Escuela Superior Politcnica De ChimborazoFACULTAD DE MECNICAESCUELA DE INGENIERA MECNICADISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA MQUINA PICADORADE BAGAZO DE CAA DE AZCARGuijarro Paguay Graciela InsPaguay Ocaa Hctor XavierTESIS DE GRADOPrevia a la obtencin del Ttulo de:INGENIERO MECNICORIOBAMBA ECUADOR2011EspochFacultad de Mecnica

CERTIFICADO DE APROBACIN DE TESISCONSEJO DIRECTIVOEnero, 02 del 2011Yo recomiendo que la tesis preparada por:

GRACIELA INS GUIJARRO PAGUAYTitulada:

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA MQUINA PICADORA DE BAGAZO DE CAA DE AZCARSea aceptada como parcial complementacin de los requerimientos para el Ttulo de:

INGENIERO MECNICOf) Ing. Carlos Santilln

DECANO ENCARGADO DE LA FACULTAD DE MECNICA

Nosotros coincidimos con esta recomendacin:

f) Ing. Pablo Fierro

DIRECTOR DE TESIS

f) Ing. Washington Ruales

ASESOR DE TESIS

EspochFacultad de Mecnica

CERTIFICADO DE EXAMINACIN DE TESISNOMBRE DEL ESTUDIANTE: GRACIELA INS GUIJARRO PAGUAY.

TTULO DE LA TESIS:DISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA MQUINA PICA DORA DE B A GA ZO DE CAA DE AZ CAR Fecha de Examinacin:Febrero, 02 del 2011.

RESULTADO DE LA EXAMINACIN:COMIT DE EXAMINACINAPRUEBANOAPRUEBAFIRMA

Ing. Carlos Santilln

(Presidente Tribunal Defensa)

Ing. Pablo Fierro

(Director De Tesis)

Ing. Washington Ruales

(Asesor)

* Ms que un voto de no aprobacin es razn suficiente para la falla total.

RECOMENDACIONES:El Presidente del Tribunal quien certifica al Consejo Directivo que las condiciones de la defensa se han cumplido.

f) Presidente del Tribunal

EspochFacultad de Mecnica

CERTIFICADO DE APROBACIN DE TESISCONSEJO DIRECTIVOEnero, 02 del 2011Yo recomiendo que la tesis preparada por:

HCTOR XAVIER PAGUAY OCAATitulada:

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA MQUINA PICADORA DE BAGAZO DE CAA DE AZCARSea aceptada como parcial complementacin de los requerimientos para el Ttulo de:

INGENIERO MECNICOf) Ing. Carlos Santilln

DECANO ENCARGADO DE LA FACULTAD DE MECNICA

Nosotros coincidimos con esta recomendacin:

f) Ing. Pablo Fierro

DIRECTOR DE TESIS

f) Ing. Washington Ruales

ASESOR DE TESIS

EspochFacultad de Mecnica

CERTIFICADO DE EXAMINACIN DE TESISNOMBRE DEL ESTUDIANTE: HCTOR XAVIER PAGUAY OCAA.

TTULO DE LA TESIS:DISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA MQUINA PICADORA DE BAGAZO DE CAA DE AZCAR Fecha de Examinacin:Febrero, 02 del 2011.

RESULTADO DE LA EXAMINACIN:COMIT DE EXAMINACINAPRUEBANO APRUEBAFIRMA

Ing. Carlos Santilln

(Presidente Tribunal Defensa)

Ing. Pablo Fierro

(Director De Tesis)

Ing. Washington Ruales

(Asesor)

* Ms que un voto de no aprobacin es razn suficiente para la falla total.

RECOMENDACIONES:El Presidente del Tribunal quien certifica al Consejo Directivo que las condiciones de la defensa se han cumplido.

f) Presidente del Tribunal

DERECHOS DE AUTORAEl trabajo de grado que presentamos, es original y basado en el proceso de investigacin y/o adaptacin tecnolgica establecido en la Facultad de Mecnica de la Escuela Superior Politcnica de Chimborazo. En tal virtud, los fundamentos tericos - cientficos y los resultados son de exclusiva responsabilidad de los autores. El patrimonio intelectual le pertenece a la Escuela Superior Politcnica de Chimborazo.

f) Graciela Ins Guijarro Paguay f) Hctor Xavier Paguay Ocaa

AGRADECIMIENTOAgradecemos a Dios por guiarnos en cada paso dado durante nuestras vidas. Agradecemos a nuestras familias por el apoyo incondicional que nos han brindado en

esta carrera y por el cario que nos han brindado a lo largo de nuestras vidas.

Un especial agradecimiento a la Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, a la Escuela de Ingeniera Mecnica y a los grandes maestros que la conforman por la oportunidad de desarrollarnos profesionalmente y por el valioso conocimiento que han compartido con nosotros.

Agradecemos a nuestros amigos por el apoyo y fuerza que nos brindaron da a da.

DEDICATORIAEste trabajo lo dedico a Dios por darme vida y fuerza para alcanzar mis metas.

A mi padre y a mis hermanos que por su apoyo y cario que me inspiran a crecer y ser una mejor persona da a da.

A mis maestros y amigos por compartir este sueo conmigo.

G.I.G.P.Al sacrifico de mis padres, al amor incondicional de mi familia, a la estima de mis amigos y a la vida por permitirme cumplir mis metas y alcanzar mis objetivos.

H.X.P.O.TABLA DE CONTENIDOSCAPTULOPGINA1.GENERALIDADES, JUSTIFICACION Y OBJETIVOS

1.1Antecedentes.............................................................................................................1

1.2Justificacin..2

1.3Objetivos...3

1.3.1Objetivo general...3

1.3.2Objetivos especficos....3

2.MARCO TERICO Y ALTERNATIVAS DE DISEO

2.1Cultivo de la caa de azcar.4

2.2Bagazo de caa de azcar.....................................................5

2.3Usos y aplicaciones...5

2.3.1Papel......................................................................................5

2.3.2Tablas de fibra prensada para paredes y tablas aislantes......6

2.3.3Tableros aglomerados...7

2.3.4Cobertura del suelo y cama para el ganado..7

2.3.5Plsticos derivados del bagazo..7

2.3.6Xilitol proveniente del bagazo..8

2.3.7En el asfalto...8

2.3.8En medicina...8

2.4Propiedades fsicas del bagazo de caa de azcar...9

2.5Proceso de picado.10

2.6Alternativas de mquinas picadoras..11

2.6.1Maquinas picadoras sopladoras estacionarias..12

2.6.2Mquinas picadoras sopladoras de campo15

2.6.3Mquinas picadoras sopladoras de accin simple15

2.6.4Mquinas picadoras sopladoras de doble accin.16

2.7Partes constitutivas de la mquina19

2.7.1Chasis19

2.7.2Elementos de conexin.20

2.7.3Mecanismos de transmisin..21

2.7.3.1Transmisin por engranajes..22

2.7.3.2Transmisin por cadenas...22

2.7.3.3.Transmisin por correas23

2.7.3.4Transmisin de manivelas, excntricos y levas23

2.7.4Mecanismos operativos.24

2.7.4.1Rotor picador.24

2.7.4.2Expulsor del material picado.25

3.PARAMETROS DE LA MQUINA

3.1Determinacin de los parmetros de la mquina..27

3.2Seleccin del tipo de mquina..27

3.3Capacidad de la mquina..39

3.4Determinacin de la resistencia al corte del bagazo de caa39

3.5Velocidad y potencia de corte...40

4.DISEO DE LOS ELEMENTOS DE LA MQUINA

4.1Sistema de alimentacin45

4.2Cortador47

4.2.1Rotor.47

4.2.2Cuchillas50

4.2.2.1Espesor.51

4.3Sistema de transmisin por correa abierta53

4.3.1Seleccin del motor...53

4.3.2Seleccin de bandas..54

4.3.2.1Relacin de transmisin54

4.3.2.2Dimetros primitivos de la poleas55

4.3.2.3Distancia entre ejes...55

4.3.2.4Longitud primitiva de la banda56

4.3.2.5Arco de contacto..56

4.3.2.6Potencia transmisible por banda..57

4.3.2.7Determinacin del nmero de bandas..57

4.3.2.8Velocidad de la banda..57

4.3.3Seleccin de las poleas.58

4.3.4Tensiones en las poleas59

4.4Eje del rotor..60

4.5Seleccin de chumaceras..68

4.6Calculo y seleccin de chavetas69

4.7Bastidor71

4.8Diseo de la estructura de soporte72

4.9Diseo de la proteccin del motor y control elctrico de la mquina..74

5.CONSTRUCCIN Y COSTOS DE LA MQUINA

5.1Descripcin general del proceso de construccin.76

5.2Cronograma de construccin de los elementos de la mquina.77

5.3Cronograma de montaje de los elementos de la mquina.78

5.4Costos del proyecto..79

5.4.1Costos directos.79

5.4.1.1Costos de materiales.79

5.4.1.2Costos de maquinaria y equipos utilizados...79

5.4.1.3Costos de mano de obra82

5.4.1.4Costos de transporte.82

5.4.2Costos indirectos..82

5.4.3Costos totales82

6.VERIFICACIN, PRUEBAS Y MANTENIMIENTO DE LA MQUINA

6.1Diagrama de la mquina83

6.2Procedimiento experimental.84

6.3Especificaciones87

6.3.1Dimensiones generales.87

6.3.2Peso de la mquina87

6.3.3Fuente de potencia88

6.3.4Sistema de transmisin de potencia..88

6.3.5Rotor picador soplador.88

6.3.6Velocidad de entrada88

6.3.7Capacidad de la mquina..90

6.3.8Longitud del bagazo picado..92

6.3.9Elaboracin de bloques alimenticios.93

6.3.10Aspectos de seguridad..95

6.3.11Resumen de los resultados de las pruebas96

6.3.12Reparaciones y ajustes durante las pruebas..97

6.4Operacin y mantenimiento de la mquina..97

6.4.1Operacin.97

6.4.2Mantenimiento..98

6.4.2.1Limpieza del rotor soplador y de bastidor99

6.4.2.2Alineacin y afilado de cuchillas y contra cuchilla..99

6.4.2.3Lubricacin y cambio de chumaceras...99

6.4.2.4Ajuste y cambio de bandas...99

6.4.2.5Ajuste de pernos y tornillos..100

6.4.2.6Proteccin elctrica del motor..100

6.4.2.7Plan de mantenimiento preventivo101

6.5Fotografas de la mquina.102

7.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1Conclusiones103

7.2Recomendaciones104

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS BIBLIOGRAFAANEXOS PLANOSLISTA DE TABLASTABLA PGINA2.1COMPOSICIN DEL BAGAZO DE CAA DE AZCAR6

2.2VENTAJAS Y DESVANTAJAS DE LA TRANSMISION POR

ENGRANAJES.22

2.3VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA TRANSMISION POR22

CADENAS ..

2.4VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA TRANSMISION POR

CORREAS 23

2.5VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN ROTOR DE VOLANT25

2.6VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN ROTOR DE TAMBOR...25

2.7VELOCIDADES MINIMAS DEL AIRE PARA LA FLOTACIN26

3.1LISTA DE POSIBLES CARACTERISICAS Y EXIGENCIAS DE

LA MQUINA.27

3.2CAJA NEGRA.- ENTRADAS Y SALIDAS29

3.3MATRIZ MORFOLGICA DE LA MQUINA.32

3.4EVALUACIN ECONMICA36

3.5EVALUACIN TCNICA..36

4.1VARIACIN DE LA ENERGA CINTICA49

4.2SELECCIN DEL CHAVETERO...71

5.1CRONOGRAMA DE CONSTRUCCIN DE LOS ELEMENTOS

DE LA MQUINA...

5.2CRONOGRAMA DEL MONTAJE DE LOS ELEMENTOS DE LA77

MQUINA78

5.3COSTOS DE MATERIALES...79

5.4CARACTERISTICAS DE LAS MQUINAS HERRAMIENTAS

UTILIZADAS EN LA CONSTRUCCION MONTAJE DE LA

MQUINA80

5.5COSTOS DE MAQUINARIAS Y EQUIPOS..81

5.6COSTOS DE MANO DE OBRA..82

5.7COSTOS DE TRANSPORTE..82

5.8COSTOS INDIRECTOS...82

5.9COSTO TOTAL82

6.1DIMENCIONES GENERALES...87

6.2PESO DE LA MQUINA87

6.3VELOCIDAD DE ENTRADA DEL BAGAZO...89

6.4CAPACIDAD DE LA MQUINA...91

6.5LONGITUD DEL BAGAZO DE CAA DE AZCAR PICAD.93

6.6CONTENIDO DE BLOQUES ALIMENTICIOS.93

6.7RESUMEN DE PRUEBAS...96

6.8PLAN DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO......101

LISTA DE FIGURASFIGURA PGINA2.1Cultivo de caa de azcar..4

2.2Factores del proceso de picado...11

2.3Picadoras sopladoras estacionarias13

2.4Picadoras sopladoras estacionarias14

2.5Picadoras sopladoras de campo de accin simple16

2.6Picadoras sopladora de campo de accin doble.17

3.1Caja negra.28

3.2Propuestas de estructura de funcin 30

3.3Opcin 1 de mquina picadora33

3.4Opcin 2 de mquina picado34

3.5Opcin 3 de mquina picadora34

3.6Opcin 4 de mquina picadora.35

3.7Evaluacin de propuestas .37

3.8Elementos centrales de la mquina38

3.9Nmero de revoluciones vs. Nmeros de cuchillas42

3.10Dimetro del volante43

4.1Inclinacin de la bandeja de alimentacin45

4.2Boca de alimentacin..46

4.3Bandeja de alimentacin 47

4.4Base del volante de inercia49

4.5Funcionamiento del cizallado50

4.6Angulo de corte de las cuchillas..51

4.7Cuchilla y contra cuchilla51

4.8Dimensiones de la cuchilla52

4.9Sistema de transmisin59

4.10Diagrama de fuerzas en el plano XZ61

4.11Diagrama de fuerzas en el plano XY61

4.12Diagrama de fuerzas y momentos en el plano XZ62

4.13Diagrama de fuerzas y momentos en el plano XY.63

4.14Diagrama de torque en el eje.63

4.15Fluctuacin de los esfuerzos64

4.16Fuerza en el eje66

4.17Forma del eje..67

4.18Deformacin del eje67

4.19Esfuerzos en el eje...68

4.20Chumacera...69

4.21Eje con chavetero70

4.22Representacin de las medidas de una chaveta71

4.23Bastidor72

4.24Estructura en SAP 20073

4.25Estructura en SAP 200073

4.26Estructura en SAP 2000 74

4.27Circuito elctrico del motor75

6.1Esquema general de la mquina83

6.2Volante y eje de la maquina86

6.3Montaje del eje del rotor86

6.4Bagazo de caa88

6.5Velocidad de entrada del bagazo90

6.6Bagazo de caa y bagazo de caa picado .90

6.7Capacidad de picado del bagazo.92

6.8Bagazo de caa picado..92

6.9Alfalfa picada94

6.10Caa del maz picado94

LISTA DE ANEXOSANEXO 1:Ensayo de corte

ANEXO 2:Porcentaje de bagazo en la caa de azcar

ANEXO 3:Ensayo de densidad

ANEXO 4:Tabla de valores del factor de correccin de potencia

ANEXO 5:Grfico de seleccin del perfil de correa

ANEXO 6:Tabla para la seleccin del dimetro de un sistema de transmisin por bandas

ANEXO 7:Tabla de coeficientes de fluctuacin para diseo de volantes

ANEXO 8:Factores de correccin para arcos de contacto

Factores de correccin en funcin del tipo de correa

ANEXO 9:Medidas para reas de trabajo

ANEXO 10:Propiedades de materiales para bandas y coeficientes de friccin

ANEXO 11:Medidas del rea transversal de las chavetas

ANEXO 12:Prestacin de correas trapeciales

RESUMENEl costo de insumos para la alimentacin del ganado tiene valores exagerados, he ah la necesidad de buscar alternativas para la alimentacin sana y balanceada del ganado, aprovechando todos los recursos agrcolas de nuestro pas.

En el mercado existe una gran variedad de mquinas picadoras de pasto, las cuales no estn sustentadas con un diseo propio para el bagazo de caa de azcar, que tiene muchas aplicaciones en otros pases, entre las cuales se incluye la alimentacin del ganado. Por ello se ha realizado el diseo y construccin de la mquina picadora de bagazo de caa de azcar. Adems permite picar forrajes de igual o menor resistencia al corte.

Nuestra mquina es un prototipo elegido con bases tanto econmicas como tcnicas, bajo ciertos requerimientos. Pues la mquina deber trabajar necesariamente con electricidad y ser manejada por un solo operario. Los parmetros de diseo son: Velocidad de entrada del bagazo, Capacidad de corte y Longitud del bagazo picado.

La mquina funciona con un motor elctrico de 5HP a 1745RPM, el sistema de transmisin es de correa abierta, el rotor es un volante con tres cuchillas dispuestas en forma radial, adems posee tres paletas sopladoras que se encargan de expulsar el bagazo picado por una abertura ubicada en la parte superior derecha del bastidor. Se ha previsto el ajuste de las correas cuando sea necesario, para ello se ha colocado el motor sobre una base corrediza. La contra cuchilla y la cuchilla funcionan como una cizalla. Las mismas tienen pernos como elementos de conexin pues se prev el mantenimiento como afilado y limpieza. Se ha diseado un plan de mantenimiento preventivo y un instructivo de operacin para evitar cualquier dao humano y material.

El costo total de construccin del proyecto es inferior al costo de las mquinas que podemos encontrar en el mercado, lo que lo hace rentable.CAPITULO IGENERALIDADES, JUSTIFICACIN Y OBJETIVOS1.1. ANTECEDENTESEn el sector ganadero de nuestro pas, especialmente para los productores de leche, es importante mantener una alimentacin balanceada en el ganado durante todo el ao. Para ello no solo es necesario tener mtodos y tcnicas de alimentacin, sino tambin contar con la maquinaria necesaria.

Con el avance de la tecnologa se han implementado soluciones a necesidades especficas, en el sector ganadero, una de ellas es mejorar la calidad del alimento del ganado, para de esta forma obtener un mayor beneficio de los productos: crnicos y lcteos; aprovechando todos los recursos agropecuarios que son abundantes en nuestro pas. Muchos de estos recursos son mnimamente aprovechados para el consumo humano, otra parte sirve de alimento para el ganado y gran parte es desperdiciado.

Dado las nuevas tcnicas de alimentacin ganadera y el aporte tecnolgico, en la actualidad, se han encontrado diversas maneras de aprovechar los recursos agropecuarios en su totalidad, es por esto nuestra investigacin se concentra en desarrollar una mquina que ayude a aprovechar uno de estos recursos, que es el bagazo de caa.

La caa de azcar ha sido utilizada durante mucho tiempo principalmente en la produccin de azcar, y dems derivados. A travs de su historia se ha encontrado varios usos como abono y combustibles adems de ser utilizado como alimento de ganado. El bagazo en su forma original, utilizado como alimento para ganado presenta dificultad en el proceso de corte y para masticar de los rumiantes; por esta razn nuestro proyecto se basa en el diseo y construccin de una picadora de bagazo de caa de azcar, para que facilite el consumo del alimento para el ganado. La combinacin del bagazo de caa picado con melaza presenta un alimento balanceado adecuado para el consumo del ganado.

1.2. JUSTIFICACINEl proyecto que se plantea est relacionado al aprovechamiento del bagazo de caa el cual se justifica desde los siguientes puntos de vista:

En Ecuador la produccin de la caa de azcar se da principalmente en provincias de clima clido-hmedo por lo que el aprovechamiento de manera integra en sus derivados nos propone grandes oportunidades. Se aprovechara el bagazo de caa, disminuyendo el desperdicio de recursos, siendo un aporte para el medio ambiente.

En el caso de no contar con una mquina picadora, el proceso tendra que hacerse manualmente; lo cual no solo significa gran esfuerzo humano sino tambin mayores gastos, pues en la actualidad la mano de obra para la actividad agropecuaria es muy escasa y costosa; por ello es necesario contar con la maquinaria necesaria para facilitar estos proceso. Este proyecto ser un gran aporte a la agropecuaria de nuestro pas.

De esta manera justificamos este proyecto como una forma de mejorar la alimentacin del ganado, aplicando los conocimientos adquiridos a lo largo de nuestra carrera, disminuyendo costos y aprovechando recursos agrcolas de nuestro pas.

1.3.OBJETIVOS1.3.1.GENERALDisear y construir una mquina picadora de bagazo de caa de azcar.1.3.2.ESPECIFICOSDeterminar la capacidad de bagazo picado en kg/h.

Definir el tamao de bagazo en base a la regulacin del mecanismo de picado de la mquina.

Analizar alternativas de diseo para un equipo de picado de bagazo de caa de azcar.

Disear y construir la mquina picadora de bagazo de caa de azcar a un costo bajo.

Verificar y probar la eficiencia de la mquina mediante un plan de experimentacin.

CAPITULO IIMARCO TERICO Y ALTERNATIVAS DE DISEO2.1. CULTIVO DE LA CAA DE AZCAR

Figura 2.1: Cultivo de caa de azcar

La caa de azcar es una planta gramnea originaria de Nueva Guinea, desde donde se fue extendiendo a Asia y otros pases tropicales y subtropicales.

Esta planta consta de tres partes: una subterrnea, carente de hojas y perenne, y otra area y anual, con hojas que llegan a alcanzar de dos a siete metros de longitud. El color de la planta depende de las variedades. En su parte superior encontramos la panocha, que mide unos treinta centmetros de largo. La floracin se presenta durante el primer ao de cultivo.

Los climas apropiados para su explotacin son los tropicales y en ocasiones, los subtropicales; los suelos ms indicados, los llanos, ricos en calcio y prximos al mar.

La siembra se realiza con estacas, que es el procedimiento usado ms corrientemente. La germinacin exige la presencia de humedad en el suelo; adems, durante el cultivo, hay que suministrar slo una cantidad prudencial de agua, porque el riego excesivo contribuira al crecimiento de las malas hierbas.

La faena de la recoleccin se lleva a cabo entre los once y los diecisis meses de la plantacin, es decir, cuando los tallos dejan de desarrollarse, las hojas se marchitan y caen y la corteza de la capa se vuelve quebradiza.

2.2. EL BAGAZO DE CAAEl bagazo es el subproducto o residuo de la molienda o difusin de caa, la fibra leosa de la caa, en el que permanecen el jugo residual y la humedad provenientes del proceso de extraccin. Al decir fibra se hace referencia a todos los slidos insolubles, fibrosos o no. En la prctica aproximadamente la mitad es fibra y la otra mitad es jugo residual, con variaciones que resultan de los procedimientos de la molienda y de la variedad y de la calidad de la caa.

La gran mayora del bagazo producido, que equivale aproximadamente a una tercer parte de toda la caa molida del mundo, sirve como combustible para la generacin de vapor en los ingenios productores de azcar crudo. El manejo del bagazo como combustible para locomotoras, uso domestico y otros similares se facilita comprimindolo para formar briquetas, algunas veces con melazas para facilitar la adhesin.

2.2.1. USOS Y APLICACIONESLa Fundacin para la Investigacin del Azcar ha desarrollado informacin sobre el bagazo como materia prima para la fabricacin de productos comerciales, tales como:

2.2.1.1. PAPELLa fbrica de pulpa 100% de bagazo ms grande del mundo produce 300 t de pulpa blanqueada por da. Los estudios sobre la fabricacin de papel a partir del bagazo se remontan a 1834, pero no fue sino hasta los ltimos 50 aos que la compaa W.R. Grace obtuvo un xito comercial completo en Per. La pulpa del bagazo se utiliza hoy en da en casi todas las clases de papel, incluyendo bolsas, envolturas, para imprimir, de escritura, papel higinico, pauelos faciales, toallas, papel cristal, semicorrugado, cartn para forro y para papel peridico. En Mxico existe una planta papelera considerada como la fbrica ms grande del mundo productora de pauelos faciales y papel a partir del bagazo. Con el proceso Cusi se puede fabricar papel peridico con 80% de pulpa de bagazo, 15% de pulpa de madera molida y solo 5% de pulpa de fibra larga.

Tabla 2.1: Composicin del Bagazo de Caa de Azcar.

PorcinCelulosaAlfa-CelulosaHemicelulosaLigninaCeniza

Entera58.436.829.421.32.9

Fibra61.438.730.020.72.0

Mdula54.632.229.921.34.6

2.2.1.2.TABLAS DE FIBRA PRENSADA PARA PAREDES Y TABLAS AISLANTESEl bagazo para la fabricacin de tablas de construccin y aislantes, aplicacin iniciada por la Celotex Company de Luisiana en 1922, ha reemplazado el uso de este material como combustible en casi la cuarta parte de los ingenios de este estado. El bagazo proveniente de los molinos se almacena en grandes pilas. El proceso incluye trituracin y coccin a fin de eliminar resinas, ceras y pectocelulosa y hacer que las fibras adquieran resistencia y flexibilidad. De los cocedores y lavadores, el bagazo pasa a travs de los refinadores del molino de papel para separar los haces de fibras, despus de lo cual se aaden sustancias qumicas impermeabilizantes y repelentes a las termitas. Los tableros se forman por medio del proceso conocido en la industria de la pulpa como afeltrado (proceso en el que se enmaraan las fibras), y la resistencia de la tabla se debe exclusivamente al grado de entretejido y enredado de las fibras. A medida que el tablero hmedo sale de la mquina conformadora es alimentado a un secador continuo de aire caliente, del que sale terminado en forma de lmina continua de doce pies de ancho que se corta con sierras segn el tamao deseado.

2.2.1.3. TABLEROS AGLOMERADOSLos tableros aglomerados se fabrican a partir de pequeos fragmentos de material lignocelulsico mezclados con un agente orgnico aglutinante con aplicacin de calor, presin u otras formas de tratamiento. Existen tres procesos principales: el proceso de prensas calientes de rodillos mltiples, el proceso de extrusin y el proceso de Bartreu (prensado continuo).

Para los tableros aglomerados de bagazo, se utiliza urea formaldehdo en una proporcin de 5.8% del peso de la fibra seca. Se aade asimismo parafina slida como repelente al agua (en una cantidad no mayor al 5% del peso de la resina

slida). En 1968 se estableci una nueva planta de tableros aglomerados en la isla de Reunin (40 T diarias).

2.2.1.4. COBERTURA DEL SUELO Y CAMA PARA EL GANADOOtra operacin que se lleva a cabo es la separacin del bagazo en varias fracciones segn el tamao de las partculas. El bagazo procedente de los molinos pierde aproximadamente el 40% de humedad al pasar a travs de secadores alimentados con gas, a una temperatura de 1 400F (760C). El bagazo deshidratado pasa por los tamices vibratorios en los que se divide en tres partes. La porcin compuesta por partculas ms gruesas se usa como cobertura orgnica del suelo en la horticultura; la fraccin media (que es tambin fibrosa) se utiliza para cama de ganado y de pollos. La fraccin ms fina, constituida por la mdula se divide todava ms mediante el separador por gravedad antes mencionado, y rinde dos fracciones: una fraccin de alfa-celulosa de calidad bastante elevada til en la fabricacin de explosivos, y otra fraccin de partculas ms gruesas que se utiliza como forraje mezclndola con mieles.

2.2.1.5. PLSTICOS DERIVADOS DEL BAGAZOLa produccin de diversos plsticos a partir de la lignina contenida en el bagazo constituye una exitosa utilizacin. Este proceso que se ensay primeramente a nivel de planta piloto en laboratorios del gobierno estadunidense se perfeccion desde el punto de vista comercial alrededor de

1941.

2.2.1.6. XILITOL PROVENIENTE DEL BAGAZOEl xilitol se conoce desde hace ms de 90aos. Ha sido utilizado durante ms de 15 aos en diversos pases de Europa y Asia para nutricin parental y como endulzador para diabticos. El bagazo contiene aproximadamente un 30% de pentosanas. Mediante digestin acida, aproximadamente el 13% de los slidos secos originales pueden extraerse como xilosa (C5 H10O5). La xilosa es una pentosa y se conoce tambin como "azcar de madera". El xilitol tiene un poder edulcorante y un sabor casi iguales a los de la sacarosa, mientras que la

xilosa tiene un poder edulcorante de 0.7 comparada con la sacarosa, pero tiene un agradable efecto refrescante. Un gramo de xilitol corresponde a 4.06 kcal, similar a otros carbohidratos totalmente metabolizados.

2.2.2. PROPIEDADES DEL BAGAZO2.2.2.1. PROPIEDADES FSICASEl poder calorfico del bagazo seco muestra una sorprendente uniformidad en todo el mundo. Las numerosas pruebas calorficas efectuadas dan valores (en BTU) entre 8 200 y 8 400 por libra (4 550 a 4660 cal). Las investigaciones que se han efectuado acerca del valor combustible de las variedades ms modernas de caas en varios pases corroboran estas cifras. El promedio de 8 350 BTU por libra de bagazo seco libre de ceniza (4 640 cal/Kg) est dentro de los lmites del error propio de la toma de muestras y del anlisis, pero el anlisis nunca est libre de ceniza.

El porcentaje de ceniza de la materia seca en la caa cortada a mano es de

2.2 a 3.4% y en la caa cortada mecnicamente de 5.82 a 28.48%.

El bagazo contiene un gran porcentaje de humedad que varia con la velocidad y la eficiencia de la molienda, se maneja una cifra promedio de

48 a 50%

La fibra del bagazo puro ha sido analizada por diversos investigadores y se han obtenido porcentajes promedios de carbono 47.0, hidrogeno, 6.5; oxigeno 44.0; ceniza y materiales indeterminados 2.5

El valor calorfico es la base para determinar el precio de compra del bagazo que ha sido aceptado mundialmente, y ha demostrado ser seguro, lgico y favorable para ambas partes. Como es probable que el valor bsico del bagazo contine basndose en su valor calorfico equivalente, el bagazo debe continuar en su posicin competitiva excelente con respecto a la madera o cualquier fibra vegetal no leosa como materia prima fibrosa para pulpa, papel, cartn o tableros compuestos.

2.3. PROCESO DE PICADO [1].La operacin del picado ha obtenido mucha popularidad en la cosecha de forrajes. Los factores a favor del picado son:

El grado de digestin y el tiempo de paso del forraje en el animal, dependen del tamao de las partculas del mismo. Cuanto ms pequeas sean las partculas, mayor ser el grado de digestin y menor el tiempo de paso, lo que indirectamente afecta el consumo voluntario del animal.

El animal gasta menos energa en desmenuzar el material.

El material picado tiene mayor densidad. El tracto digestivo del animal tiene una determinada capacidad volumtrica, es decir, que con el material picado se llena el tracto digestivo con mayor cantidad de forraje.

El material es fcilmente transportable por medio de conductores mecnicos y sopladoras.

Facilita el proceso de ensilaje, por su estructura y mayor densidad.

Hace posible el uso de instalaciones automticas de alimentacin del ganado.

No tiene objeto picar el material ms corto de lo necesario. El ajuste de la longitud de picado depende de la velocidad de alimentacin, de la velocidad de la picadora y del nmero de cuchillas sobre el volante.

a) Con poca velocidad de alimentacin, el material queda cortado en trozos chicos. b) Con una velocidad grande de la picadora, la longitud de los trozos resulta menor. c) Con un nmero mayor de cuchillas, el material queda cortado en trozos chicos.

d) Con una velocidad grande de alimentacin, la longitud de los trozos es mayor.

e) Con una velocidad lenta de la picadora, se pica el material en trozos ms largos. f)Con un nmero menor de cuchillas, se pica el material en trozos ms largos.

ab

cd

ef

Figura 2.2: Factores del Proceso de Picado.

Para reducir la longitud de picado, se puede disminuir la velocidad de alimentacin, aumentar las revoluciones por minuto de la picadora, y/o aumentar el nmero de cuchillas del rotor.

2.4. ALTERNATIVAS DE MQUINAS PICADORAS.Las mquinas picadoras se usan para reducir material verde o seco a menores dimensiones. El picado se puede emplear sobre el material previamente cosechado, sea en forma verde o henificado, pero tambin se usa para efectuar la cosecha de forrajes trabajando directamente sobre el cultivo en pie.

Por esto, las mquinas picadoras se dividen en estacionarias y de campo. Las estacionarias se usan para picar el material cosechado, como heno, maz y remolacha. Las mquinas de campo son cosechadoras que efectan el corte del material verde, y luego lo pican.

2.4.1. MQUINAS PICADORASSOPLADORAS ESTACIONARIAS [2]Estas mquinas se emplean para cosechar material verde o seco, cosechado previamente. El volante picador de estas mquinas esta equipado con paletas, para soplar el material picado a travs de un tubo de conduccin hacia el depsito o hacia la instalacin de alimentacin del ganado.

La construccin de este tipo de mquina es como sigue:

1) Conductor o banda transportadora para conducir el material hacia la unidad de alimentacin.

2) Unidad de alimentacin forzada del material hacia la picadora.

3) Caja de la mquina, que sirve como caja de la sopladora. Es en realidad una bomba centrfuga para mover el material picado.

4) Volante picador-soplador.

5) El volante est equipado con tres cuchillas sopladoras.

6) El volante esta tambin previsto con tres paletas para soplar el material picado.

7) Tubo de conduccin del material picado.

La mquina se usa para el picado de material henificado y para el transporte del material picado hacia el depsito.

Pero tambin se emplea sta para el picado de material verde y su posterior conduccin al silo. En este caso, se puede tratar material verde cortado por medio de una segadora, o material ya parcialmente picado por medio de una picadora-sopladora de campo. En el ltimo caso, se aplica entonces una doble accin de picado.

Para transportarse de un lugar a otro, la mquina puede ser equipada con ruedas.

Figura 2.3: Picadoras Sopladoras Estacionarias

El conductor, el mecanismo de alimentacin y la picadora sopladora tienen un mando por medio de un motor o mediante la toma de fuerza de un tractor.

1) Polea de mano. En el caso de un mando por la toma de fuerza, se conecta el eje de esta toma de fuerza en el mismo sitio. El mando del volante picador-soplador en entonces directo.

2) Dos engranajes para el mando del conductor y de la unidad de alimentacin forzada.

3) Mando del conductor.

4) Mando de los rodillos de la unidad de alimentacin forzada.

5) Ajuste de la presin del rodillo de alimentacin forzada.

Las cuchillas de la picadora se montan en el volante bajo un ngulo. Este ngulo tiene importancia, pues permite que la alimentacin del material no sea interrumpida por la hoja de la cuchilla. La alimentacin puede as continuar luego del paso del borde cortante de la cuchilla, sin chocar contra la hoja.

6) Posicin inclinada de la cuchilla.

7) Ajuste de la cuchilla.

El borde cortante de las cuchillas debe afilarse una vez que se haya desgastado. Al montar nuevamente las cuchillas, se ajusta su posicin de tal manera que su borde cortante pase lo ms cerca posible del contrafilo, sin tocarlo. Se afila la cuchilla slo del lado inclinado del borde cortante.

Figura 2.4: Picadoras Sopladoras Estacionarias

2.4.2 MQUINAS PICADORASSOPLADORAS DE CAMPO [3]Estas mquinas se pueden dividir en mquinas de picado directo y mquinas de picado indirecto.

Las primeras cortan el pasto en pie, lo pican y lo soplan con un solo mecanismo.

Las ltimas efectan el corte y el picado con mecanismos separados. En las mquinas de picado indirecto, se puede cambiar el mecanismo de corte por un aditamento recogedor de cultivos previamente cortados e hilerados, o por un aditamento de corte de forraje verde.

La mquina de picado indirecto es por esto ms verstil. Adems, pica el material ms intenso. Es una mquina de mltiple accin, mientras que la mquina de picado directo debe efectuar el corte, el picado y el soplado en una sola operacin.

2.4.3 MQUINAS PICADORASSOPLADORAS DE ACCIN SIMPLELa construccin de estas mquinas es como sigue:

1) Chasis con dos ruedas.

2) Mecanismo operativo. Consta de un rotor ubicado perpendicularmente al avance, provisto de un nmero de martillos.

3) Tubo de conduccin del material cortado y picado hacia el remolque, enganchado detrs de la mquina.

4) Flujo del material.

Los martillos mismos producen la corriente de aire para el transporte del material cortado y picado.

Estas mquinas se emplean slo para la cosecha de pastos. El material se usa para la alimentacin directa del ganado, o para el ensilado. En el ltimo caso, se descarga el material en una picadora-sopladora estacionaria que lo pica otra vez y luego lo sopla en el silo.

5) Enganche para el remolque.

6) Enganche al tractor.

7) Eje de la toma de fuerza.

Figura 2.5: Picadoras Sopladoras de Campo de Accin Simple

2.4.4 MQUINAS PICADORASSOPLADORAS DE DOBLE ACCINEstas mquinas cortan el material y lo conducen mediante un conductor de gusano hacia la picadora-sopladora. La construccin es como sigue:

1) Rotor con martillos que cortan el material y lo descargan en el conductor.

2) Mando del rotor.

3) Conductor que lleva el material cortado hacia la picadora.

4) Mando del conductor.

5) Cabezal de la picadora-sopladora.

6) Mando del cabezal por la toma de fuerza.

7) Tubo de conduccin del material picado hacia el remolque.

8) Giro del tubo de conduccin para facilitar el llenado del remolque.

9) Ajuste de la salida del material para llenar primero la parte trasera y luego la parte delantera del remolque.

10) Enganche del remolque.

11) Enganche al tractor.

Figura 2.6: Picadoras Sopladoras de Campo de Accin Doble.

El rotor con martillos es un mecanismo adecuado para cortar pastos. Para cosechar y picar el material en pie, como maz verde y frijoles, y para aplicar material previamente cortado e hilerado, se emplea la picadora-sopladora con aditamentos especiales.

En estos casos, la picadora-sopladora forma la unidad bsica de la mquina. A esta unidad de le puede montar tres diferentes aditamentos.

Para cosechar y picar maz verde, el aditamento consiste en un cabezal con barra de corte y conductores de cadenas para alimentar los tallos hacia la picadora.

Para cosechar y picar cultivos, como frijol, el aditamento consta de una plataforma con una barra de corte, un molinete y un conductor transversal, similar a la plataforma de una cosechadora de granos.

Para recoger material previamente cortado e hilerado, el aditamento consiste en un recogedor y un conductor.

Muchas de estas mquinas son de un diseo tal que se pueden intercambiar los diferentes aditamentos. Estas mquinas tienen la picadora-sopladora ubicada perpendicularmente a la direccin de avance para facilitar el montaje de los aditamentos frente a la entrada de la picadora.

La picadora-sopladora es del tipo con cuchillas radiales, o del tipo con cuchillas axiales. En el ltimo caso, puede tener la sopladora como mecanismo separado, por lo que la mquina efecta las operaciones de corte, de picado, y de soplado por separado mediante tres mecanismos.

La base del funcionamiento de las mquinas picadoras es un rotor sobre el que van situadas las cuchillas, que pueden ir colocadas radialmente (picadoras de volante), o tangencialmente (picadoras de tambor).

Para nuestro proyecto analizaremos las partes constitutivas de la mquina por separado. Seleccionando las mejores alternativas para armar nuestra mquina picadora de bagazo de caa de azcar.

2.5 PARTES CONSTITUTIVAS DE LA MQUINA.Existen varios tipos de mquinas picadoras en el mercado, las cuales difieren en varias de sus partes constitutivas. Para obtener una mquina que cumpla nuestros requerimientos y objetivos propuestos debemos considerar las diferentes opciones y elegir las ms adecuadas.

Cada mquina agrcola consta de los siguientes cuatro elementos bsicos: [4]Chasis.- Sobre l se montan todos los otros elementos de la mquina.

Elementos de conexin.- Por medio de estos se unen los elementos entre s, y con el chasis.

Mecanismos de transmisin.- Por medio de estos se proporciona la fuerza y la potencia, de un lado de la mquina hacia el otro.

Mecanismos operativos.- Son los que ejecutan el trabajo para el que la mquina est programada.

El chasis, los elementos de conexin y los mecanismos de transmisin son construidos de materiales estandarizados. Sin embargo, los mecanismos operativos tienen su propio diseo y construccin. El mecanismo operativo forma parte de la operacin de la mquina. A menudo, el nombre de la mquina se deriva del mecanismo operativo y del nombre del cultivo.

2.5.1 ChasisEl chasis es la parte estructural de la mquina, sobre la cual se montan las dems partes. Puede ser soportado, ya sea, por ruedas u orugas, por patas, por el fondo del arado o por un tractor.

Consta de piezas de acero fundido y de partes de acero prensado. En la construccin del chasis se emplean materiales estandarizados. Estos incluyen planchas, barras, perfiles y tubos. Las partes de formas complicadas se construyen de acero fundido. Las barras planas son ampliamente utilizadas en la construccin del chasis, principalmente en zonas donde se tiene cargas de tensin longitudinal. Son menos convenientes para soportar presiones longitudinales. Los perfiles se usan en la estructura del chasis donde se deben soportar cargas de tensiones y de

presiones longitudinales, as como de flexiones. Los tubos soportan bien las cargas, tanto de tensin y presin, como de torsin. Permiten una construccin simple, fuerte y dan al chasis una forma esttica.

Los materiales normalizados son partes de construccin simple, y tienen las siguientes formas:

a) Barra plana, con una seccin de corte rectangular. b) Barra cuadrada, con una seccin de corte cuadrada. c) Barra hexagonal.

d) Barra redonda.

e) Tubo, soldado o sin costura. f)Perfil en forma de U.

g) Perfil en forma de T.

h) Perfil en ngulo, con lados iguales.

i)Perfil en ngulo, con lados desiguales. j)Perfil en forma de T.

k) Perfilado en fro en forma de U.

l)Perfilado en fro en forma de ngulo, con lados desiguales. m) Perfilado en fro en forma de ngulo, con lados iguales.

n) Perfilado en fro en forma cuadrada, hueco.

o) Perfilado en fro en forma rectangular, hueco.

p) Perfilado en fro en forma rectangular, esquinas redondas. q) Perfilado en fro en forma de tubo, redondo.

Dentro del chasis consideramos a la bandeja de alimentacin, la estructura que sostiene la mquina y el recubrimiento de la misma.

2.5.2 Elementos de conexinLos elementos de conexin se pueden dividir en dos grupos:

a) Conexiones fijas.- Son aquellas que no permiten la desconexin de las partes que las integran, ya que estas estn unidas por medio de soldadura y/o remaches.

b) Conexiones desmontables.- Son las que permiten el desmontaje de las partes que las integran, para su reparacin o reemplazo. Este tipo de conexiones se realiza por medio de pernos, muelles de amortiguacin y pernos de seguro y de sobrecarga.

Los elementos de conexin pueden ser:

Soldadura.- Es una forma de conexin rpida y fuerte, que es aplicada muy a menudo debido al ahorro de material. Sin embargo, su desventaja radica en que las partes no pueden ser separadas o desconectadas sin daarlas.

Remachado.- En la actualidad la unin por medio de remaches est prcticamente en desuso, pues es una operacin que requiere mucho tiempo y requiere ms material.

Pernos tuercas y tornillos.- Estas conexiones son las ms conocidas.

Permiten una unin desmontable, con una gran variedad de elementos.

Chavetas, pasadores y collares.- Estos elementos se emplean en la conexin de poleas, engranajes, ruedas y volantes sobre ejes.

Resortes y muelles de amortiguacin.- Conectan dos partes en forma flexible.

2.5.3 Mecanismos de transmisinLos mecanismos de transmisin son los encargados de transmitir el movimiento necesario a los distintos elementos de la mquina.

Cumplen una o ms de las siguientes funciones:

Conexin entre ejes

Transferencia de potencia de un eje al otro

Cambio de la velocidad de rotacin

Cambio del momento de fuerza, par o torque

Cambio del sentido de giro

Sincronizacin de los movimientos de los ejes

Existen diferentes tipos de transmisin:

2.5.3.1 Transmisin por engranajesLa conexin entre dos engranajes se efecta mediante los dientes. El paso de los dientes debe coincidir.

Tabla 2.2: Ventajas y Desventajas de la Transmisin por EngranajesVentajasDesventajas

Variedaddematerialesparasu

construccin.

Un engranaje no metlico facilita el trabajo con una buena lubricacin.

Tiene una buena relacin de contacto lo que hace que el trabajo sea eficiente. Sin la lubricacin adecuada existir

exceso de friccin, por lo que se incrementan las prdidas y se deterioran los dientes.

Costo elevado.

Exceso de ruido al trabajar.

Dificultad de reemplazo.

2.5.3.2 Transmisin por cadenasLa transmisin por cadenas se emplea en los casos en que la distancia entre los ejes es tal que el uso de engranajes no resulta prctico. Normalmente, la transmisin por cadenas se aplica entre ejes paralelos que giran en el mismo sentido.

Tabla 2.3: Ventajas y Desventajas de la Transmisin por CadenasVentajasDesventajas

Larga vida til.

No se resbala o estira.

Buena capacidad para impulsar cierto

T nmero de ejes, desde una sola fuente de potencia o fuerza motriz.

Permite una sincronizacin de los

2 movimientos de los ejes. Costo elevado.

Sin la debida lubricacin, se pueden dar fallas en los rodillos y los pasadores.

Serequiereunmantenimientoms agresivo.

Exceso de ruido.

.5.3.3 Transmisin por correasLa transmisin consta de dos poleas conectadas entre s por medio de una correa plana o una faja en forma de V. La transmisin de correa tiene un cierto patinaje, que impide su uso en mandos sincronizados. El patinaje puede tener un valor de hasta 5%, lo que depende especialmente del ngulo de contacto entre polea y correa. Este tipo de transmisin es ampliamente utilizado en maquinaria agrcola, donde la distancia entre ejes sea relativamente grande.

Esta transmisin no es adecuada para transferir cargas pesadas a baja velocidad.

Tabla 2.4: Ventajas y Desventajas de la Transmisin por Correas.5.3.4 Transmisin de manivelas, excntricos y levasLa transmisin por medio de manivelas, excntricos, bielas y levas cumple la funcin principal de convertir un movimiento rotativo en un movimiento recproco, o viceversa.

En maquinaria agrcola se encuentran numerosas aplicaciones de estos tipos de transmisin. Entre estas se destacan, por ejemplo, el mando de la barra de corte de las segadoras, el mando de clasificadoras y de cribas, el mando del mbolo de las empacadoras, los mecanismos recogedores y los mecanismos de las bomba de pistn.

Sin embargo, a pesar de sus amplias aplicaciones tienen la desventaja de un desbalance en su operacin, provocado por la inercia del elemento recproco. Este desbalance aumenta considerablemente con el aumento de la velocidad. Por esto, en el diseo de modernas mquinas agrcolas se trata de reemplazar los mecanismos recprocos por elementos rotativos. Estos ltimos no causan este desbalance, por que provocan solo una fuerza centrfuga, que queda constante durante la operacin a una cierta velocidad.

2.5.4Mecanismos operativos2.5.4.1 Rodillos de alimentacin forzadaRodillos para la alimentacin forzada y uniforme del material.

Los rodillos de alimentacin sirven para facilitar la llegada del bagazo de caa de azcar hacia el elemento picador y a su vez, para controlar la velocidad de alimentacin del material a picarse.

En el caso de no contar con estos rodillos, los dos factores antes mencionados deben ser controlados manualmente por el operador.

Para el funcionamiento de estos rodillos se podra aprovechar el eje del motor de la mquina, regulando la velocidad mediante un moto-reductor. Lo que tendra como consecuencia un aumento en la potencia requerida del motor.

2.5.4.2 Rotor picadorEl rotor va acoplado a un nmero de cuchillas que pasan cerca del contrafilo estacionario.

Para este tipo de mquinas tomamos en cuenta dos formas (tipos) de rotores

que son:a) De volante b) De tambor

a) DE VOLANTE

En los rotores de volante se utilizan cuchillas radiales, colocadas en el pesado volante de acero. El mismo que puede estar dotado de perforaciones que

permiten el paso del material picado hasta la parte posterior, o sin ellas el material caera a la parte inferior.

Este tipo de rotor es utilizado generalmente para mquinas estacionarias.

Tabla 2.5: Ventajas y Desventajas de un Rotor de Volante

VENTAJASDESVENTAJAS

La masa del volante es menor que la del

rodillo por lo tanto se usa menos material, lo cual reduce costos.

Las cuchillas son rectas, lo cual facilita el afilado de las mismas.

Facilidad de construccin.

Permite regular el ngulo de corte con mayor exactitud. Menor cantidad de material picado en

funcin del tiempo. Menor ngulo de corte.

b) DE TAMBOR

En los rotores de tambor el cilindro es ancho, y es mayor a medida que aumenta la potencia de las mquinas, en la superficie se sitan las cuchillas formando hlices alrededor del cilindro, en nmero variable.

Tabla 2.6: Ventajas y Desventajas de un Rotor de Tambor

VENTAJASDESVENTAJAS

El borde cortante de las cuchillas pasa

por el contrafilo en una posicin algo tangencial. Con esto, se logra un trabajo de picado ms uniforme y suave.

El ngulo de corte es mayor.

La longitud de las cuchillas es mayor, con lo cual se puede cortar un mayor nmero de caas. Dificultad en la construccin.

Dificultadenelafiladodelas cuchillas, debido a su forma helicoidal.

Mayor costo de fabricacin, por su volumen y mayor nmero de cuchillas.

2.5.4.3 Expulsor del material picadoRotor-sopladorPara la salida del material picado se puede aprovechar el mismo rotor picador, adicionado paletas al mismo para que estas soplen el bagazo picado hacia el exterior de la mquina a travs de un conducto.

VentiladorLa expulsin del material picado la realiza un ventilador, que generalmente forma parte del propio picador. Los ventiladores se usan para transportar grano y forraje, ya sea horizontal o verticalmente. Se necesita aire a gran velocidad para hacer flotar en el aire el grano y las articulas de forraje. Las velocidades mnimas para algunos cultivos agrcolas se dan en la siguiente tabla.

Tabla 2.7: Velocidades Mnimas del Aire para la FlotacinMaterialm/segpie/min

Frijoles

Maz desgranado

Avena

Trigo Pastura picada Ensilaje30

29

22

30

20

306000

5800

4500

6000

4000

6000

En general se necesita aproximadamente de 2 a 3 m3 de aire para hacer flotar 1 kg de grano. La energa requerida vara de 0,33 a 0,4 kW.hr/t.

La prctica de ventilacin ms eficiente consiste en alimentar el material directamente en el ventilador, en donde se da cierto impulso inicial a las partculas. Se debe disear una alimentadora de tal modo que no permita la perdida de aire del ducto.

Por gravedadLa recoleccin del material picado tambin se lo puede hacer por gravedad, dejando el espacio suficiente debajo del rotor para que el material picado pueda caer libremente hacia un depsito. El vaciado de dicho recolector puede ser manual, o adicionarse a un sistema automtico.

CAPITULO IIIPARMETROS DE LA MQUINA3.1.Determinacin de los parmetros de la mquina.Para iniciar el diseo de la mquina debemos establecer los parmetros funcionales de la misma, como son:

Elementos constitutivos de la mquina, esquema cinemtico.

Capacidad de picado de la mquina.

Resistencia al corte del bagazo de caa.

Velocidad y potencia de corte.

3.2.Seleccin del tipo de mquinaMetodologa del diseo [5]Tabla 3.1: Lista de posibles caractersticas (C) y exigencias (E) de la mquina.

FUNCIONES

La maquina debe cortar bagazo de caa de azcar de 1m de largo aproximadamente.E

Los trozos cortados sern de 0.05m de largo aproximadamente.E

La mquina picar aproximadamente 1.2 Ton de bagazo de caa de azcar por jornada de trabajo.E

ENERGIA

La energa requerida ser suministrada por un motor elctrico.E

Pre-alimentacin manual hasta los rodillos de alimentacin forzada.C

Minimizar las prdidas de energa en la transmisin de potencia.C

SEGURIDAD

Instrucciones de montaje uso y mantenimiento.E

Nivel de seguridad suficiente a fin de preservar a las personas y a los bienes, derivados de la instalacin, funcionamiento, mantenimiento y reparacin de la mquina.E

ERGONOMIA

El acceso a los distintos elementos de mquina deber ser cmodo para las operaciones de mantenimiento montaje y desmontaje.C

La posicin del equipo , controles y banco de trabajo, deben permitir una postura y control correctoC

El trabajador puede ser sustituido total o parcialmente por otra personaC

No tener efecto contaminante sobre el medio ambienteC

FABRICACION

La mquina deber ser de fcil ensamblaje.E

Las piezas que forme parte de la mquina, sern de fcil manufactura y de formasC

sencillas.

Los materiales y elementos utilizados deben encontrarse disponibles en el mercado nacional.C

Los componentes de la mquina deben permitir un ensamblaje y funcionamiento en espacio reducido.C

Los materiales y elementos se seleccionarn de acuerdo a las exigencias de resistencia y calidad.E

La mquina deber tener una buena estabilidad y rigidez.E

Los elementos mviles de transmisin deben concebirse, construirse y protegerse de forma que prevengan todo peligro de contacto que pueda originar accidentes.E

La transmisin de las fuerzas se realizar por medio de sistemas mecnicos.E

SEALES

Contar con seales sonoras y/o visibles para indicar que la mquina se encuentra funcionamiento.C

Etiquetas de advertencia para la prevencin de accidentes.E

CONTROL

Se deber verificar la calidad del material empleado para la fabricacin de los elementos de la mquina.E

Los niveles de ruido producido por la mquina no sern muy elevados.C

FUNCIONAMIENTO

La puesta en marcha de la mquina solo ser posible cuando estn garantizadas las condiciones de seguridad para las personas que operen la mquina.C

No generar ruidos molestos para el operador.C

MANTENIMIENTO

La mquina deber estar diseada para que las operaciones de verificacin, regulacin, engrase y limpieza se puedan efectuar desde lugares fcilmente accesibles; y sin necesidad de eliminar los sistemas de proteccin.C

Las piezas deben ser fcilmente reemplazadas y deben encontrarse en stock en el mercado nacional.E

Contar con un programa de mantenimiento preventivo.E

Estructura de funcionesMaterial

ENTRADASSALIDAS

CAJA

Material

Energa

NEGRA

EnergaSealSeal

Figura 3.1: Caja Negra

Tabla 3.2: Caja negra.- Entradas y SalidasEntradasSalidas

MateriaIngreso del bagazo de caa de azcar en una longitud promedio de 1m.Bagazodecaapicadoen longitudes de 1 cm.

EnergaProporcionada a la mquina mediante un motor elctrico.Productoprocesado.Ruido, vibraciones y calor.

SealesAl iniciar el funcionamiento de la mquina.Que indiquen que la mquina este funcionando.

Aplicaciones de los sistemas tcnicos y sus limitacionesLa mquina utilizar un motor de corriente elctrica a 110V, puesto que se dispone de dicha energa en el lugar de trabajo. Para lo cual se disear una mquina en base a mecanismos eficientes, que aprovechen al mximo la energa entregada. Las siguientes opciones han sido estructuradas en base a los elementos constitutivos que consideramos tienen ms ventajas o son ms adecuados para nuestro proyecto.

Inicio / OPCION 1

Inicio / OPCION 2Seleccin manual de la materia prima.

Seleccin manual de la materia prima.

Inicio de entrega de energa

Inicio de entrega de energa

Accionamiento del sistema de corte mediante un interruptor.

Accionamiento del sistema de corte mediante un interruptor.

Inicio de alimentacin de bagazo manualmente.

Ingreso del bagazo hacia los rodillos de alimentacin forzada.

Picado del bagazo por un rotor en forma de volante con cuchillas radialesExpulsin del bagazo picado mediante un ventilador.

Picado y expulsin del bagazo mediante un rotor soplador en forma de volante con cuchillas radialesFin de alimentacin del bagazo

Fin de alimentacin del bagazo.Desactivacin del sistema de corte.Desactivacin del sistema de corte.Fin de entrega de energaFin de entrega de energa.Fin / OPCION 2Fin / OPCION 1

Inicio / OPCION 3

Inicio / OPCION 4

Seleccin manual de la materia prima

Seleccin manual de la materia prima

Inicio de entrega de energa

Inicio de entrega de energaAccionamiento del sistema de corte por medio de un interruptor.

Accionamiento del sistema de corte por medio de un interruptor.

Ingreso del bagazo hacia los rodillos de alimentacin forzada.

Ingreso del bagazo hacia el rotor

Picado del bagazo por un rotor en forma de tambor con cuchillas dispuestas en forma tangencial.

Picado del bagazo por un rotor soplador con cuchillas dispuestas en forma radial.Recoleccin del bagazo picado, por gravedad.

Desactivacin del sistema de corte.

Fin de alimentacin del bagazoDesactivacin del sistema de corte.Fin / OPCION 4Fin de alimentacin del bagazoFin / OPCION 3Figura 3.2: Propuestas de estructuras de funcin.

Matriz morfolgicaTabla 3.3: Matriz Morfolgica de la Mquina

1Sistema de alimentacin1.1

Atrapar cantidad de forraje a

picar.

Manual

Automtica

1.2

Transporte del forraje hacia

el sistema de corte

Manual

AutomticoGravedad

1.3

Introduccin del forraje al

sistema de corte

ManualAutomtico

Gravedad

2Sistema de impulsin2.1Energa motrizHumanaElctricaElicaHidrulica

2.2Mecanismo motrizPedalesRotorMolinoManivela

2.3Mecanismo de transmisinEngranajesCorreasCadenasDirecta

3Sistema de corte3.1Elemento de corteTornillo sin fin

CuchillaSierra de

cinta3.2

Cantidad de elementos de

corteUno

Dos

Ms de dos

3.3

Desplazamiento del elemento

de corte

Lineal

Circular radial

Circular tangencial

4Sistema de contra-corte4.1Elemento de contra-corteCuchillaTornillo sinfn

4.2

Cantidad de elementos de

contra-corte

Sin apoyo

Con un apoyoCon dos

apoyos4.3

Desplazamiento del elemento

de contra-corte

Esttico

LinealCircular

radial

Circular

tangencial5Sistema de expulsin del producto5.1Impulsor de productoNeumticoMecnicoGravedad

5.2Descarga al exterior

VentiladoFaja

transportadora

Expulsin

(soplado)

Cada libre

Opcin 4Opcin 1Opcin 2Opcin 3Bosquejo y descripcin de propuestasOpcin 1:El bagazo ser seleccionado y transportado manualmente por un operario, del mismo modo ser la regulacin de la alimentacin al sistema de corte. La energa para dicho sistema ser proporcionada por un motor elctrico. En el sistema de transmisin usaremos correas para transmitir la potencia hacia el sistema de picado. El sistema de picado se basar en un rotor de cuchillas dispuestas en forma radial. La expulsin del material picado se lo har con un ventilador.

Figura 3.3: Opcin 1 de mquina picadora

Opcin 2:El bagazo ser seleccionado por el operario y transportado manualmente. El operario guiar el bagazo hacia rodillos de alimentacin forzada, para lo cual requerimos de un moto-reductor. La regulacin de la cantidad de bagazo ser manual. La potencia para el sistema ser proporcionada por un motor elctrico. El sistema de corte consta de un rotor-soplador de varias cuchillas dispuestas en forma radial. La transmisin ser por medio de bandas para el eje del rotor.

Figura 3.4: Opcin 2 de mquina picadora

Opcin 3:La seleccin y transporte del bagazo ser en forma manual, al igual que la regulacin de la alimentacin. Posee rodillos de alimentacin forzada. La potencia es suministrada por un motor elctrico. El sistema de corte es un rotor en forma de tambor con varias cuchillas dispuestas en forma tangencial. La transmisin ser por medio de bandas. La salida del material picado ser por gravedad.

Figura 3.5: Opcin 3 de mquina picadora

Opcin 4:El transporte y la seleccin del bagazo de caa ser manual, as como la regulacin de la alimentacin. La potencia necesaria para el funcionamiento del sistema ser suministrada por un motor de corriente elctrica. El sistema de corte posee un rotor- soplador en forma de volante cuyas cuchillas estn dispuestas en radialmente. La transmisin de potencia desde el eje del motor hacia el rotor-soplador es directa.

Figura 3.6: Opcin 4 de mquina picadora

Evaluacin tcnico-econmicaUna vez detalladas las propuestas es necesario realizar una evaluacin tcnico- econmica de cada una de ellas. En la cual se califican varios aspectos, dependiendo de cmo satisfaga la propuesta siendo 1 malo y 5 excelente. A los puntos de comparacin tambin se les asignar un valor numrico de (1 a 3), dependiendo del grado de importancia que tenga respecto al desarrollo del proyecto, este valor ser denominado como factor de influencia, siendo: 1-importante, 2-muy importante y 3-imprescindible.

Tabla 3.4: Evaluacin Econmica

Evaluacin econmica

Puntos de evaluacinFactor de influenciaPuntaje (Pi)

Opcin 1Opcin 2Opcin 3Opcin 4Proy. Ideal

1Materiales244455

2Fabricacin343345

3Operacin244445

4Mantenimiento254445

5Produccin344445

TOTAL = ( Fi * Pi )5045455060

Coeficiente econmico = P total /

Puntaje ideal83757583100

Tabla 3.5: Evaluacin TcnicaEvaluacin tcnica

Puntos de evaluacinFactor de influenciaPuntaje (Pi)

Opcin1Opcin2Opcin3Opcin4Proy. Ideal

1Seguridad344445

2Rendimiento334345

3Costo de energa234445

4Facilidad de fabricacin234345

5Ergonoma244445

6Accesorios244245

7Facilidad de manejo244445

8Facilidad de montaje224355

9Lubricacin134445

10Mantenimiento134345

11Ruido134445

TOTAL = ( Fi * Pi )70847286105

Coeficiente econmico = P total / Puntaje ideal67806982100

Figura 3.7: Evaluacin de Propuestas

La seleccin ms adecuada no solo se basa en el mayor coeficiente tcnico y econmico, sino tambin entre el equilibrio que existe entre los dos. Interpretando los datos ponderados en el grfico se ha determinado que la opcin ms adecuada para el proyecto es la nmero 4.

De modo que nuestra mquina consta de las siguientes partes:

Seleccin del bagazo de caa en forma manual.

Introduccin manual del bagazo de caa.

Rotor-soplador en forma de volante con cuchillas dispuestas en forma radial y paletas sopladoras.

Contra-cuchilla estacionaria con dos apoyos.

Transmisin directa entre el eje del motor elctrico y el eje del rotor-soplador.

Transmisin por bandas entre el eje del motor y el eje del rotor.

3.3.Capacidad de la mquina.El parmetro fundamental que se requiere para iniciar el diseo de la mquina es la capacidad que tendr el mismo. En nuestro caso se busca satisfacer una necesidad especfica, para lo cual contamos con los siguientes datos:

Nmero de toneladas de caa de azcar cosechadas cada ao: 183 ton/Ha-ao.Nmero de hectreas de sembro de caa de azcar: 6Ha183

tonHa ao

* 6Ha 1100 ton aoSegn pruebas realizadas a la caa de azcar, pesndola antes y despus de extraerle el jugo; y confirmando dicho dato en el Manual del Ingeniero Azucarero, tenemos que el porcentaje de bagazo en la caa es de 25% y el 75% es jugo.

Teniendo en cuenta que el 25 por ciento de la caa de azcar corresponde al bagazo y que del total de la produccin un 35% del mismo ser destinado a la alimentacin del ganado, tenemos:

0.25 * 0.35 *1100 ton ao

96.25 ton aoLo que nos da 96.25 toneladas de bagazo de caa de azcar, correspondientes al 35%

de la produccin anual de bagazo.

Asumiendo que se har trabajar a la mquina 270 das al ao, 1 hora diaria, se requiere que la mquina pique aproximadamente 357 kg de bagazo de caa por cada hora.3.4.Determinacin de la resistencia al corte del bagazo de caa.Para hallar el valor de resistencia al corte del bagazo de caa, realizamos ensayos de corte en la mquina universal, con la diferencia de que el vstago fue cambiado por una cuchilla plana. As se trata de simular las condiciones en las que se realizar el corte en

la mquina picadora, para tener valores confiables de la resistencia del bagazo de caa de azcar.

La caa tiene una parte suave y una parte dura, los cortes se realizaron en la parte dura, teniendo en cuenta que debemos considerar la zona crtica para el diseo, pues en ella la resistencia es mayor. La caa no fue pelada antes de ingresar al trapiche.

El resultado obtenido del ensayo de resistencia al corte es1kgf / cm 2 (Anexo 1). Aun que se ha obtenido un valor experimental, no se puede llegar a un valor exacto de resistencia, debido a que no existe mayor informacin de las propiedades fsicas del bagazo de caa de azcar. Por ello partimos del valor obtenido en el ensayo.

3.5.Velocidad y potencia de corte.Velocidad de ingreso de las caasPara hallar esta velocidad partimos de la cantidad de bagazo de caa que se debe picar, es decir, la capacidad de la mquina.

El volumen de bagazo de caa de azcar a picarse a diario corresponde a:

V C

(1)

Donde;

V Volumen de bagazoC Peso del bagazo en funcin del tiempo (Capacidad) Densidad del bagazo de caa de azcar [6]kg357 3V h 1.785 m200 kg h m3

Teniendo en cuenta que el volumen del bagazo de una caa corresponde al 27.5% del volumen total de la misma (Anexo 2):

Medidas promedio de una caa:

Dimetro en la base: d = 6 cm

Altura: h = 250 cm

Vc 3 A.h4Vc 3 * 0.032 2.50m3 0.005301m34Vb 0.005301m3 * 27.5% 0.00146m3Vb = Volumen del bagazo de una caa

El operario ingresar aproximadamente 2 caas a la vez, por lo que el nmero de caas se reduce a la mitad. El nmero de caas que corresponde a la cantidad de bagazo a

picarse por cada hora es:1.785 mCaas V

h * 1 612 CaasVb 0.00146m3 2 hLa alimentacin del bagazo de caa hacia el rotor picador es manual, para lo cual es suficiente con un solo operario, el cual debe asegurar un ingreso constante del bagazo para que se cumpla con la cantidad de bagazo picado propuesto.

Para determinar la velocidad de ingreso de las caas tomamos en cuenta la longitud promedio de la caa que es a su vez la misma del bagazo, pues al ingresar la caa en el

trapiche sin pelarla, el bagazo conserva dicha longitud. N Caas L

Caas m mi

* p 612h

* 2,5h

1530hEs decir;

i 42.5 cm / sRelacin entre el numero de revoluciones vs. el nmero de cuchillas, en el rotor picador.Las cuchillas estarn dispuestas en el volante de tal manera que corten un centmetro a la vez por cada cuchilla.

Debido a que nuestro volante es rotor soplador hemos decidido colocar 3 cuchillas y 3 paletas sopladoras. Es decir, que cada cuchilla estar a 120 (2.0944 rad).

Mientras ms pequeos sean los trozos de bagazo picado mayor ser el consumo del mismo por el ganado. Entonces picaremos el bagazo en tramos de 0.5 cm.

0.5 cm0.5 cmabcFigura 3.8: Nmero de Revoluciones vs. Nmero de Cuchillas

El volante debe recorrer el tramo ab en el mismo tiempo que el bagazo de caa recorre

el tramo ab, para ello tomamos en cuenta que los tiempos son iguales, tenemos las siguientes ecuaciones:

ta 'b' /

ta 'b' tab

tab e /

Donde;

/ e / 1rev / 3cuchillas 2 / 3 2.0944 velocidad angulare 1cm 42.5cm / s2.0944

0.5cm42.5cm / s 178.02 rad segN 1700 RPMDimetro del volanteEl ancho del bagazo de la caa despus de pasar por el trapiche es de aproximadamente

9 cm, se ingresar dos a la vez. Adicionando 1.5 cm de holgura, a los extremos de las cuchillas, tenemos una longitud de la cuchilla de 19.5 cm. Adicionando a esta el valor del radio de la campana con una holgura adicional, tenemos un dimetro total del

volante de 24.5 cm.R24.519.5Figura 3.9: Dimetro del Volante

Torque de corte requeridoDe las pruebas realizadas en el laboratorio obtuvimos un valor de resistencia al corte de

6 kg/cm2. Teniendo en cuenta que ingresar el bagazo de dos caas a la vez y el rea comprimida promedio de bagazo por cada caa es 6.49cm2 entonces: el rea total de la boca por la cual ingresa el bagazo al volante picador es de 12.5 x 6.5 = 81.25 cm2, teniendo en cuenta que el rea del bagazo que se tomo en cuenta en los ensayos estuvo comprimida y que dicha rea no se llenar por completo durante la alimentacin del bagazo; tomamos un 20% del rea de la boca de alimentacin para motivos de clculo,

en consecuencia:Donde;

F Fuerza de corte

R F A

F R.AR Resistencia al corte del bagazo

A rea de corteF 1 kgf

2 * 6.49cm 2 c cm 2 Fc 12.98kgfEl radio medio del volante es de 14.75 cm, tomado desde el centro del eje hasta la mitad

de la longitud de la cuchilla.Potencia de corte

T Fc * rT 12.980.1475kgf .mT 1.91kgf .mCalculamos la potencia de corte en funcin del torque requerido y la velocidad angular

del volante.Pc

Pc T * N1.91kgf .m* 1700RPM 726.24Pc 4.5 hpEntonces

Pc 4.5 hp

es el valor de la potencia mecnica necesaria en el eje del rotor

para realizar el corte.

CAPITULO IVDISEO DE LOS ELEMENTOS DE LA MAQUINA4.1.Sistema de alimentacinEl bagazo de caa de azcar se colocar sobre la bandeja, la cual est dispuesta en forma horizontal, con una ligera inclinacin, de tal manera que facilite el ingreso del bagazo de caa hacia el rotor picador.

Bandeja de alimentacin:La forma de la bandeja de alimentacin deber asegurar el ingreso adecuado del bagazo hacia el rotor picador, para lo cual se toma una inclinacin en la bandeja de 10 de modo que se aproveche el peso del bagazo en la alimentacin.

Figura 4.1: Inclinacin de la bandeja de alimentacin

Una tolva est diseada de modo que es ms amplia en la entrada y estrecha a la salida, esto asegura una alimentacin uniforme, por lo que se toma este parmetro como base para que la forma de la bandeja de alimentacin sea similar a una tolva de alimentacin horizontal. El largo de la bandeja se establece en base al largo del bagazo de la caa, la longitud promedio de una caa es de 2.5 m, la cual al pasar por el trapiche pierde su forma y se fracciona por lo que el bagazo de caa, en su mayora, se encuentra en longitudes inferiores a 1m; por ello consideramos que la longitud de la bandeja no debe superar este valor.

El largo de cada cuchilla es de 19.5 cm, por lo que la boca de ingreso del bagazo hacia el rotor picador tendr 13cm de largo por 6.5 de alto, esto es para evitar que exista espacios donde la cuchilla no corte al bagazo.

Figura 4.2: Boca de alimentacin del bagazo de caa de azcar

En la parte superior de la bandeja de alimentacin est semicubierta, esto sirve para disminuir el efecto de flexin que se produce en el bagazo al contacto con las cuchillas durante el corte.

Para hallar una altura adecuada a la cual colocar la bandeja de alimentacin de modo que la alimentacin del bagazo se torne cmoda para el operario nos guiamos en el

Anexo 9, del cual tomamos

h 1m , dicha altura se mide desde la base de la mquinapicadora (suelo) hasta el extremo externo de la bandeja de alimentacin para que el operario no se esfuerce excesivamente durante el proceso de alimentacin del bagazo de caa de azcar.

El material de la bandeja debe ser resistente, pues debido a la humedad que el bagazo de caa tiene se crea un ambiente corrosivo. Y el clima donde va a trabajar esta mquina es hmedo. No debe tener mayor resistencia mecnica, pues el bagazo es liviano. Con estas observaciones tenemos:

Figura 4.3: Bandeja de alimentacin4.2.Cortador4.2.1.RotorTendremos 3 cuchillas dispuestas en forma radial, las cuales deben cortar el bagazo de caa en tramos de 0.5 cm.

Sern 3 paletas sopladoras, las cuales deben cubrir un barrido del espacio total entre el chasis y el rotor. De modo que el largo de las paletas ser de 20cm, que es igual al radio del volante menos el espacio que ocupa el radio de la manzana en el centro del volante.

Las paletas sern fijadas al volante mediante soldadura, pues no hay necesidad de que las mismas sean removibles. Mientras que las cuchillas estarn unidas al volante por medio de pernos, para facilitar el mantenimiento, pues se prevee la necesidad de afilar o cambiar las cuchillas en el futuro.

Una vez establecido en nmero de cuchillas y paletas sopladoras, debemos hallar las dimensiones adecuadas del volante, las cuales establecemos en funcin de la Energa Cintica y la Inercia del mismo.

[8] Se debe tener en cuenta que la densidad del material afecta tanto a la energa cintica como a la tensin del material, porque ambas son funcin de la masa y

del cuadrado de la velocidad. Por lo tanto, un material de alta densidad no es necesariamente mejor para un volante, su energa cintica mxima depende tanto de la masa como de la resistencia.

Se usa la ecuacin que rige los parmetros variables sobre volantes:Siendo:

I EC *W 2I Momento de inercia del volante

E E2 E1 Variacin de energa cintica Cs Coeficiente de fluctuacin de velocidades W Variacin de energa

El coeficiente de fluctuacin de velocidades depende del tipo de mquina, el valor adecuado depende de la decisin del ingeniero basado en la experiencia. Se toma un valor de Cs 0,8 , Anexo 7.

El volante es un elemento giratorio que acta como depsito de energa cintica, que est dada por la frmula:

E 1 * I *W 22El material del que estar hecho en volante es AISI 1045 y el dimetro del volante se estableci en 49 cm. Estos son los nicos datos que se conoce para el diseo del volante, por lo cual se usa un mtodo iterativo imponindose distintos espesores para el clculo de la masa:

Tabla 4.1: Variacin de la energa cintica

EspesorVolumenMasaInerciaE

e (m)m3m (kg)I (kg*m2)(kgf*m)

0,0040,000745,8000,17412,624

0,0060,001118,7010,26118,936

0,0080,0014811,6010,34825,247

0,0100,0018514,5010,43531,559

0,0120,0022217,4010,52237,871

0,0140,0025920,3010,60944,183

0,0160,0029623,2020,69650,495

0,0180,0033326,1020,78356,807

0,0200,0036929,0020,87063,118

Se toma el valor de 12mm de la tabla, en referencia a que se requiere 1.91 kgf.m de torque para realizar el corte de la caa. El valor de torque con el que va a trabajar la mquina debe superar el valor requerido para el corte, adems durante el arranque se requiere de una potencia mayor, por ello definimos el espesor del volante inercial en , pues en el mercado se encuentra planchas de acero de esta dimensin.

El volante debe tener aberturas que permitan pasar al bagazo de caa de azcar para que el mismo sea picado.

Figura 4.4: Base del volante de inercia4.2.2.CuchillasLas cuchillas tendrn una forma que permita fijarlas al volante por medio de tornillos y una inclinacin que asegure el corte del bagazo de caa en las dimensiones establecidas.

Para el diseo del filo de las cuchillas nos basamos en el funcionamiento del cizallado, el cual se evidencia en el esquema de la Figura 4.5. Donde los elementos son los siguientes:

1) Cuchilla

2) Bagazo

3) Contra cuchilla

a)b)

c)

Figura 4.5: Funcionamiento del cizallado a) Entallar, b) Corte y c) Desgarre.

El ngulo de corte de la cuchilla es de 21. El cual permite que se realice el cizallado entre la cuchilla y la contra cuchilla.

Figura 4.6: ngulo de corte de las cuchillas.

Se ha dispuesto que se fije mediante tornillos para que las cuchillas puedan ser cambiadas cuando se requiera y afiladas de igual manera, de modo que se facilite el mantenimiento de la mquina.

Figura 4.7: Cuchilla y contra cuchilla.4.2.2.1.EspesorPara determinar el espesor de las cuchillas tomamos en cuenta la fuerza de corte requerida para el bagazo de caa de azcar que es igual a 12.98 kgf.

Las dimensiones de largo y ancho de las cuchillas quedaron establecidas de la siguiente manera:

Figura 4.8: Dimensiones de la cuchilla

Utilizando la teora del esfuerzo cortante mximo, se tiene:S sy 0.577 S y

6 N S sy 0.577 235 *10

m 2 S sy

135.6 *106 Nm 2Con un factor de seguridad de 5, el esfuerzo cortante mximo ser: max

S syn135.6 *106 N max

m 2

5 max

27 *106 Nm 2 maxe

FcAFc

Fch * eh * maxe

1525 N0.076m * 27 *106 * Nm 2e 0.8mmEl espesor de diseo nos indica un valor muy pequeo, por lo cual en base a la dureza

de la caa establecemos el mismo en .

4.3.Sistema de transmisin por correa abiertaEl sistema de transmisin inicia con el motor elctrico, que es el encargado de proporcionar la potencia necesaria para el funcionamiento de la mquina.

4.3.1. Seleccin del motorPotencia corregidaPara hallar la potencia de diseo se debe multiplicar la potencia calculada por un factor de servicio. Esto se lo hace para prevenir fallas debido a golpes, vibraciones o tirones; dicho factor aumenta la potencia a transmitir para obtener la potencia de diseo que considera las caractersticas de trabajo de la mquina y el motor utilizado.

PD C1 * PcObtenemos el valor de

C1 1 de la Tabla del Anexo 4, sabiendo que se trata de unamquina picadora y que trabajar con un motor elctrico con carga ligera.

PD 1* 4.5 HpPD 4.5HpEl motor se lo selecciona en funcin de la potencia requerida y el nmero de revoluciones por minuto. Para hallar la 4potencia del motor elctrico, adems de considerar el factor del sistema de transmisin, se debe tener en cuenta la eficiencia del mismo; pues estos dos parmetros afectan la potencia que se trasmite desde el motor

hacia el rotor.P PDm nDonde;

Pm

mPotencia del motor

NM 0.923

Eficiencia del motor[7]

P 4.5 hpm 0.923Pm 4.88 hpSe requiere de un motor de

4.88 hp y 1700 RPM , al aproximar los valores calculadosa los que se encuentran en el mercado se tiene un motor de 5 hp y 1745 RPM .

4.3.2. Seleccin de bandasComo parmetros base para la seleccin del sistema de transmisin se tiene un nmero de revoluciones por minuto del motor elctrico igual a 1745 RPM y para el eje del rotor picador de la mquina se requieren 1745 RPM y el valor de la potencia de diseo es de

4.5 hp . Entonces;

PD 4.5HpN1 1745 RPM N 2 1745 RPMCon los valores de la potencia de diseo (hp) y la velocidad de la polea pequea (RPM), se determina que el perfil de la correa es tipo A, dato obtenido en el grafico del Anexo 5.

4.3.2.1. Relacin de transmisin (k)Para un sistema de transmisin por bandas o correas, la relacin de transmisin no debe exceder 6:1.

k N1N 2k 1745 117454.3.2.2. Dimetros primitivos de las poleas ( D1 y D2)Para la seleccin del dimetro primitivo de la polea menor se utilizar como gua las tablas a y b, ubicadas en el Anexo 6. La tabla a indica un parmetro basndose en la potencia y la velocidad angular, del cual se obtiene un dimetro primitivo

D1 7.62 cm 3 p lg. La tabla b en cambio basa su eleccin en el ngulo de gargantay el tipo de perfil de la correa, dando como resultado un rango de posibilidades para D1de 125 mm.Con estas bases podemos definir nuestro dimetro primitivo de la polea menor enD1 17.78cm

(7 p lg) .

Se calcula D2

en funcin de la relacin de transmisin y el dimetro de la polea menor:

k N1N 2

D2D1D2 k * D1D2 1*17.78cm 17.78cm4.3.2.3. Distancia entre ejes ( I )Se debe establecer la distancia entre ejes para determinar la geometra de la mquina, considerando los lmites que dicen que la distancia entre centros no debe exceder de 3 veces la suma de los dimetros de las poleas, ni ser menor que el dimetro de la polea ms grande; es decir:

D2 I 3D1 D2 17.78cm I 317.78 17.78cm17.78cm I 106.68cmEn este caso no se tiene un valor de I preestablecido o limitado, por lo que el valor

mnimo se puede determinar con la siguiente frmula:k 1DI 1 D

cm21 1*17.78I 2

1 17.78

(cm)I 35.56 cmEl valor mnimo de la distancia entre ejes es de 35.56cm, por la configuracin de nuestra mquina establecemos el valor de I en 64cm.

4.3.2.4. Longitud primitiva de la bandaSe debe hallar la longitud primitiva de la banda para el sistema de transmisin, en funcin de la distancia entre ejes y los dimetros de las poleas.

L2I

1.57 D

D D2 D1 mm2 1 4IL 2I 1.57 177.8 177.8 177.8

177.8mm4IL 2640 1.57 177.8 177.8 mmL 1838.3 mmHoy en da se tiene la facilidad de comprar la banda en cualquier tamao deseado, de modo que no es necesario ubicar una banda fabricada a nuestras necesidades.

4.3.2.5. Arco de contactoEl arco de contacto se calcula de acuerdo al tipo de transmisin, en nuestro caso es de banda abierta, para lo cual se tiene;

180 57 D2 D1IEl arco de contacto de la polea ms pequea no debe ser menor de 120. Para este caso la relacin de transmisin es de 1, por lo que se elimina el segundo trmino de la frmula y se tiene un ngulo de contacto de 180.

4.3.2.6. Potencia transmisible por bandaPa Pb Pd * C * CIPb es la potencia en CV que la banda transmite en hipotticas condiciones de trabajo,que son: k 1 , D1 D2 , 180 y longitudes primitivas estndar.Pd es la prestacin diferencia en CV, esta es mayor que Pb

pues en condiciones reales

puede ser que k sea diferente de 1.

Con estos valores se calcula la prestacin actual puede transmitir la banda en condiciones reales.

Pa , que ser la potencia en CV que

De la tabla del Anexo 12, obtenemos los valores de Pb

en funcin de N y D2 , y

Pd enfuncin de N y k.Y en las tablas del Anexo 8, los valores de

respectivamente.

C y CI ,

Pa (3.9 0)11.0 CVPa 3.9 CV 3.84 HP4.3.2.7. Determinacin del nmero de bandasPara determinar el nmero de bandas se usa la siguiente frmula:

N b

4.53.84N b 1.17En este caso se obtiene un valor menor a 5, en cuyo caso si la parte decimal del cociente es menor del 10% se toma el entero; si sobrepasa el 10% se toma el entero superior. Se

requiere dos bandas.4.3.2.8. Velocidad de la bandaLa velocidad tangencial de la banda est dada por:

0.052 * D2 * N 2

m V D2 en mm y

N 2 en RPM.

1000

s 0.052 *177.8 *1745

m V 1000

m

s V 16.25 s La velocidad V no debe sobrepasar en caso extremo los 30 m/s. Para las correas se debe tener en cuenta:

Las correas con el tiempo se estiran por ello hay que preverr que la distancia entre centros sea ajustable, por ello la base del motor estar hecha con huecos chinos.

La longevidad de las bandas est entre 1000 hasta 5000 horas. En funcin del tiempo previsto de trabajo de la mquina, estas deben cambiarse cada 3 aos.

La velocidad perifrica debe estar en el rango de 5 a 25 m / s .

Las poleas deben balancearse dinmicamente para velocidades superiores a

25 m / s .

4.3.3.Seleccin de las poleasLos dimetros de las poleas ya han sido elegidos, las poleas pueden fabricarse o seleccionarse de un catlogo; en este caso se pediran poleas de 7 de dimetro, doble canal para bandas tipo A.

Figura 4.9. Sistema de transmisin

4.3.4.Tensiones en las poleasPolea motriz

m La velocidad de la banda es V 16.25 s Mientras que las tensiones estn dadas por la siguiente frmula:F1 e fF2Donde: F1 Fuerza en el lado tenso

F2 Fuerza en el lado flojof Coeficiente de friccin ngulo de contactoEl coeficiente de friccin se obtiene de la tabla del Anexo 9,

ngulo de contacto es de 180.

f 0.4

y el

F1 e 0.4 3.141 6F2F1 .51F2Con la frmula de la potencia se tiene:

P F.VP F1 F2 * V 746P en HP y V en m/s.

F F

* 16.255 1

2746F1 F2 229.54NRealizando un sistema de ecuaciones:

F1 91.45 N F2 320.99NTorque producido en la poleaT F.RF F * D T 1 22320.99 91.45* 0.1778T 2T 20.41 N.mPolea conducidaDebido a que el ngulo de contacto es de 180 en cada polea, pues la relacin de transmisin es de 1, se conservan los valores de fuerza de la polea motriz en la

polea conducida.F1 91.45 N F2 320.99N4.4.Eje del rotor.El material del eje es acero AISI 1020 Laminado en fro, cuyas caractersticas son:Resistencia a la fluencia

Sy 37 kpsi 2606.8

kg.cm 2Resistencia a la tensin

Sut 68kpsi 4792.1

kg .cm 2Se tiene un bosquejo de los elementos que irn montados en el eje del rotor, que son: el volante, una polea y dos chumaceras. Donde se tienen las siguientes fuerzas:

Wv 25kgFc 155.6kgW p 4kgEn los siguientes grficos se muestran cmo actan estas fuerzas sobre el eje en los

distintos planos:

Figura 4.10: Diagrama de fuerzas en el plano XZ.

Figura 4.11: Diagrama de fuerzas en el plano XY.

De donde se obtienen las siguientes fuerzas:RAY RBY RAZRBZ

19.02kg 61.08kg 118.6kg 66.01kg

Figura 4.12: a) Diagrama de fuerzas cortantes y b) Diagrama de momentos flectores en el plano

ZX.

Figura 4.13: a) Diagrama de fuerzas cortantes y b) Diagrama de momentos flectores en el plano

YX.

Figura 4.14: Diagrama de torque en el eje

De los diagramas de momentos se obtiene los momentos en los puntos crticos, los cuales son B

y C:M B 401.3kg.cm

M C 840.81kg.cmEl punto que est expuesto a mayor flexin es C.

El esfuerzo de flexin es:

32M f .D3Dnde:

D = dimetro del eje = 1plg = 2.54 cm

M = momento flector mx.= 840.81 kgf.cm 522.64 kgf cm2El esfuerzo por torsin es:

16.T f .D3

kgf f 64.74 cm2Dnde:

T = momento torsor

Figura 4.15: Fluctuacin de los esfuerzos max min

522.54 0 kgf

261.27 kgf fa 2 fm 0

2 cm2

cm2Ecuacin de esfuerzos combinadosSegn Von Mises H. eqa

fa

2 3

ca eqa fa

kgf eqa 261.27 2cm eqm

fm

2 3

cm eqm

3 Tm

2kgf eqm 112.13 2cmLmite de fatiga:

Se ka .kb .kc .kd .ke .Se'Dnde:

ka 0.85

Para laminado en caliente.

k 1.189d 0.097 1,1289510.097 0.81kc 0.897kd 1

Para una confiabilidad de 0,90.

k f qKt 1 1

q 0.85

Para r = 0,08plg

Kt 1.85

Para

D 1.8dk f 0.85* 1.85 11 1.72ke

1 1k f 1.72ke 0.58kg Se 0.85 * 0.81* 0.897 *1* 0.58 * 0.5 * 3800 cm2Se 680.58 kg cm2De la aplicacin del criterio lineal de Soderberg se tiene:

eq a eq m 1Se Sy n261.27 112.13 1680.58

3800 nRemplazando se tiene n:

n 2.4Se debe tener en cuenta que el bagazo de la caa de azcar tiene zonas muy duras, por lo que se espera que el valor de n sea alto, procurando de esta manera que el mismo tolere fuerzas superiores a las establecidas en el diseo.

4.5. Seleccin de chumacerasd 2.54cmN = 1745 rpmRAz

118.6 kg * uDondePara acero-acero lubricado.RAz

11.86KgFr

RAy

RAzFr

(19.02Kg) 2

(11.86Kg) 2

22.41kg 219.66NCarga radial equivalente: Fa = 0

P0 = X0.Fr + Y0.Fa

X0 = 1

P0 = Fr

Capacidad bsica de cargaCR

f Lf n . f H

.FrDel catlogo de rodamientos se tiene:

fL = 2,71 para 10000 h, como vida suficiente. fn = 1.03 para 30 min-1fH = 1

fS = 1.5 para exigencias elevadasRemplazando en la ecuacin para CRCR 578N

se tiene:

La cual es la carga dinmica requerida.

La carga esttica requerida C0C0 fS *P0 fS * FrC0 329.49NPara estas cargas y el dimetro del eje se selecciona una chumacera UPC 211 FBT 1.

Figura 4.16. Chumacera

4.6.Clculo y seleccin de chavetas.Segn recomienda el libro de Shigley, se debe considerar el espesor de la chaveta de del dimetro del eje, y que las fuerzas se distribuyen de manera uniforme,

aunque no se cumple porque la realidad es que en un extremo es mayor que el otro.

Figura 4.17: Eje con chavetero

Con el dimetro del eje de 25.4 mm en el Anexo 11, obtenemos los siguientes datos de la chaveta:

b 8mmh 7mmz 0.3mmY una longitud sugerida de 20 a 70 mm.

La chaveta ser construida de acero de transmisin cuyas caractersticas son:

Sy 235MPaEl torque producido por la polea es de:

T 20.41N.mDeterminamos la fuerza de torsin:

F TrF 20.41N.m0.0127mF 1607.1NPor la teora de la energa de distorsin, la resistencia al cortante es:

Ssy 0.577SySsy 0.577 * 235MPaSsy 135.6MPaLa falla por corte a travs del rea longitudinal originar un esfuerzo:T Ft * LSustituyendo el torque por la resistencia dividida entre el factor de seguridad, resulta:L F * nSsy * tL 30mm

Figura 4.18: Representacin de medidas de una chaveta

Para las dimensiones del chavetero respecto a las dimensiones de la chaveta se deja una tolerancia de -0.04. Guindonos en la tabla siguiente:

TABLA 4.1: Seleccin del Chavetero

4.7.BastidorEl material con el que estar conformado el bastidor debe ser resistente a la corrosin, pues se tendr un ambiente hmedo y clido. El bastidor cubrir bsicamente el rotor. Tambin es importante la cavidad por la cual ser expulsado el bagazo picado, pues su forma debe facilitar la salida del mismo.

Figura 4.19: Bastidor

4.8.Diseo de la estructura de soporte.La estructura tendr como parmetro de diseo el peso de los distintos elementos de la mquina que van montados sobre ella, los cuales son considerados como carga muerta debido a que permanecen constantes en magnitud y posicin. Este anlisis ser esttico,por ello debemos tener en cuenta un factor de seguridad alto.Peso del eje del volante:4kg

Peso de