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CHRISTIAN CAMILO CEBALLOS VARGAS

GRUPO DE INVESTIGACIÓNPROCESOS DE MANUFACTURA Y DISEÑO DE MÁQUINAS

FACULTAD DEINGENIERÍA MECÁNICA

UNIVERSIDADTECNOLÓGICA DE PEREIRA

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El trabajo presenta una propuesta para mejorarel proceso de despulpado de la fruta, medianteel rediseño de la despulpadora actual; teniendo

como factores de diseño: pulpa libre deresiduos de semilla, facilidad demantenimiento, esfuerzos generados, ysimplicidad de diseño.

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Luego de una revisión bibliográfica, seencontraron dos diseños predominantes dedespulpadoras:

Despulpadora de eje horizontal Despulpadora de eje vertical

El principio de funcionamiento de ambas es muysimilar; la única diferencia radica en la posicióndel eje y en la expulsión del sobrante del fruto.

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Figura 1. Despulpadora horizontal

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Figura 2. Despulpadora vertical

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Para elegir un diseño adecuado, se realiza unanálisis de las dos configuraciones tomandocomo criterios de diseño:

Fuerza de trabajo Facilidad de mantenimiento Análisis de esfuerzos

Simplicidad de diseño

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Fuerza de trabajo: Se evaluó la facilidad decada despulpadora para realizar trabajo en untiempo y una fuerza determinada.

Mantenimiento: Se evaluó la posibilidad detener un menor tiempo de desarmado y asiaumentar la facilidad del desmontaje de piezas.

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Esfuerzos: Disminuir los esfuerzos generadospor la pulpa contra las paredes del eje.

Simplicidad de diseño: Tener el mínimonúmero de partes

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Cuantificación de variables técnicas de acuerdoa relevancia en el diseño, operación y

mantenimiento.

Tabla 1. Ponderación de las variables técnicas con susgrados de importancia para los dos diseños

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Para el rediseño de la despulpadora se tiene encuenta: facilidad de mantenimiento, golpegenerado por las paletas hacia el fruto y

esfuerzos generados.

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Figura 3. Prototipo propuesto

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Figura 4. Vista sin tolva, ni lámina superior

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Después de analizar el diseño actual seconcluyó que el eje de esta despulpadora no seencuentra debidamente apoyado, puesto que se

encuentra en cantiliver, por lo que se decideagregar un segundo apoyo localizado en latapa frontal.

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Figura 5. Implementación del segundo apoyo

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Para mejorar el trato de la máquina con elfruto:

1. Se utilizó un tamiz perforado hacia afuera, para

no desgarrar la semilla.2. Se adicionaron unas paletas inclinadas unidas

al eje, de tal forma que el fruto continúe unatrayectoria en forma de espiral al ser arrastradocontra el tamiz.

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Se miden: Velocidad de rotación Tensión

CorrientePara calcular: Potencia en vacío: Po

Potencia consumida cuando la fruta esgolpeada por los martillos: PM

Potencia cuando la pulpa es impulsada por laspaletas: PP

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De la potencia suministrada en vacío se calculael par suministrado por el motor:

Del par suministrado, se determina la fuerzatangencial distribuida en los nodos:

n: número de par de fuerzas

tangencialesF  M  

sobre el eje.d: diámetro del eje

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Figura 7. Fuerzas distribuidas sobre el eje

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  De la diferencia de potencia PM y Po, se estima

la fuerza requerida en los martillos para

triturar la fruta:

Con este dato se puede estimar la fuerzaequivalente distribuida en los 4 martillos.

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Figura 6. Fuerzas sobre los martillos

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El par equivalente requerido en los martillos, sepuede calcular, de esta forma:

y con este dato, se encuentra la fuerzaequivalente sobre los martillos:

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Las fuerzas distribuidas sobre el eje en la parteque sostiene las paletas (las debidas a la

resistencia ejercida por el fruto), se obtienemediante:

La fuerza distribuida en las paletas, se estimamediante:

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Figura 7. Fuerzas distribuidas sobre las paletas

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Con estos calculo realizados, se tiene la magnitudde cada una de las fuerzas que serán

distribuidas en el eje para realizar lassimulaciones en ALGOR.

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Figura 8. Desplazamiento nodal en el eje

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Figura 9. Esfuerzos sobre el eje (análisis estático)

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Figura 10. Desplazamiento nodal de la estructura

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Figura 11. Esfuerzos de Von Mises sobre la estructura

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Figura 12. Análisis modal del prototipo

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Se analizó el prototipo de una despulpadoratipo horizontal, realizando pruebas reales sobrela máquina para determinar las condiciones de

carga, y con estas calcular los esfuerzos que segeneran en el eje (considerando el eje comopieza principal de esta máquina).

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Se comprobó que este tipo de despulpadoracumple los requisitos necesarios para un fácil

mantenimiento y un buen aprovechamiento dela pulpa sin destrucción de la semilla. De la fase experimental se obtuvieron

diferentes datos de potencia consumida por ladespulpadora. Datos que no se encontrabandocumentados para el proceso de despulpado,los cuales han sido registrados para proveer

una ayuda a los productores de pulpa.

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Con la información recogida de la faseexperimental se determinaron las condiciones

de carga de la máquina, esta información seutilizó para el análisis mediante elementosfinitos con el software ALGOR; y con losresultados de este análisis se concluye que la

máquina se encuentra dentro de los márgenesaceptables de operación, sin superar los límitesde fluencia, bajas deformaciones y frecuenciasnaturales por encima de las frecuencias deoperación.

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