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UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD CCEENNTTRRAALL ““MMAARRTTAA AABBRREEUU”” DDEE LLAASS VVIILLLLAASS

EEVVEENNTTOO CCOOMMEECC 22000066..

Título: “Análisis para la modificación del Tandem de la Planta Piloto “José Martí”. Autores: Dr. Ing. Eusebio E. Pérez Castellanos MSc. Ing. Pedro P. Hidalgo Reina MSc. Ing. Andrés Espinosa Acevedo MsC. Ing. Ramón Cruz Rojas

Santa Clara, 2006 “Año de la Revolución Energética en Cuba”

Evento COMEC 2006.

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Resumen del trabajo. Título: “Análisis para la modificación del Tandem de la Planta Piloto “José Martí”. Autores: Dr. Ing. Eusebio E. Pérez Castellanos MSc. Ing. Pedro P. Hidalgo Reina MSc. Ing. Andrés Espinosa Acevedo MSc. Ing. Ramón Cruz Rojas.

RESUMEN

El presente trabajo trata sobre una propuesta de modificación en el tandem de molinos de la Planta Piloto “José Martí” de la Universidad Central de las Villas. La misma consistirá en la sustitución de las dos desmenuzadoras por un molino desmenuzador y la instalación de una tolva Donnelly para alimentar dicho molino. Con esta modificación se perseguirá un aumento de la capacidad de molida de dicho tandem y una disminución del consumo específico de energía por tonelada métrica de caña molida. Esta característica de trabajo acercará la configuración de dicho tandem a los que se emplean actualmente en Cuba y en muchas partes del mundo, y hará más representativas las investigaciones que se realizarán en este sentido en la planta. Se lleva a cabo una panorámica sobre el consumo de potencia en un tren de molinos de caña.

Abstract In this work the considerations about a modification in the sugar mill tandem of the sugar pilot plant “José Marti¨ in the Universidad Central de las Villas is made. It means the substitution of two crushers by a crusher mill and the installation of a Donnelly chute in the feeding of such a mill. With this modification can a increase of the sugar cane capacity achieve and in such a way could be possible a decrease in the specific power consumption for tone of processed sugar cane. This modification will made closer the work of the sugar mill tandem in the pilot plan with the equipment that works now in Cuba and around the world and will made more reprentative the investigation that are developed in the installation.

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INTRODUCCIÓN

La Planta Piloto Azucarera “José Martí” fue creada en el año 1965 con un objetivo fundamental, de desarrollar investigaciones alrededor de la agroindustria azucarera, El tandem de la misma está compuesto por tres molinos y dos desmenuzadoras, que era una composición que pudiera considerarse típica para aquella época. En estas cuatro décadas se han venido introduciendo en los tandem de molinos, a nivel mundial y en particular en Cuba, modificaciones que han revolucionado la industria, entre ellas se encuentra la cuarta maza alimentadora la cual, unida a la Tolva Donnelly, ha hecho desaparecer los problemas de alimentación que se presentaban en los molinos antiguamente. Una de las tareas que se le planteó a la Planta para poder desarrollar estas investigaciones es la modernización de algunos de sus equipos para acercarlos a las condiciones de trabajo de la industria y hacer más representativos los resultados.

Objetivo general: El objetivo del presente trabajo es la modificación del tandem de la Planta Piloto “José Martí”.

Objetivos específicos. • Aumentar la capacidad de molida del tandem. • Disminuir los índices de consumo de energía por tonelada de caña molida.

DESARROLLO DDeessccrriippcciióónn ddee llaa iinnssttaallaacciióónn aaccttuuaall yy ccáállccuullooss rreeaalliizzaaddooss EEnn eell ccaassoo aaccttuuaall ddee llaa PPllaannttaa PPiilloottoo llaa eesstteerraa ddee ccaaññaa aalliimmeennttaa llaa pprriimmeerraa ddeessmmeennuuzzaaddoorraa,, eessttaa aalliimmeennttaa ppoorr ggrraavveeddaadd aa llaa sseegguunnddaa yy llaa sseegguunnddaa ddeessmmeennuuzzaaddoorraa aalliimmeennttaa aall pprriimmeerr mmoolliinnoo,, ttaammbbiiéénn ppoorr ggrraavveeddaadd.. EExxiisstteenn aallgguunnaass ddiiffiiccuullttaaddeess ddee aalliimmeennttaacciióónn,, ssoobbrree ttooddoo ddee llaa sseegguunnddaa ddeessmmeennuuzzaaddoorraa ppuueess llaa ddiiffeerreenncciiaa ddee aallttuurraa eennttrree llaa 11rraa yy llaa 22ddaa eess mmuuyy ppeeqquueeññaa.. EEssttoo hhaa ttrraaííddoo ccoonnssiiggoo aattoorrooss yy pprroobblleemmaass ooppeerraattiivvooss ggeenneerraalleess eenn eell ttaannddeemm.. EEnnttrree llooss mmoolliinnooss eexxiisstteenn ccoonndduuccttoorreess iinntteerrmmeeddiiooss.. EEnn llaa ttaabbllaa 11 ddee llooss aanneexxooss ssee mmuueessttrraa uunn ddiiaaggnnóóssttiiccoo ddee llaa iinnssttaallaacciióónn aaccttuuaall eenn eell qquuee ssee ccaallccuullaa llaa ccaappaacciiddaadd ppootteenncciiaall ddee mmoolliiddaa yy ccoonn llooss ddaattooss ddee ccaappaacciiddaadd aassuummiiddaa ssee ccaallccuullaann llaass aabbeerrttuurraass ddee ttrraabbaajjoo,, llaass pprreessiioonneess qquuee ssee aapplliiccaann,, eell ffaaccttoorr ddee rreeaabbssoorrcciióónn ddee ccaaddaa uunniiddaadd yy eell ccoonnssuummoo ddee ppootteenncciiaa eenn llaass mmiissmmaass yy eenn eell ttaannddeemm eenn ggeenneerraall.. DDeebbee sseeññaallaarrssee qquuee ccoonn eessttooss ddaattooss ssee mmoolliióó eenn llaa úúllttiimmaa ccaammppaaññaa ddee llaa PPllaannttaa PPiilloottoo,, qquuee ssee hhiicciieerroonn lleeccttuurraass ddee ccoonnssuummoo ddee ppootteenncciiaa yy qquuee llaass mmiissmmaass ccooiinncciiddiieerroonn ccaassii ddee mmaanneerraa aabbssoolluuttaa ccoonn llooss vvaalloorreess ccaallccuullaaddooss.. Hoja de Cálculo para la Planta Piloto "José Martí" Zafra 2001-2002

Unidad de molida D1 D2 1M 2M 3M

Paso del rayado maza superior (mm) 25 25 25 25 25

Ángulo del rayado maza superior 50 50 50 50 50

paso del rayado maza inferior (mm) 25 25 25 25 25

Ángulo del rayado maza inferior 50 50 50 50 50

Fibra en caña (%) 0.14

Velocidad Angular eq. Mot. (rev/min) 885 885 885 885 885

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Relación total de transmisión 133.9 133.9 150.6 150.6 150.6

Largo de las mazas (m) 0.375 0.375 0.375 0.375 0.375

Velocidad Angular de mazas (rev/min) 6.61 6.61 5.88 5.88 5.88

Diam. ext. maza mot. (m) 0.308 0.308 0.308 0.308 0.308

Profundidad del rayado (m) 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023

Diámetro med. maza mot. (m) 0.285 0.285 0.285 0.285 0.285

Vel. Lin. maz.mot. (m/min) 5.92 5.92 5.27 5.27 5.27

Capac. de Molida (calculada)en @s/día 9177

Capac.de molida (ajustada), en @s/dia 9200

Tm de fibra/min. 0.010290

Entrada/Salida moliendo No No 1.50 1.61 2.00

Punta de cuchilla /entrada moliendo No No 1.40 1.48 1.75

Volumen unitario en la salida (m^3/Tm) No No 2.10 1.79 1.12

Volumen unitario en la entrada 4.00 4.00 3.15 2.89 2.24

Vol. unitario en la punta de la cuchilla No No 4.41 4.28 3.92

Volumen req. en la entrada (m^3/min) 0.04 0.04 0.03 0.03 0.02

Volumen requerido en la salida No No 0.02 0.02 0.01

Vol. requerido en la punta cuchilla No No 0.05 0.04 0.04

Superf de Maza. (m^2/min) 2.22 2.22 1.98 1.98 1.98

Ajuste din. a la ent. (mm) 18.5 18.53 16.41 15.07 11.67

Ajuste din. a la sal. (mm) No No 10.94 9.35 5.83

Ajust. Din punt. Cuch. (mm) No No 23 22 20

Flotac. maza superior (mm) 6 6 5 4 3

Variación abertura/flotación 1.00 1.00 0.78 0.78 0.78

Variación de abertura 6 6 4 3 2

Punta de cuch. VS Flotac. No No 0.93 0.93 0.93

Variación punta cuchilla No No 5 4 3

Entrada en vacío (mm) 13 13 13 12 9

Salida en vacío. No No 7 6 3

Punt de cuch. en vacío (mm) No No 18 19 18

Factor de reabsorción. 1.01 1.01 1.15 1.10 1.27

Fuerza Hidráulica total admisible(kN) 772 772 772 772 772

Pres. Hidr. Espec. Recom. (MPa) 15.7 15.7 20.6 19.6 21.6

Fuerza Hid.Tot. para esta presión (kN) 181 181 238 226 249

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Presión Hid. En la Línea (Mpa) 8.27 8.27 10.34 10.34 10.34

Diámetro de los Pistones 127 127 127 127 127

Fuerza hidráulica total real (kN) 209.4 209.4 261.8 261.8 261.8

Pot. para esta presión (kW) 12.8 12.1 14.5 13.9 14.2 67.35

Cons. espec. Calc. (kW-h/Tm de caña) 2.9 2.75 3.3 3.16 3.23 15.31

Cons. espec.calc. (kW-h/Tm de fibra) 20.71 19.64 23.57 22.57 23.07 109.36

Pot. calc en la Comp. del bagazo (kW) 4.48 4 4.06 3.48 3.69 19.71

Eficiencia Mecánica Calculada (%) 4035 33 28 25 26 29.3

DDee llooss rreessuullttaaddooss ddee llaa ttaabbllaa aanntteerriioorr ssee ddeesspprreennddee qquuee llaa eeffiicciieenncciiaa aaccttuuaall ddee ccaaddaa uunnaa ddee llaass uunniiddaaddeess yy ddeell

ttaannddeemm eenn ggeenneerraall eess mmuuyy bbaajjaa yyaa qquuee llaa ccaappaacciiddaadd ddee mmoolliiddaa eess bbaajjaa yy ssee rreeqquuiieerreenn ttrreess ppaassooss ddee ttrraannssmmiissiióónn

ppaarraa aallccaannzzaarr llaass vveelloocciiddaaddeess qquuee ddeebbeenn aallccaannzzaarr eenn llaass uunniiddaaddeess ddee mmoolliiddaa.. EEll ccoonnssuummoo ddee ppootteenncciiaa ddee llooss

ttrreess mmoolliinnooss eess ccaassii eell mmiissmmoo.. AAuunnqquuee llaass ddeessmmeennuuzzaaddoorraass ((ssoobbrree ttooddoo llaa pprriimmeerraa ccaassii nnoo rreeaalliizzaann nniinnggúúnn

ttrraabbaajjoo ddee mmoolliiddaa)) yyaa qquuee pprreesseennttaann pprroobblleemmaass ddee aalliimmeennttaacciióónn,, ssuu ccoonnssuummoo eess ccaassii iigguuaall aall ddee llooss mmoolliinnooss..

EEssttoo ssee ddeebbee aa llaa ggrraann ccaannttiiddaadd ddee eenneerrggííaa qquuee ssee ppiieerrddee eenn llaa ttrraannssmmiissiióónn yy qquuee eess aapprrooxxiimmaaddaammeennttee iigguuaall

ppaarraa llaass cciinnccoo uunniiddaaddeess..

PPrrooppuueessttaa ddee mmooddiiffiiccaacciióónn CCoonn llaa pprrooppuueessttaa qquuee ssee hhaaccee ssee eelliimmiinnaarrííaann llaass ddooss ddeessmmeennuuzzaaddoorraass yy eenn ssuu lluuggaarr ssee ccoollooccaarrííaa uunn mmoolliinnoo ddeessmmeennuuzzaaddoorr,, ééssttee sseerrííaa aalliimmeennttaaddoo ppoorr ggrraavveeddaadd mmeeddiiaannttee uunnaa ttoollvvaa DDoonnnneellllyy yy aa ssuu vveezz aalliimmeennttaarrííaa ppoorr ggrraavveeddaadd aall sseegguunnddoo mmoolliinnoo yyaa qquuee sseerrííaa ccoollooccaaddoo aa uunnaa aallttuurraa ssuuffiicciieennttee ppaarraa qquuee ppuuddiieerraa eejjeerrcceerr eessttaa ffuunncciióónn.. AAssíí nnoo eess nneecceessaarriiaa llaa iinnssttaallaacciióónn ddee oottrroo ccoonndduuccttoorr iinntteerrmmeeddiioo.. SSee aannaalliizzaarroonn ddiissttiinnttaass vvaarriiaanntteess ddee mmooddiiffiiccaacciióónn.. SSee ppeennssóó pprriimmeerroo eenn eell mmoonnttaajjee ddee uunn mmoolliinnoo iigguuaall aa llooss iinnssttaallaaddooss aaccttuuaallmmeennttee eenn eell ttaannddeemm ppeerroo eessttee ttiippoo ddee mmoolliinnooss nnoo ssee ffaabbrriiccaann yyaa yy sseerrííaa mmuuyy ccoossttoossaa llaa ccoonnssttrruucccciióónn ddee uunnaa ssoollaa uunniiddaadd.. LLaa sseegguunnddaa vvaarriiaannttee qquuee ssee ccoonncciibbiióó ffuuee llaa ccoommpprraa ddee uunn mmoolliinnoo ddee ppaajjaa qquuee eessttaabbaa iinnssttaallaaddoo eenn llaa EEmmpprreessaa AAzzuuccaarreerraa ““2266 ddee JJuulliioo”” yy qquuee yyaa nnoo ssee eemmpplleeaarráá mmááss aallllíí.. AAccttuuaallmmeennttee yyaa ssee hhaann hhaacchhoo ttooddaass llaass ggeessttiioonneess yy ssee eessttáá ddeessaarrrroollllaannddoo uunn pprrooyyeeccttoo ddee mmoonnttaajjee ppoorr ppaarrttee ddeell IICCIINNAAZZ ddee VViillllaa CCllaarraa.. CCoommoo ssee hhaa ppllaanntteeaaddoo aanntteerriioorrmmeennttee eell oobbjjeettiivvoo ddee eessttee ttrraabbaajjoo nnoo eess eell aannáálliissiiss ddeell pprrooyyeeccttoo ccoonnssttrruuccttiivvoo ddee llaa iinnssttaallaacciióónn ssiinnoo eell aannáálliissiiss ttééccnniiccoo ddee ccaappaacciiddaadd yy ppootteenncciiaa eenn eell ttaannddeemm aassíí ccoommoo llooss íínnddiicceess ddee ccoonnssuummoo ppoorr ttoonneellaaddaa ddee ccaaññaa.. EEssttaa vvaarriiaannttee ppoosseeee llaa vveennttaajjaa aaddiicciioonnaall ddee qquuee ccoommoo eell pprriimmeerr mmoolliinnoo ssee iinnssttaallaarráá aa uunnaa aallttuurraa mmaayyoorr,, ppeerrmmiittee uunn mmaayyoo eessppaacciioo eenn llaa ppaarrttee iinnffeerriioorr ddeell ttaannddeemm lloo qquuee ffaacciilliittaa llaass ooppeerraacciioonneess ddee lliimmppiieezzaa yy mmaanntteenniimmiieennttoo.. EEnn llaa hhoojjaa ddee ccáállccuulloo qquuee ssee mmuueessttrraa aa ccoonnttiinnuuaacciióónn ssee bbrriinnddaann llooss mmiissmmooss ccáállccuullooss qquuee ssee hhiicciieerroonn ppaarraa llaa iinnssttaallaacciióónn aaccttuuaall ppeerroo aannaalliizzaaddooss ppaarraa llaa mmooddiiffiiccaacciióónn pprrooppuueessttaa..

Hoja de Cálculo para la Planta Piloto "José Martí" Propuesta de modificación. Unidad de molida 1M 2M 3M 4M Paso del rayado maza superior (mm) 25 25 25 25 Angulo del rayado maza superior 45 50 50 50 paso del rayado maza inferior (en mm) 25 25 25 25 Angulo del rayado maza inferior 45 50 50 50

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Fibra en caña (%) 0.14 Vel. Ang. eq. Mot.(rev/min) 885 885 885 885 Relac. total de transmisión 184.0 150.6 150.6 150.6 Largo de las mazas (m) 0.457 0.375 0.375 0.375 Veloc. Ang.mazas (rev/min) 4.81 5.88 5.88 5.88 Diam. ext. maza mot. (m) 0.406 0.308 0.308 0.308 Profundidad del rayado (m) 0.026 0.023 0.023 0.023 Diam. med. maza mot. (m) 0.380 0.285 0.285 0.285 Vel. Lin. maz.mot. (m/min) 5.75 5.27 5.27 5.27 Capac. de Molida (calculada)en tm/h 8.90 Capac. de Molida (calculada)en @/día 18592 Capac.de molida (ajustada), en tm/h 5.00 Capac.de molida (ajustada), en @/día 10440. Tm de fibra/min. 0.0117 Entrada/Salida moliendo 1.50 1.65 1.82 2.00 Punta de cuchilla /entrada moliendo 1.40 1.51 1.62 1.75 Volumen unitario en la salida (m^3/Tm) 2.10 1.70 1.38 1.12 Volumen unitario en la entrada 3.15 2.81 2.51 2.24 Vol. unitario en la punta de la cuchilla 4.41 4.24 4.08 3.92 Volumen req. en la entrada (m^3/min) 0.037 0.033 0.029 0.026 Volumen requerido en la salida 0.025 0.020 0.016 0.013 Vol. requerido en la punta cuchilla 0.051 0.049 0.048 0.046 Superf de Maza. (m^2/min) 2.63 1.98 1.98 1.98 Ajuste din. a la ent. (mm) 13.99 16.60 14.82 13.23 Ajuste din. a la sal. (mm) 9.33 10.06 8.16 6.61 Ajust. Din punt. Cuch. (mm) 20 25 24 23 Flotac. maza superior (mm) 7 5 4 3 Variaciónabertura/flotación 0.78 0.78 0.78 0.78 Variación de abertura 5 4 3 2 Punta de cuch. VS Flotac. 0.93 0.93 0.93 0.93 Variación punta cuchilla 7 5 4 3 Entrada en vacío (mm) 9 13 12 11 Salida en vacío. 4 6 5 4 Punt de cuch. en vacío (mm) 13 20 20 20 Factor de reabsorción. 1.16 1.22 1.21 1.27 Fuerza Hidráulica total admisible (kN) 941 772 772 772 Fuerza Hidráulica total admisible (t) 211 174 174 174 Pres. Hidr. Espec.Recom. (MPa) 21.6 21.6 21.6 21.6 Fuerza Hid.Tot.para esta presión (kN) 401 249 249 249 Fuerza Hid. Tot. para esta presión (t) 90 56 56 56 Presión hid. real en la línea (MPa) 5.52 10.00 10.00 10.00 Presión hid. real en la línea psig 800 1450 1450 1450 Diámetro de los pistones (pulg) 190 127 127 127 Fuerza hidráulica total real (kN) 312.9 253.2 253.2 253.2 Fuerza hidráulica total real (t) 70.3 56.9 56.9 56.9 Pot. para esta presión ( kW) 20.77 13.94 13.42 13.59 61.72 Cons. espec. Calc. (kW-h/Tm de caña) 4.15 2.79 2.87 2.72 12.34 Cons. espec.calc. (kW-h/Tm de fibra) 24.64 19.93 20.5 19.43 88.14 Pot. calc en la Comp. del bagazo (kW) 5.40 4.70 4.37 4.48 18.94 Eficiencia mecánica calculada (en %) 26 34 33 33 31 EEnn eessttee ccaassoo nnoo ssee hhaa vvaarriiaaddoo llaa ffiibbrraa eenn ccaaññaa.. SSee hhaa pprrooppuueessttoo aauummeennttaarr llaa ccaappaacciiddaadd ddee mmoolliiddaa ddeessddee 99 220000 @@//ddïïaa hhaassttaa 1100 444400 @@//ddïïaa ((uunnaa 55 ttoonneellaaddaass ppoorr hhoorraa)).. LLaa ssiittuuaacciióónn ddee mmoonnttaajjee ddee llooss ttrreess mmoolliinnooss aaccttuuaalleess nnoo ssee vvaarrííaa.. EEll ccoonnssuummoo ttoottaall ddee ppootteenncciiaa eenn eell ttaannddeemm ddiissmmiinnuuyyee ddeessddee 6677,,3355 hhaassttaa 6611,,7722 kkww ((ccaassii 66 kkWW)),, llaa

7

eexxttrraacccciióónn ddeebbee mmeejjoorraarr ssuussttaanncciiaallmmeennttee yyaa qquuee llaass ddeessmmeennuuzzaaddoorraass nnoo ddeessaarrrroollllaann aaccttuuaallmmeennttee uunn ggrraann ttrraabbaajjoo.. PPeerroo eell íínnddiiccee ddee ccoonnssuummoo ddee eenneerrggííaa ppoorr ttoonneellaaddaa ddee ccaaññaa mmoolliiddaa ssíí ddiissmmiinnuuyyee sseennssiibblleemmeennttee ((ddeessddee 1155,,3311 hhaassttaa 1122,,3344 kkWW--hh//ttoonneellaaddaa ddee ccaaññaa)).. EEll ppeerrííooddoo pprrooggrraammaaddoo ddee ttrraabbaajjoo ddee llaa ppllaannttaa eess eell qquuee ssee rreeqquuiieerree ppaarraa uunnaa mmoolliiddaa ddee 4400 ddííaass yyaa qquuee ssee ddeessaarrrroollllaarráá uunnaa pprruueebbaa aa eessccaallaa iinndduussttrriiaall ccoonn ttrreess nnuueevvaass vvaarriieeddaaddeess ddee ccaaññaa yy uunn tteessttiiggoo.. CCoonn ccaaddaa uunnaa ddee eellllaass ssee hhaa ppllaanniiffiiccaaddoo ttrraabbaajjaarr 1100 ddííaass,, ppoorr lloo qquuee eell ttiieemmppoo ttoottaall ddee ooppeerraacciióónn sseerráá ddee 4400 ddííaass.. CCoonn eessttee iinnddiiccaaddoorr ssee ppuueeddee aaffiirrmmaarr qquuee eenn uunnaa mmoolliiddaa ddee 4400 ddííaass ssee mmoolleerrííaann 4488000000 ttoonneellaaddaass ddee ccaaññaa yy eell aahhoorrrroo ttoottaall ppoorr ccoonnssuummoo ddee eelleeccttrriicciiddaadd sseerrííaa ddee 2277 002244 kkWW--hh.. EEll aahhoorrrroo mmoonneettaarriioo qquuee eessttoo ssiiggnniiffiiccaa ddeeppeennddeerrííaa ddee llooss pprreecciiooss ddeell kkWW--hh eenn eell iinnssttaannttee ddee llaa mmoolliiddaa..

CONCLUSIONES

- La propuesta de modificación adapta más las condiciones de molida a las que actualmente se emplean

en el país. - La compra y montaje del molino que se va a instalas no sobrepasa los 30 000 pesos (moneda

nacional). - Solamente por consumo de energía se ahorran más de 20 000 pesos moneda nacional en una zafra de

30 días. - Se facilitan más las operaciones de mantenimiento en el tandem.