INTERROGANTES DE CONSIDERACION

Tipo de maz?Cunto es su densidad?Produccin por temporada?Tipo de mazorca?Dureza de grano?Cunto se va a desgranar por da?Tamao de mazorca?Peso de mazorca?Humedad de grano?rea de trabajo?rea de almacenamiento del maz?Presupuesto del cliente?Tiempo para que la produccin salga?

INTRODUCCION:EL MAIZ PERUANO EN LA HISTORIA

El maz es una gramnea oriunda de las Amrica, pero antes queeste alimento adquiera fama mundial y presencia gastronmica, hace unos ocho mil aos, el maz ya era domesticado en Amrica y gozaba de una significativa presencia en las antiguas culturas de nuestro continente, entre ellas las ms importantes: Inca, Maya y Azteca. Se sabe que estas tres culturas, con muchos rasgos de similitud, establecieron su economa y alimentacin en base al maz, siendo ste uno de los motivos principales por la que se le incluy como elemento presente en la mayora de sus ritos y festividades.

VARIEDADES DEL MAIZ PERUANO

El Per cuenta con 35 variedades de maz, ms que ningn otro pas del mundo, incluyendo entre ellas las imponentes mazorcas de la sierra, las cuales, adems del tamao de sus granos, destacan por su incomparable sabor. Por ello, a diferencia de otras regiones de Amrica, el Per se distingue por el consumo del maz cocido en su mazorca, adems del molido en el batn.

Lasvariedades peruanas de mazpresentan una grande cantidad de tipos y de usos culinarios, presentando una variacin de tipos, formas, dimensiones y color del grano mayor que en cualquier otra regin. En elPerse han encontrado muestras de maz arqueolgico del Perodo precermico, entre 4,000 a 2,000 a.C. La domesticacin fue seguida por hibridacin, introgresin y seleccin. ElConfite Morochoes la raza ms antigua todava cultivada, encontrndose en la cordillera de losAndescentrales, regin que constituye el centro de evolucin activa del maz en el pas.De seguida se presenta la clasificacin: Razas primitivas. De antigua constitucin, son precoces, tienen planta, panoja, mazorca y granos pequeos, glumas largas y poca induracin del tejido del raquis. Confite morocho. Granos reventones amarillos, de consumo directo por los agricultores. Las mazorcas sirven de ornamento en las festividades. rea: departamentos de Ayacucho, Huancavelica, Junn (m 2,500 3,000 snm). Confite puntiagudo. Granos reventones blancos, de consumo directo por los agricultores. rea: departamentos de Cajamarca, La Libertad, ncash, Junn, Apurmac, Ayacucho Kculli. Granos harinosos cereza-morados, usado como colorante de alimentos, en bebidas como chicha no fermentada y mazamorra. rea: departamentos de Junn, Huancavelica, Apurmac, Cuzco, Cajamarca. Confite puneo. Granos reventones amarillos, rojo-variegados, cereza, marrn claro. rea: departamento de Puno (m 3,600-3,900 snm)

ELABORACION DE LOS POTAJES

Hay variedades regionales en la elaboracin de potajes de maz. En el norte es muy popular el pepin, guiso elaborado con choclo rallado mezclado con un ahogado de cebolla, ajos y aj y que adquiere un sabor particular al ser cocido con presas de pavita. En Arequipa se come el soltero (con habas, maz, cebolla y aderezos con queso fresco). En la selva, uno de los potajes tpicos, el inchi cachi, es elaborado con gallina sancochada en un guiso de maz y man tostados. Entre los postres es conocido el sanguito (elaborado con harina de maz amarillo, manteca, pasas y chancaca).

LA CHICHA DEL CUSCO

La bebida tradicional del Cusco y del Ande peruano es la chicha de jora. Segn estudios de la investigadora Eleana Llosa, hay personas especializadas en producir el insumo, quienes ponen a remojar el maz amarillo en toneles, luego lo dejan germinar en pozas hechas en el suelo y despus al aire libre, cubriendo el grano con paja hasta que crezca el brote. El maz convertido en jora es llevado a mercados especiales donde se muele en pedacitos.

Ya en las picanteras o chicheras se pone a hervir la jora en el fogn, con agua y harina de maz, durante varias horas, para luego colarla en la isanga, que es una canasta rellena de paja.

LA CHICHA Y LA MAZAMORRA MORADA

El maz morado es una mutacin gentica del maz. Florece cultivado o en estado silvestre en diversos lugares de Amrica. El maz morado se cultivaba en el Per en pocas prehispnicas y era conocido como moro sara o kulli sara. Lo cultivan tambin los campesinos de Yucatn y las tribus indgenas Hobi y Navajos en los Estados Unidos. Sin embargo, es el Per donde su cultivo est ms extendido y donde es empleado masivamente para elaborar refrescos, sorbetes y postres.

La chicha morada es un refresco tradicional de la costa peruana.

INTRODUCCION:

PROBLEMA DE DISEO: Desgranar maz de tipo transgnico (hibrido)PROPOSITO: Desgranar maz de tipo transgnico (hibrido)

OBJETIVOS:Objetivo General:

Disear una mquina para desgranar maz con capacidad de desgranar alrededor de 2000 Kg/h

Objetivos Especficos

Plantear un diseo donde los materiales utilizados sean de bajo costo para hacer la desgranadora ms accesible a pequeos agricultores. Buscar que el consumo de energa (o combustible) sea bajo. El equipo deber ser de fcil transporte y manipulacin. Realizar un tratamiento efectivo de los residuos que se generen en el proceso de desgranado del maz.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Una maquina desgranadora de maz representara una gran ayuda a los agricultores dado que soluciona algunas dificultades que se les presentan en torno a esta cosecha:

El trasporte de la mata completa de maz es mucho ms costoso que el trasporte del slo grano dado que si se transporta de la primera forma es mucho ms pesado y se necesitaran ms camines (lo que implica ms dinero) para transportar el producto. El desgrane de manera manual requiere mucho tiempo y costo (desgranadores) lo que hace poco eficiente esta actividad. La realizacin de desgranado es propensa a que los trabajadores sufran lesiones en los dedos o muecas al efectuar el trabajo. Los residuos del desgranado (tuza y envoltura) demandan tiempo para recogerlo y deshacerse de ellos y adems no generan ingreso alguno.

CARACTERISTICAS ESPECIALES DEL PRODUCTO A PROCESAR:Los cultivos cuyas semillas han sido modificadas genticamente, no es producto de la casualidad o el capricho de algunos, es el resultado de los avances de la "Biotecnologa", especficamente de la Transgnica que es una de las herramientas que ms han aportado en mejorar resultados de los cultivos anuales.Significa entre otras cosas mejores rendimientos y mayores ahorros por menor uso de agroqumicos. No se lo est diciendo una empresa productora de dichas semillas como son Monsanto, Du Pont, Basf, Syngenta, o Aventis, sino un Ingeniero Agrnomo que se ha informado al respecto, y emplea su criterio profesional para tomar una decisin si es o no conveniente su uso en la agricultura moderna, como desafo al sistema de alimentacin mundial.Uno de los cultivos con ms avances es el maz, en el cual la Biotecnologa de segunda generacin ha permitido desarrollar hbridos portadores de ocho eventos simultneos, como mltiples protecciones a insectos y protecciones a herbicidas. Y no se queden con solo esto, ya se anticipa para el 2012, la liberacin en Estados Unidos de un hbrido tolerante a la sequa.Aunque es difcil dar una referencia aproximada, ya que depende de cmo el cultivo se adapte a condiciones fuera de Estados Unidos, pero todo apunta a que este hbrido bajo condiciones de sequa podra producir entre un 5 % y un 10 % ms que uno no transgnico.

La densidad del maz en mazorca pelada 450 kg/m3. Cada grano de maz tiene un peso promedio de 0.5 gramos y mide de 0.5 a 0.7 centmetros de largo. Clase de Hbrido: Triple Altura de Mazorca: 20 cm Das a Floracin*: 76 Das Das a Cosecha*: Ciclo de Invierno: 160 Das // Ciclo de Verano: 140 Das Humedad: 20 a 30% Temperatura de tostado de grano: 150C

I. NECESIDADES DEL CLIENTE:

a) Desempeo Funcional: Apto para trabajar de 5 a 8 horas continuas. Debe desgranar: 2000 kg/hr.

b) Entorno operativo: Apto para trabajar en climas tropicales y hmedos. Temperatura de operacin: 25C.c) Seguridad: Base anti vibratoria. paro de emergencia no disponer piezas que puedan estar en contacto con el usuario y pongan en riesgo su integridad que no machaque el grano que no salgan volando los granos

d) Economa: Precio competitivos con los ya existentes en el mercado en caso de nuestro diseo debera tener un costo de S/. 4800. Repuestos disponibles en el mercado.

e) Limitaciones geomtricas: Medidas no mayores a: largo = 1.50 m;ancho = 0.8 m;alto = 1.5 m.

Peso aproximado de 300 kg.

f) Mantenimiento: Fcil acceso a las zonas de lubricacin y limpieza. Mantenimiento general mensual.

g) Reparacin: Fcil entendimiento de los mecanismos para su reparacin

h) Confiabilidad: Garanta no menor de un ao.

i) Robustez: Fijacin al piso para evitar vibraciones.

j) Contaminacin: El nivel de ruido no debe exceder de 80 dB. Extractor de humos para evitar la contaminacin del medio ambiente.

k) Facilidad de uso: Facilidad de operacin mediante un tablero de control. Fcil acceso para la carga de granos de maiz a travs de la tolva de alimentacin.

l) Factores Humanos: Menor esfuerzo para el desmontaje de las partes. Ser necesario un operario para la operacin de la mquina.

m) Apariencia: Color apropiado para maquinaria industrial y estilo de acuerdo al gusto del cliente (color azul)

CONCEPTOS DE DISEO

A continuacin elaboraremos conceptos de diseo tanto para el proceso desgranado de maz propiamente dicho, as como para el depsito de la tusa de la mazorca ya desgranada.CONCEPTOS DE DISEO: DESGRANADO DE MAIZExisten diversas maneras de desgranar y podemos clasificarlas de acuerdo a varios criterios:- ALTERNATIVA 1: Manuales - ALTERNATIVA 2: Maquina desgranadora estilo torno- ALTERNATIVA 3: Mquina desgranadora con eje espinado.

ALTERNATIVA 1: Compararemos las caractersticas de las desgranadoras manuales que son las que nos interesan pues se encuentran en el mismo nivel utilitario que nosotros.

Como podemos observar la primera desventaja de estos es su carcter manual y la dependencia del corte del usuario dando como resultado un corte irregular. Adems de que la velocidad con que se puede desprender los granos es limitada.

ALTERNATIVA 2: Este tipo de maquina consiste en introducir un elote (mazorca) dentro de la mquina y hacerle girar por un motor mediante una faja, mediante el fenmeno de desprendimiento del grano mediante un cuchilla fija.

Las maquinas desgranadoras que encontramos en el mercado no son tan variadas y podemos clasificarlas de acuerdo a varios criterios:- ALTERNATIVA 1: De combustin interna- ALTERNATIVA 2: Elctricas- ALTERNATIVA 3: De tractor

ALTERNATIVA 1: Las desgranadoras de combustin interna deben su nombre al sistema que utilizan para operar, su construccin es robusta, ya que se disean para el trabajo rudo, generalmente se construyen de lmina de acero al carbn y su estructura en perfil o ngulo. Este tipo de desgranadoras tiene en general las siguientes caractersticas:

ALTERNATIVA 2: Las desgranadoras elctricas utilizan energa de este tipo para logra su propsito, su construccin puede ser robusta o ligera, pudindose usar para cualquier volumen de produccin, ya que la gran variacin de la velocidad as lo permite, de igual forma se construyen de lmina de acero y estructura de ngulo. Este tipo de desgranadoras tienen las siguientes caractersticas generales:

ALTERNATIVA 3: Las desgranadoras de tractor se acoplan a este vehculo de tal forma que la mazorca recin cosechada ingresa por una tolva que se acopla a la desgranadora y as tener el maz sin tamo.

A partir de esto podemos considerar parmetros del producto en el mercado.

CARACTERISTICAS A CONSIDERARCARACTERISTICAS A MEJORAR

Buena sujecin Evitar deformacin excesiva

Seguro de operar Asegurar el corte uniforme

Buena superficie de corteSeguridad

El primer paso es seleccionar el mtodo general de desgranado para nuestro equipo, para posteriormente analizar diversos conceptos de diseo para cada sub-proceso que realice partes de la mquina. De las consideraciones econmicas y parmetros establecidos por el cliente, seleccionamos:

La ALTERNATIVA 1: Desgranadora elctrica

Como puede verse el rendimiento de las desgranadoras elctricas es mayor, la energa consumida vara considerablemente. Adems las desgranadoras elctricas pueden funcionar con motores monofsicos lo cual reduce el costo.

El mtodo de descarga debe ser el ms ptimo de modo que evite el dao de grano de cacao despus del tostado.

ALTERNATIVAPRINCIPIO FSICOINCORPORACIN ABSTRACTA

1Energa Electricidad

2Trasmisin de potenciaFajas, ejes

3Ley de gravedadCompuerta en la base

Dimensiones de la mazorca de maz

Dm: Dimetro de mazorca Dz: Dimetro de zulo Lm: Longitud de mazorca hg: Altura de grano en cm eg: Espesor de grano en cm.

Caractersticas fsicas del grano. El significado de los parmetros considerados en la figura es el siguiente: hg: Altura de grano desde la base del zulo eg: Espesor de grano Rbg: Radio de la base circular del grano rf: Radio frontal del grano aproximadamente hg/2

Caractersticas mecnicas de la mazorca. Para poder disear nuestra mquina desgranadora tenemos que calcular tanto la friccin como la humedad del maz, posteriormente realizamos anlisis de dureza, de impacto, compresin y arranque del maz.

Ensayo de friccin. Al realizar este ensayo, obtendremos el coeficiente de friccin dinmico con el mismo obtendremos la fuerza requerida para desgranar el maz.

Caractersticas mecnicas del grano. Se analizara, calculara y determinara las caractersticas mecnicas que posee el grano de maz de la costa, como son:

Resistencia a la compresin Fuerza de arranque Dureza Resistencia al impacto

Se analizara con las especificaciones realizadas mediante Ensayo para determinar la resistencia a la compresin del grano. Para realizar el ensayo utilizamos como equipo la mquina universal, la mquina nos permite variar las cargas y as obtener resultados para los diferentes tipos de maz que estamos analizando.

Ensayo para determinar dureza en el grano. Resistencia de un material ha ser penetrado o desgastado por un material ms duro. La dureza del grano es la resistencia que posee a la accin mecnica o al quebrado durante la cosecha y la post cosecha. Para nuestro caso realizaremos un ensayo de dureza Vikers, para este mtodo usaremos un micrmetro.

Ensayo para determinar el impacto. Utilizaremos una masa de 90 g para el impacto, sistema de soporte, escala en mm e hilo de sujecin.

Ensayo para determinar la fuerza de arranque del grano. Para este ensayo aplicaremos una fuerza en el extremo del grano (fuerza tangencial o fuerza de arranque), para desprender el grano del zulo.

Descripcin de funcionamiento e importancia de cada una de las partes de la mquina

Se alimentara la mquina de desgranado mediante la tolva, la misma que consta de dos bocas, el elemento siguiente que se encuentra en la mquina desgranadora es el dosificador, el mismo que nos permitir regular la cantidad de mazorcas que podremos alimentar a la mquina desgranadora, de una forma continua una a continuacin de otra. Despus del dosificador, la mazorca llega al sistema desgranador, en donde el cilindro desgranador en conjuncin con el cncavo perforado realiza el desgrane de la misma. Las impurezas se evacuan mediante un sistema compuesto por un ventilador dependiente ya que se encuentra montado en el eje, la corriente de aire que genera este ventilador permite desalojar hacia el exterior las impurezas. Los desperdicios son expulsados por la boca de salida de desperdicios, gracias a unas aletas que se encuentran antes del ventilador.

Requerimientos de produccin 2000 Kg/h. El porcentaje de peso para los granos es de 77% del peso de la mazorca y 23% es el peso de la tusa o zulo aproximadamente. Para obtener el peso total de mazorcas que se requiere desgranar se puede aplicar la siguiente relacin:

Donde:

En los datos tabulados obtuvimos que el peso de una mazorca de maz duro de la costa es de 0.104 Kg como su valor mximo de peso, utilizando este dato y el peso de mazorcas por hora podemos calcular el tiempo necesario para el desgrane de una mazorca, aplicamos la siguiente relacin que es directa.

Donde:

Es necesario desgranar una mazorca por cada 0.144 segundos, para desgranar un total de 2000 Kg.

Sistema receptor de Mazorcas. Esta seccin de la mquina es el lugar en el cual se introducirn las mazorcas, la recepcin consta de una tolva que puede ser esttica, o una tolva sujeta a vibracin.

Sistema receptor esttico. Este sistema es muy comn en la construccin de desgranadoras, debido a su simplicidad en su diseo, y facilidad de construccin este tipo de tolva cumplen una doble funcin, recepta y a la vez dosifica las mazorcas de una manera directa.

Sistema de desgranador. La funcin de este sistema es el separar el grano de maz del zulo. El sistema de desgranado en si es el ms importante, ya que de este sistema depende la calidad en la que se obtendr el maz despus del desgranado, la mxima eficiencia en el diseo de este sistema nos permitir obtener el grano sin maltrato y entero.

Sistema de transmisin. Se denomina transmisin mecnica de un mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o ms elementos dentro de una mquina.Son parte fundamental de los elementos u rganos de una mquina, muchas veces clasificados como uno de los dos subgrupos fundamentales de estos elementos de transmisin y elementos de sujecin. En la gran mayora de los casos, estas transmisiones se realizan a travs de elementos rotantes, ya que la transmisin de energa por rotacin ocupa mucho menos espacio que aquella por traslacin. Una transmisin mecnica es una forma de intercambiar energa mecnica distinta a las transmisiones neumticas o hidrulicas, ya que para ejercer su funcin emplea el movimiento de cuerpos slidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisin. Para la desgranadora de maz seleccionaremos los elementos ms convenientes que se utilizaran para formar la transmisin entre los cuales podran estar. Entre las formas ms habituales de transmisin estn: Correas como una correa de distribucin. Cadenas Barras Correas, como una correa de distribucin Barras en mecanismos articulados como el cuadriltero articulado o el mecanismo de biela-manivela. Cables, la mayora nicamente funcionan a traccin, aunque hay cables especiales para transmitir otro tipo de esfuerzos como los cables de torsin Engranajes Ruedas de friccin, que transmiten movimiento perimetral, como las ruedas de un vehculo. Discos de friccin, que transmiten movimiento axial, como un disco de embrague. Chavetas y ejes nervados Juntas cardn y juntas homocinticas Levas Al utilizar engranes en ciertos mecanismos de la mquina, se logra sincronizar el movimiento y cambio de giro entre ejes. Al utilizar poleas y bandas nos permite un buen movimiento teniendo grandes distancias entre ejes. Si utilizamos engranes podemos manipular el sentido de giro.

Entonces nosotros seleccionamos fajas y poleas

Fuente de Energa. Debido a que la necesidad en cuanto al desgranado es promedio de 2000 Kg/h se requiere una fuente de energa alta pero de preferencia elctrico , debido a esto se utilizara un motor elctrico ya que las maquinas manuales necesitan gran esfuerzo fsico no satisficieran nuestra necesidad.

Ventajas Tiene una alta productividad Ya sea la produccin alta, media o pequea el motor nos da una alta eficiencia. Muy rentable tanto para periodos largos o cortos de trabajo. En comparacin con el esfuerzo humano es abismal.

DISEO DE LA MQUINA

Despus de haber analizado todas las alternativas de diseo anteriormente especificadas, procedemos al diseo final de la mquina desgranadora de maz de la costa, para esto se toma en cuenta todo los parmetros y teoremas existentes sobre el diseo de elementos de mquinas. Por lo tanto a continuacin analizaremos todos los esfuerzos presentes en las diferentes partes de la mquina.

1. Diseo del rotor de la recamara El motor que utilizaremos para el diseo de la desgranadora de maz de la costa, es un motor de 16 HP a plena carga con 3600 rpmSe tom como referencia tentativa este motor para el diseo de nuestra desgranadora, a continuacin se verificara si es el adecuado para el correcto funcionamiento de la mquina desgranadora de maz de la costa.Como nosotros trabajaremos a 2000 rpm la potencia del motor es de 8HP, y tiene un torque de 24.5 lb-ft, estos datos son a condiciones de nivel del mar. Para condiciones en otra regin se debe calcular la potencia mediante la siguiente ecuacin:

R = 0.27 pie

Esfuerzo de Flexin. El esfuerzo de flexin presenta una fluctuacin inversamente completa.Dimetro del eje = 0.125 pies.

Esfuerzo de Torsin. El esfuerzo no presenta fluctuacin, es constante.

Esfuerzos equivalentes: Von-Misses (Esfuerzos combinados).

Remplazando valores en las ecuaciones tenemos que:

Lmite de Fatiga.

Al no considerar concentracin de esfuerzos tenemos que:

Para obtener el valor de tenemos que tener los datos de la materia, para lo cual utilizamos:Tipo de material: AISI 1040Lmite de elasticidad: Limite ltimo de ruptura:

Al reemplazar en la ecuacin:

Aplicamos Goodman para encontrar el factor de seguridad:

Con el resultado obtenido podemos decir que el dimetro del eje, de 1.5 pulg (0.125 pies) es adecuado ya que el factor de seguridad es de 4.3, por criterios de diseo se considera aceptable ya que soportara los esfuerzos que se producen durante el funcionamiento de la mquina.

Diseo de las placas desgranadoras. Las dimensiones de la placa estn en funcin del espacio interno del cilindro desgranador, posteriormente se procedi con los clculos para determinar si cumple con los requerimientos de diseo.

H = 100 mm

Figura: Diagrama placa desgranadora

Figura: Diagrama de reas de la placa desgranadora.

1000 mm2 = 0.001 m2

m2 = 0.002500 m2

mm2 = 0.0035 m2

*

Donde:

Para realizar los clculos correspondientes asumiremos un espesor de 6 mm ya que la carga que se le aplicara a la placa durante el funcionamiento ser elevada, de esta manera podemos garantizar que la misma no falle por fatiga.

* 0.06 m = 0.00021 m

Calculamos el peso de cada placa:

Donde:

W = peso

.

Reemplazando en la ecuacin, tenemos:

Parmetros para clculo de esfuerzos:

Ya que la fuerza necesaria para arrancar los granos es de 14 N, para el diseo de la placa, se considerara una carga distribuida en la cara recta de la placa que tendr un valor de 14 N La carga distribuida se calcul con la siguiente ecuacin.

Donde:

Figura. Diagrama de cuerpo libre placa desgranadora.

W1 = Carga Distribuida

Remplazando en la ecuacin tenemos:

q = 10.17 lb-ft

Los esfuerzos presentes en la placa son: Corte. Flexin. Torsin.

Esfuerzo de Corte.

Donde:

: Esfuerzo de corte V: Fuerza de corte A: rea de corte

A = b*h Figura: Dimensiones de cara plana de placa desgranadora.Al remplazar en la ecuacin, tenemos que:

A = (6 mm * 100 mm) A = 600 mm2 = 2688.15pie2V = 16.192 lb

Figura Esfuerzo de corte.

Al remplazar en la ecuacin, tenemos que:

= 0.006

Esfuerzo de flexin

H = 100 mm

Figura. Placa sometida a flexin.

El esfuerzo de flexin presenta una fluctuacin inversamente completa.

flexion

Al remplazar valores en ecuacin, tenemos que:

Flexion

Figura. Esfuerzo de Flexin.

Esfuerzos equivalentes: Von-Mises (Esfuerzos combinados)Remplazando valores en la ecuacin, tenemos que:

eq a =

eq a = 32890

eq m =

eq m = 0

Lmite de Fatiga:

Con la ecuacin, calculamos Se.

Al no considerar concentracin de esfuerzos tenemos que:

ka = 0.8 para maquinado.

Para calcular Kb se debe encontrar el dimetro equivalente mediante la siguiente ecuacin:

de = 0.808

Figura 44. Descripcin de la placa.

Al remplazar en la ecuacin, tenemos que: de = 0.808 de = 19.8 mm = 0.77 pulg

Con el dimetro equivalente, calculamos Kb.

d = dimetro equivalente

Al remplazar el dimetro equivalente en la ecuacin

Kb = 0.77(0.808)-0.097 = 0.8218Kc = 0.897 para un 90% de confiabilidad.

Para obtener el valor de Se tenemos que tener los datos del material que vamos a utilizar para el eje:

Tipo de material = AISI 1040Lmite de elasticidad = S = 71000 psiLmite ultimo a la ruptura = S = 85000 psi

= 0.5*(85000 psi) = 425000 psi = 425000

Al remplazar en la ecuacin, tenemos que:

= 0.5*(85000 psi) = 425000 psi = 425000

Al remplazar en la ecuacin, tenemos que:Se = (0.8)*(0.8218)*(0.897)*(42500) = 17.38*103 = 2.5*106

Aplicamos Goldman para encontrar el factor de seguridad con la ecuacin.

Al remplazar valores en la ecuacin, tenemos que:

N = 8

Con el resultado obtenido podemos decir que las dimensiones de la placa, son aceptables, para los requerimientos de la maquina desgranadora, ya que se obtuvo un coeficiente de seguridad aceptable dentro de condiciones de diseo.

Diseo de la chaveta del eje. El tipo comn de chaveta es la cua cuadrada; donde las proporciones estndar exigen que el ancho de la chaveta sea aproximadamente de del dimetro del eje. Las chavetas usualmente se hacen de acero de bajo carbono terminado en fro. Con estas consideraciones; para el diseo de la chaveta se debe considerar que el material del que est compuesto debe ser menos resistente que el material del eje, esto con el fin de remplazar la chaveta y no el eje. El material de la chaveta es acero de construccin A36, las dimensiones se toman del (Anexo E) tal como sigue: El dimetro de eje que tenemos es de 1.5 pulgadas = 31 mm, por lo tanto se considera lo siguiente:

PARA CHAVETA PARA EJE PARA CUBO DE POLEA

a = 8 mmH = d eH = d + f

b = 10 mmH = 31 4.1H = 31+ 3.5

H = 26.5H = 34.5

Clculo del esfuerzo de corte. Calculamos el Torque en la polea de mayor dimetro.

T= 24.5 lb-pie

Al remplazar en ecuacin tenemos que:

Al remplazar en ecuacin tenemos que:

Calculamos el momento Torsor con la siguiente ecuacin:

Para determinar el rea de corte tomamos como referencia la Figura.

Para el acero A36 el lmite de fluencia es

Para que la chaveta resista a cortante debe cumplirse la siguiente condicin:

Seleccin de chumaceras.

La utilizacin de los cojinetes de rodamiento es muy importante para reducir la friccin del eje que est rotando; En este caso la friccin de deslizamiento se sustituye por friccin de rodamiento.Como las reas de contacto son pequeas y los esfuerzos altos, las partes de los rodamientos sobre las que acta normalmente fuerzas se hacen de materiales duros de alta resistencia, superiores a los materiales del eje y del elemento exterior. Constan de un anillo superior e inferior, bolas y rodillos. Una parte adicional de del cojinete, por lo comn, es un retn o separador, que mantienen la separacin de las bolas o rodillos. La fabricacin de rodamientos y chumaceras es mltiple y variada y las mayores casas productoras a nivel mundial son las FAG, SKF, las cuales disponen de catlogos.

Estos se identifican mediante un nmero, dan informacin completa sobre las dimensiones, listan las capacidades nominales de carga, y proporciona detalles concernientes al montaje, lubricacin y operacin. Para la seleccin de rodamientos se debe tomar en cuenta la rapidez del giro; en el cual se distinguen dos tipos; el de solicitacin esttico cuando el rodamiento esta en reposo y el de solicitacin dinmico cuando gira rpidamente. En nuestro caso se deben utilizar chumaceras de pared.

En nuestro caso se deben utilizar chumaceras de pared.

Clculo del factor de esfuerzo esttico.

Para determinar la carga esttica equivalente se hace uso de la siguiente expresin:

Donde:

Las cargas radiales estn ya determinadas en la Figura, en este caso no hay carga axial.

Aplicamos Pitgoras y tenemos la fuerza resultante en a, la misma que es la fuerza radial, la fuerza axial es 0.

Existen dos alternativas para calcular la carga esttica equivalente:

Como no tenemos fuerza axial, por lo tanto y

Al remplazar en la ecuacin tenemos que:

Clculo de los rodamientos solicitados dinmicamente. La capacidad de carga dinmica requerida se obtiene:

De la consideracin anterior tenemos que:

Para encontrar el factor de velocidad se dispone:

Es la duracin de horas de funcionamiento, se considera que la mquina funcionara 8 horas diarias durante la temporada de cosecha de la costa (Julio-Septiembre) durante un periodo de 2 aos, se tiene

Sustituimos los valores obtenidos en la ecuacin anteriormente expuesta, y tenemos la capacidad de carga dinmica:

Con el dimetro del eje de 1.5 pulgadas, la carga dinmica C requerida y la carga esttica Se selecciona en el catlogo SKF, chumaceras que cumplan con la condicin C>Creq y Co > Co req, obtenindose chumaceras FAG de la serie S16208.108

Diseo del estator de la recamara. El estator de la recamara es un cilindro perforado, el mismo que cumple la funcin de dejar pasar solamente al maz y manteniendo dentro las cascaras y las tuzas de la mazorca de maz.Su diseo est en funcin del tamao de los granos de maz, de la altura de las placas desgranadoras y del dimetro y longitud de la mazorca.Sus dimensiones fueron determinadas experimentalmente durante la construccin de la mquina.

Diseo y seleccin del tipo de transmisin Especificaciones.Dimetro de grano = 10 mm = 0.01 mDimetro medio de las mazorcas de maz = 46 mm = 0.046mLongitud mxima = 118 mm = 0,18 mCapacidad de desgrane. Que la capacidad de la mquina de maz desgranado.

Capacidad desgranado maz = 2000 Kg/hora

Se trabajan 8 horas das, por lo tanto ser 16000 Kg/da. Para obtener el desgrane 16000 kg/da se requiere aproximadamente un motor de 8 HP.

De energa, P = T

Donde T = Torque desarrollado P = 8HPW=2000 rpmDespejando y remplazando en la ecuacin tenemos que:

T = 24.5 lb-pies

Relacin de Velocidad. Debido a que la polea motriz va acoplada al eje de salida de un motor de combustin interna, el nmero de revoluciones en la polea motriz toma el mismo valor que el del motor, un valor de 2000rpm.La relacin de velocidad entre el conductor y el conducido, para evitar el deslizamiento se expresa como:

La velocidad permisible para que el grano no se rompa es de V = 4.8 m/s tabla (6)V = w * r

Remplazando en la ecuacin tenemos que:

Relacin de velocidad:

Potencia Corregida. Para considerar la potencia corregida se considera el factor de servicio que va de acuerdo al tipo de servicio y al tipo de accionamiento, es decir:

Dnde:C =1.4 es una constante para servicio normal y accionamiento por motor de combustin.PT = 8 HP; es la potencia del motor a una velocidad de 2000 rpmAl remplazar obtenemos la potencia corregida:PC = 11.2 HP = 11.3568 CVSeleccin del tipo de banda y tamao de polea:Existen Varios tipos de banda, se selecciona una banda trapecial; la misma que puede ser del tipo A, B, C, D, G, E, F y Z, cada una de estas con diferentes dimensiones. Para determinar el tipo de banda es necesario conocer la potencia corregida PC = 11.3568 CV el nmero de revoluciones de la polea motriz n = 2000 rpm.De acuerdo al catlogo con estos datos se tiene una banda de tipo B.

Dimensionamiento de polea motriz y conducida.El dimetro de la polea motriz est determinado por el tipo de banda y el ngulo de garganta de la polea. Se tiene:D2 = 125 a 190 mmSe escoge D2 = 125 mm para la polea motriz De acuerdo a la ecuacin tenemos:

Clculo de distancia entre centros. Existen dos criterios para determinar la distancia entre centros I, cuando:

Entonces la distancia entre centros I se tiene:

Y cuando:

Se tiene:

En este caso tomamos el primer criterio ya que

Calculo de la longitud primitiva de la banda.

Donde:I = 337.5 mm Distancia entre centro

Reemplazando en

L = 1365 mm

Determinacin de la notacin de banda. Con la longitud primitiva L=1365 mm y la distancia entre centros I=337.5 mm se determina la notacin de banda (Anexo J), encontrando los siguientes valores:L = 1396 mm > L, entonces se tiene una nueva distancia entre centros.

I = 353 mm Se requiere una banda B53 4.3.1.8 Determinacin del ngulo de contacto en la polea menor y mayor. El ngulo de contacto en la polea menor 2 se determina mediante:

Donde:2 = ngulo de la garganta de la polea menorD2 = Dimetro de la polea menosD3 = Dimetro de la polea mayorRemplazando D3, D2, I en se tiene

2 = 149.021 El ngulo de contacto con la polea mayor:

Donde Angulo de contacto de la polea mayor

Clculo de la potencia transmisible por banda. La potencia transmisible por banda viene dada por la siguiente ecuacin:

Donde:Pb: Prestacin basePd: Prestacin adicionalCx: Factor de correccin para arco de contacto < 180 CL: Factor de correccin por el tipo de correa Con el nmero de revoluciones de la polea motriz, n2 = 3600 rpm, el dimetro D2 = 100 mm y el tipo de banda B53 1/4 se tiene interpolando.

Pb: 4.95Pd: 0.9Cx: 0.92CL: 0.9Remplazando en la ecuacin tenemos que:Pu = (4.95 + 0.9)(0.92)(0.9) = 4.84 CV

Clculo del nmero de bandas. El nmero de bandas que deben estar en este sistema de transmisin: Se determinan con la siguiente ecuacin:

= 2 bandas

Diseo del sistema de limpieza.

Para la limpieza se utiliza un ventilador independiente centrfugo radial, por ser recomendado para limpiar polvos e impurezas tal como recomienda. A este tipo de ventilador tambin se lo denomina caballo de batalla. Tiene las siguientes caractersticas. Su rendimiento est entre el 55 a 69 % como se determina en el (Anexo Q, R) El ruido que produce est en funcin del tamao. Maneja volmenes de aire a altas presiones. Son los ms adecuados para conducir corrientes de aire con alto contenido de polvo e impurezas. Las aspas radiales son planas lo que permite reducir acumulacin de materiales de impurezas. Son econmicos y fciles de construir. No ocupa mucha energa.

Para elaborar y analizar el funcionamiento del ventilador, se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones: El ventilador debe adaptarse al espacio disponible. Debe estar colocado al final del sistema desgranador. Debe tener fuerza y velocidad de corriente adecuada para limpiar polvos e impurezas. La relacin de transmisin es la misma antes calculada, ya que el ventilador es independiente del sistema de transmisin antes determinado.Para determinar la velocidad que permita separar las impurezas de los granos del maz, se hace uso de la siguiente ecuacin aerodinmica.

Donde:Fa: fuerza ascendiente del aire (N)C : Coeficiente adimensionalAe: rea de proyeccin de la partcula perpendicular a la VyVy: Velocidad de ascenso del polvo o impureza a: Densidad del aire

La fuerza de la corriente de aire (F) se descompone en el plano X-Y, puesto que el boquete de salida para las impurezas est inclinado. En este caso la fuerza ascendente Fa es igual a la fuerza componente Fy.Para que la impureza se eleve la fuerza ascendente debe cumplir con la siguiente condicin:Fa > WiSi el peso de la impureza Wi es mayor que la fuerza ascendente entonces el cuerpo cae y no sube.Se considera que el ventilador limpiara impurezas de hasta el 10% del peso del grano de maz.El peso promedio por grano de maz es de Wm = 3.68 x 10-3 N, para el peso de la impureza al 10 % seria

Diseo de la tolva.

El diseo de la tolva es muy importante ya que un mal diseo producira un estancamiento de las mazorcas, debido a su acumulamiento en el dosificador, debido a esto tendramos graves problemas con el proceso de desgranado de maz. Analizando ventajas y desventajas que presentan los diferentes tipos de tolvas, y en funcin de facilidad de diseo y disponibilidad de materiales para su construccin se opt por seleccionar una tolva de simple inclinacin. Para disear y dimensionar la tolva se considera que en la misma se alimentaran 10 mazorcas a la vez.

Las dimensiones de la tolva estn en funcin de: Longitud y dimetro de la mazorca. Rozamiento producido entre las superficies de la mazorca y la lmina metlica de acero. ngulo de inclinacin que nos permitan evitar la friccin esttica.

Segn los anlisis realizados en la experimentacin con las mazorcas se determin que a un ngulo de se produce la friccin esttica la que mantiene a nuestra mazorca en reposo absoluto, en la misma experimentacin pudimos determinar que a un ngulo de garantizamos que la mazorca se deslice hacia el desgranador de una forma eficaz. De las tablas 1, 3 y 6 tomamos los datos obtenidos en la experimentacin para realizar el dimensionamiento del plato inferior.

D = 0.055 m, L = 0.25 mM = 0.14 KgV = 4.18 m/s

Con estos datos determinamos la longitud aproximada del plato por el que se deslizaran las mazorcas.

Clculo de volumen de mazorca. La geometra de una mazorca de maz es muy similar a la geometra de un cilindro o tambin de un cono, en nuestro caso tomaremos la frmula de volumen de un cilindro para calcular el volumen de la mazorca.

Con la masa de 3.75* por mazorca.Si consideramos que est pasando cada 3 segundos debe existir 2.16 Kg y necesitamos 2597 kg/hPara completar la cantidad requerida se necesita 5.77 mazorcas por lo que elegimos 10 mazorcas.

Para el dimensionamiento de nuestra tolva tomaremos en cuenta que se alimentaran 10 mazorcas a la vez.

La tolva debe tener un volumen superior al calculado para las diez mazorcas por lo tanto se dimensionara en funcin de estos parmetros.

El rea total de la Figura es:

Con el rea calculamos el

Con esto se determina que las 10 mazorcas de maz caben correctamente dentro de la tolva.