimetro de paso del engrane.

Dg:=Ng/Pd;

La distancia entre centros se mide desde el centro del pin al centro del

engrane.

C:=(Np+Ng)/(2*Pd);

El adendo describe la distancia radial desde el crculo de paso hasta el

exterior de un diente.

a:=1/Pd;

:= 4 pulg

Dg

Dp

64

El dedendo es la distancia radial desde el crculo de paso hasta el fondo del

espacio del diente.

b:=1.25/Pd;

La holgura se determina a partir del paso diametral por medio de la siguiente

ecuacin:

c:=0.25/Pd;

La profundidad de trabajo describe la distancia radial de un diente de

engrane se introduce en el espacio entre dientes del engrane

correspondiente.

hk:=2*a;

:= b 0.2083pulg..

65

La altura total refiere a la distancia radial exterior.

ht:= a+b;

Dimetros de raz.

Tambin se le llama dimetro de fondo, y es el dimetro del crculo que

contiene el fondo del espacio de diente, que es la circunferencia de raz o

crculo de raz.

Para el pin:

DRP:=Dp-2*b;

Para el engrane:

DRg:=Dg-2*b;

:= ht 0.3750pulg.

pulg.

66

Dimetro del crculo base.

Para el pin:

DbP:=Dp*cos();

Para el engrane:

Dbg:=Dg*cos();

Espesor del diente.

El espesor del diente es la longitud del arco, medida en el crculo de paso, de

un lado de un diente al otro lado.

t:=(P/(2*Pd));

0.2618pulg :=t

:= DbP 3.7588 pulg.

67

Para determinar el anlisis de fuerzas en los engranes se hace necesario

conocer el torque presente.

Torque del motor.

T:=6600*P/(went*Pi/30);

P:=1.5*hp;

Puesto que la relacin de engrane es 1, el torque es el mismo valor para el

pin y el engrane.

Fuerza tangencial sobre los dientes.

La fuerza tangencial sobre los dientes se halla por la siguiente relacin;

Wt:=T/rp;

Donde:

T: es el torque

rp: es el radio del pin.

:= T 2701.0868 lbf pulg

68

Sustituyendo los datos, se tiene.

Wt = 1350.54 lbf

Fuerza radial sobre los dientes.

Wr:=Wt*tan();

Wr = 491.55 lbf

Fuerza resultante sobre los dientes.

W:= Wt/cos() = 1437.22 lbf

Esfuerzos en los dientes de engranes rectos.

El esfuerzo a flexin segn AGMA est dado por la siguiente relacin:

IBSv

madtb KKKK

KKJFPW

=

Los smbolos describen lo siguiente:

Wt: Carga Tangencial, en Lbf

Pd: Paso Diametral

Ka: Factor de Aplicacin.

Km: Factor de Distribucin de Carga.

69

Ks: Factor de Tamao.

KB: Factor de Espesor del Aro.

KI. Factor de Engrane Intermedio.

F: Ancho de Cara, en pulgadas

J: Factor Geomtrico de Resistencia a la Flexin.

Kv: Factor Dinmico.

Ancho de cara.

Se recomienda que el ancho de cara deba estar dentro del siguiente

intervalo:

PdF

Pd168

70

Vr anexo N 18.

Jp= 0.30

JG= 0.30

Factor de aplicacin.

Para una mquina impulsora del tipo uniforme (motor elctrico) que un

impulsa un sistema con carga uniforme, ver anexo N 19.

Ka=1

Factor de distribucin de carga Km.

Para un ancho de cara F=2pulg el factor de distribucin de carga es: Km=1.6 (ver anexo N 20).

Factor dinmico.

El factor dinmico viene dado por la siguiente ecuacin:

Donde:

:= Kv

+ A VtA

B

( )4

12 32

QvB =

71

( )BA += 15650

Para determinar Qv (nmero de calificacin de la exactitud de la transmisin)

es necesario calcular Vt (velocidad tangencial), la cual viene dada por la

siguiente ecuacin:

12

=DVt , en (pie/min.)


Vt = 36.65 pie/min

Ya que la velocidad est entre 0 y 800 pie/min. Se asume un Qv=7, ver

anexo N 6, entonces se hacen los clculos de B y A para determinar Kv.

B:=0.25*(12-Qv)^(2/3);

B=0.73

A:=50+56*(1-B);

A = 65.06

Kv = 1.06

:= Kv

+ A VtA

B

72

Factor de tamao.

AGMA recomienda que el valor para el factor de tamao sea 1.00 para pasos

diametrales mayores de 5 o menores. Ver anexo N 22.

Para ste caso Pd=6, entonces Ks=1.00

Factor de espesor de aro.

Los engranes son engranes con dientes en discos slidos en donde la orilla

es relativamente ancha, es decir, que se considera lo suficientemente fuerte

para soportar el diente, ver anexo N 23, por tanto:

KB=1

Factor de engrane intermedio.

No existe engrane intermedio, entonces

KI=1

Esfuerzo por flexin en los dientes:

IBSv

madtb KKKK

KKJFPW

=

IBSv

madtPb KKKK

KKJFPW

=

73

bgbp =

Clculos de los esfuerzos superficiales.

Los esfuerzos superficiales segn AGMA se definen por:

Fsma

c CCCvCC

dIFWtCp

=

Los smbolos describen lo siguiente:

Cp: Coeficiente Elstico.

Wt: Carga Tangencial, en lbf.

Ca= Ka.

Cm= Km.

Cs=Ks.

Cf: Factor de Terminado Superficial.

F: Ancho de Cara, en pulgadas.

I: Factor Geomtrico Superficial.

d: Dimetro de paso

:= bp 20248.02699 lbf pulg 2

74

Coeficiente elstico.

Para una conformacin de acero (para pin y engrane), el cual muestra un

mdulo de elasticidad de 30x106 psi se tiene: (ver anexo 24).

[ ] 5.02300 psiCp =

Factor de geometra superficial.

( )

dp

CosI

Gp

=

11

Donde:

p: Radio de Curvatura del Pin.

G: Radio de Curvatura de la Rueda.

: ngulo de Presin.

( )( ) ( ) CosP

CosrPdx

rpd

pp

P

++= 2

21

( ) PG SenC =

75

Donde:

rp: Radio del Pin.

C: Distancia nter central.

xp: Coeficiente de Cabeza del Pin.

Para ste caso se tiene que los dientes son de profundidad total, por tanto:

xp =0


Ahora se puede calcular el factor geomtrico:

( )

dp

CosI

Gp

+

=

11

I=0.0787 pulg

:= p 0.5857 pulg

76

Factor de terminado superficial. Cf:=1 recomienda AGMA.

Factor de aplicacin de carga.

Ca=Ka=1

Factor dinmico.

Cv=Kv=1.06

Factor de tamao.

Cs=Ks=1

Factor de distribucin de carga. Cm=Km=1.6

Ahora se puede calcular el esfuerzo superficial, sustituyendo los datos en la

ecuacin, se tiene:

Fsma

c CCCvCC

dIFWtCp

=

77

cgcp =

Resistencia a la fatiga por flexin.

'fbRT

Lfb SKK

KS

=

Donde:

KL: Factor de Vida.

KT: Factor de Temperatura.

KR: Factor de Confiabilidad.

Sfb: Resistencia a la Fatiga a Flexin.

Sfb: Resistencia a la Fatiga a Flexin AGMA.

Resistencia a la Fatiga a Flexin Corregida.

El valor de la resistencia a la Fatiga a Flexin Corregida depende de el

material para fabricar, para este caso se seleccion un acero A1 A5

endurecido en la masa de dureza Brinell 400HB tanto para el pin como

para el engrane (Ver anexo N 25)

La resistencia a la fatiga por flexin Sfb est dado por la siguiente relacin

(Ver anexo N 11).

:= cp 130432.8043 lbf

pulg 2

78

Sfb:=6235+174HB-0.126HB2

Factor de Vida.

Para un nmero de ciclos de carga N= 710 se observa grficamente que

KL=1. (Ver anexo N 27).

Factor de Temperatura.

Ya que el s

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