Extractor de Miel

8/20/2019 Extractor de Miel

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INSTIT

ESCUELA SUPERIO

“MÁQUINA VER

BARRA

HERN N

M. EN C.

ING. CAR

TO POLIT CNICO NACIONAL

DE INGENIER A MEC NICA Y EL

NDAD AZCAPOTZALCO

TESIS:

ICAL PARA LA EXTRACCI N DE

PRESENTAN:

AS HURTADO JOSÉ EDUARDO

EZ GUADARRAMA ALEJANDRO

DIRIGEN:

LUIS ENRIQUE SOTO MUCI O

OS ADRIÁN AMEZCUA MAGAÑA

CTRICA

IEL”

BRIL 2013


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“A mi madre quiensiempre me ha

apoyado, y que sin suguía no habría llegadohasta este punto, ungran ser que el cielome dio la dicha de

conocer”

Gracias.

“A todos aquellos queme brindaron su apoyo

y a los que no lo

creyeron posible,sobretodo a esos seresmaravillosos que son

mis padres”

Mil gracias.


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IV

ÍNDICE GENERAL

RESUMEN ..................................................................................................................... IX

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... - 11 -

PROTOCOLO DE TESIS .......................................................................................... - 14 -

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................... - 15 -

OBJETIVO GENERAL ........................................................................................... - 16 -

OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................. - 16 -

JUSTIFICACIÓN .................................................................................................... - 16 -

CAPÍTULO I ESTUDIO DEL ESTADO DEL ARTE ............................................. - 18 -

1.1 CONTEXTO HISTÓRICO ............................................................................ - 19 -

1.1.1 En América ............................................................................................ - 20 -

1.1.2 En Europa .............................................................................................. - 20 -

1.1.3 En Grecia ............................................................................................... - 21 -

1.1.4 En Roma ................................................................................................ - 21 -

1.1.5 En Egipto ............................................................................................... - 21 -

1.2 CONTEXTO TECNOLÓGICO ...................................................................... - 22 -

1.2.1 Métodos Rudimentarios ......................................................................... - 23 -

1.2.2 Prensado ............................................................................................... - 24 -

1.2.3 Centrifugado .......................................................................................... - 25 -

1.3 CONTEXTO SOCIAL ................................................................................... - 27 -

1.4 CONTEXTO NORMATIVO ........................................................................... - 29 -


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7/124

VI

3.2.3 Diseño de la programación ....................................................................... - 77 -

3.3 DISEÑO DEL SISTEMA DE SEGURIDAD ...................................................... - 78 -

3.3.1 Elementos de detección ............................................................................ - 79 -

3.3.2 Lineamientos de regulación ...................................................................... - 80 -

3.4 DISEÑO DE INGENIERÍA INDUSTRIAL ......................................................... - 81 -

3.4.1 Ergonomía ................................................................................................. - 81 -

3.4.2 Estética ..................................................................................................... - 82 -

3.5 INTEGRACIÓN DE TECNOLOGÍAS ............................................................... - 82 -

3.5.1 Ensamble de partes .................................................................................. - 83 -

3.5.2 Funcionamiento preliminar ........................................................................ - 84 -

3.6 MANTENIMIENTO DEL SISTEMA .................................................................. - 84 -

CAPÍTULO IV ANÁLISIS ECONÓMICO ................................................................... - 86 -

4.1 COSTOS DEL PROYECTO. ............................................................................ - 87 -

4.2 PUNTO DE EQUILIBRIO. ................................................................................ - 89 -

ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................... - 95 -

Conclusiones ......................................................................................................... - 96 -

Recomendaciones ................................................................................................. - 97 -

FUENTES DE INFORMACIÓN ................................................................................. - 98 -

Bibliográficas ......................................................................................................... - 99 -

Manuales, folletos y revistas .................................................................................. - 99 -

Webgráficas ........................................................................................................... - 99 -


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VII

GLOSARIO .............................................................................................................. - 100 -

Glosario de términos ............................................................................................ - 101 -

Glosario de abreviaturas ...................................................................................... - 105 -

ANEXO 1 PLANOS DEL SISTEMA ..................................................................... - 107 -

ANEXO 2 MANUALES, FOLLETOS Y REVISTAS ............................................. - 117 -

ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS

Figura 1.1 Batea para la extracción de miel por medio de gravedad ..................................................... - 23 -

Figura 1.2 Prensa para la extracción de miel .......................................................................................... - 24 -

Figura 1.3 Extractor de eje horizontal, capacidad 120 cuadros .............................................................. - 26 -

Figura 1.4 Extractor de eje vertical, capacidad 12 cuadros .................................................................... - 27 -

Figura 2.1 Carcasa Exterior. ................................................................................................................... - 33 -

Figura 2.2 Bastidor para el soporte de cuadros de miel. ........................................................................ - 33 -

Figura 2.3 Sistema de transmisión, impulso manual .............................................................................. - 34 -

Figura 2.4 Panel de control. .................................................................................................................... - 35 -

Figura 3.1 Interacción entre la mecánica y el control.............................................................................. - 42 -

Figura 3.2 Vista frontal de un cuadro de miel ......................................................................................... - 44 -

Figura 3.3 Modelado del diseño del bastidor. ......................................................................................... - 47 -

Figura 3.3 Modelado del diseño de la carcasa exterior .......................................................................... - 48 -

Tabla 1. Selección del factor de servicio. ................................................................................................ - 53 -

Tabla 2. Recomendaciones para la selección del tamaño de perfil en correas estrechas. .................... - 54 -

Tabla 3. Recomendaciones para la selección del tamaño de perfil en correas normales...................... - 54 -

Tabla 4. Valores recomendados de diámetro primitivo mínimo para poleas. ......................................... - 55 -


9/124

VIII

Tabla 5. Valores del coeficiente del ángulo de contacto. ........................................................................ - 59 -

Tabla 6. Valores de potencia adicional para la correas tipo 3V. ............................................................. - 59 -

Figura 3.4. Dimensionamiento para perfil de correas tipo B ................................................................... - 60 -

Figura 3.5. Modelado de las poleas. ....................................................................................................... - 61 -

Figura 3.6. Propuesta de dimensionamiento para el árbol de transmisión. ............................................ - 62 -

Figura 3.7. Modelado del árbol de transmisión. ...................................................................................... - 63 -

Tabla 7. Propiedades mecánicas del acero 304. .................................................................................... - 64 -

Figura 3.8. Modelado de las chavetas. ................................................................................................... - 70 -

Figura 3.9. Modelado de la canasta. ....................................................................................................... - 71 -

Figura 3.10 Variador de frecuencia para motores trifásicos. .................................................................. - 73 -

Figura 3.11 Diagrama de bloques del variador de frecuencia. ............................................................... - 74 -

Figura 3.12 Convertidor de frecuencia CFW 10 EASYDRIVE. ............................................................... - 75 -

Figura 3.13 Diagrama de control eléctrico. ............................................................................................. - 77 -

Figura 3.14 Ensamblaje del nuevo sistema. ........................................................................................... - 83 -

Gráfica 1. Reflejo del punto de equilibrio del sistema HE-001. ............................................................... - 90 -

Gráfica 2. Gráfica que muestra el punto de equilibrio en el escenario “A”. ............................................ - 93 -

Gráfica 3. Gráfica que muestra el punto de equilibrio en un escenario “B”. ........................................... - 94 -


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IX

RESUMEN


11/124

X

La producción agropecuaria es de suma importancia para las economías

modernas, pues es gracias a estos productores que se generan cada vez más

ingresos.

No obstante, estos productores se ven afectados por la carencia de procesos de

calidad, pues todos realizan sus procesos por medios rudimentarios, los cuales

cada vez presentan más perdidas, ya sea de capital o de producto final.

Es por esto que debemos dar un vistazo a la situación actual en el campo de

producción agropecuaria, para ir de la mano con los productores apoyándolos en

la mejora de sus procesos.

Dicha mejora, presenta el reto de diseñar, presentar y generar sistemas

automatizados que puedan sustituir los métodos tradicionales de producción conel fin de dar a los productores la confianza de saber que todos sus procesos son

de la más alta calidad y lo más importante, que sepan que ya no presentaran

perdidas y que sus tiempos de producción serán reducidos considerablemente.

Para la elaboración de la presente obra, se ha empleado la metodología RESO; la

cual, apoyó de gran manera para esto; siendo esta la estructura principal de esta

obra. Dicha metodología menciona que a lo largo de la estructura del presente se

deben desarrollar a modo de capítulos los siguientes puntos:

• Estudio del Estado del Arte. El cual busca integrar todos aquellos Contextos

que apliquen para desarrollar el Proyecto, éstos contienen información del

tipo histórico, tecnológico, ambiental, normativo-legal, organizacional,

geográfico, político, cultural, entre otros.

• Análisis del sistema actual. La finalidad de éste es llevar

metodológicamente al Equipo de Trabajo a la búsqueda tanto de la

problemática delimitada como el dictar la solución a desarrollar.

Diseño del nuevo sistema. Como el nombre lo indica en este se presenta lasolución a la problemática, la cual se realiza desarrollando el Diseño Mecánico, elDiseño de Control, la Cibernética del Sistema, los Cambios y Ajustes,Funcionamiento, Mantenimiento, Entrenamiento y Capacitación.


12/124

- 11 -

INTRODUCCIÓN


13/124

- 12 -

En tiempos modernos de competencia mundial y globalización, la generación de

productos alimenticios de excelente calidad promueve a los productores

agropecuarios, generándoles un alza en sus ingresos y un aporte a la sociedad de

alto impacto.

Es por eso que para generar dicho aporte, los productores agropecuarios deben

contar con el equipo necesario para poder llevar a cabo la generación de sus

productos; desafortunadamente, se está pasando por un momento en que la calidad

de los productos alimenticios que se consumen deja mucho que desear.

Así pues, con un deseo de ayudar en la mejora de la producción de dichos

productos, se ha llevado a cabo la realización de este trabajo, el cuál esta destinado

a apoyar a los productores apícolas, pues son estos los que lo requieren más.

El presente trabajo consta de un equipo que apoye a los productores en la

generación del producto que venden; el cual esta pensado para dar al apícola una

mayor generación del producto final y así mismo estar dentro de los parámetros de

calidad, normas y leyes aplicables.

Antes de pensar en un equipo funcional, hay que conocer lo mejor posible el

producto con el que trabajará (la miel), esto se aborda en el Capítulo I, el cuál tiene

como función darle a conocer al lector todos los datos históricos, tecnológicos y

sociales que mas impacto han tenido, abordando así la evolución que se ha tenido

en el manejo y la generación de la misma, es decir, su extracción.

El siguiente capítulo hace mención de los sistemas actuales que se emplean para la

extracción de la miel, para lo cual es necesario hacer un diagnóstico y un análisis de

los mismos, abordando su estructura, sistemas de impulsos, de control y de

seguridad, pues estos pueden servir de guía para el desarrollo del equipo ya

mencionado.

A su vez, se realizará un diagnostico al sistema que se ha pensado para desarrollar

dicho equipo y se seleccionará la problemática que este cubrirá.

En el capítulo III, se aborda el diseño del equipo, desarrollando el diseño mecánico,

es decir, la forma que este tendrá y de cuantas partes se conforma; del mismo modo,


14/124

- 13 -

se desarrollará el sistema de control eléctrico, un sistema de seguridad eficiente para

evitar cualquier tipo de accidentes y/o percances que puedan llegar a ocurrir y un

diseño de ingeniería. Así mismo, se ha pensado explicar de forma clara al lector

como es que se integran las tecnologías actuales en dicho equipo.

El capítulo IV presenta un análisis económico que se realizó, es decir, se evaluaron

los costos de producción del equipo y de los componentes del mismo; así mismo se

estudia el punto de equilibrio, donde se presenta la situación económica a la que se

enfrentan los productores para su generación y dos escenarios generados con la

marcha del equipo, así como las ganancias de los productores y el tiempo en el que

recuperar su inversión.

Las resultados del equipo se presentan en el apartado de análisis de resultados,

donde se presentan las conclusiones de la obra y las recomendaciones sobre el

equipo para futuras ocasiones que se realice un estudio similar.

Por último en el apartado de anexos, se presentan todos los planos de ingeniería, es

decir, los planos del diseño de todos los componentes del equipo, los planos de

control eléctrico y todos los manuales y normas que sirven de apoyo para la

realización del presente.


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- 14 -

PROTOCOLO DETESIS


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- 15 -

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Durante las últimas décadas las demandas de calidad alimenticia internacional han

venido exigiendo a los apicultores un aumento en la calidad de sus producto; los

niveles de calidad del producto final que estos ofrecen se ve directamente influido por

el método y la maquinaria que se utilice para la extracción de la miel.

Siendo el caso que en la asociación de apicultores de Santa Rosa,Hidalgo, no

cuentan con una maquinaria capaz de realizar una correcta extracción del producto

final, en algunas ocasiones dicho proceso se lleva a cabo por métodos rudimentarios

o maquinarias arrendadas cuya eficiencia no es la adecuada, y el mantenimiento de

las mismas ha sido escaso, afectándose así la calidad del producto que se pretende

comercializar.

En otro caso se ha visto que los apicultores intentan y pocas veces consiguen

adquirir maquinaria extranjera capaz de realizar una buena extracción de la miel.

Aunque estas maquinas son altamente eficaces en el proceso que realizan,

representan un costo bastante elevado para los apicultores, un gasto cuya

recuperación tarda un periodo considerable de tiempo. Y generalmente antes de

conseguir recuperar la inversión de estas maquinasya requieren mantenimiento, lo

cual representa otro gran obstáculo para los apicultores, debido a que los repuestosde estas maquinas no son de fácil acceso en el territorio nacional y así mismo las

personas que manejan estos equipos no tienen los conocimientos o la capacitación

para realizar el mantenimiento de estos equipos.


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- 16 -

OBJETIVO GENERAL

Desarrollo de una máquina capaz de la óptimaextracción del producto de los cuadros

de miel contenidos en los colmenares

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Llevar el diseño de la máquina de tal forma que cumpla las normas de calidad

requeridas hacia los apicultores y cumplir con la normativa sanitaria para el

consumo alimenticio.

• Elaborar un diseño para la etapa de recolección del producto posterior a suextracción de los cuadros de miel, dicho diseño deberá reducir las pérdidas

actuales del producto final.

• Implementar un sistema de control de tiempo y velocidad, para realizar los

cambios que lleguen a ser necesarios en la extracción de miel.

• Proponer un diseño de bajo costo que sea accesible para los apicultores y que al

mismo tiempo cumpla con las características de calidad.

JUSTIFICACIÓN

La idea de desarrollar este estudio nace de la necesidad de contar con una máquina

que permita llevar a cabo el proceso productivo de extracción de miel en la

comunidad apícola de Santa Rosa,Hidalgo de forma eficaz y eficiente.

Dicha necesidad va encaminada a su vez con las normas de calidad que ahora les

son exigidas a los apicultores para poder comercializar su producto a nivel

internacional, es por esto que es de suma importancia llevar el diseño de forma que

se ajuste a las normas sanitarias para el consumo alimenticio.


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- 17 -

Así mismo la maquina debe de contar con un sistema de control de tiempo y

velocidad que le permita ajustar estas variables en cada ciclo de extracción,

dependiendo de las necesidades que tenga el apicultor. El hecho de llevar un control

ajustable es debido a que en diferentes momentos del año existe una demanda

diferente del producto.

Pero no se puede dejar de lado la cuestión monetaria del diseño de esta

máquinaporque este es uno de los puntos principales para los apicultores, pues no

cuentan con el suficiente recurso monetario para adquirir maquinaria de origen

extranjero, es por esto que el diseño de esta propuesta de máquina pretende

solucionar los principales problemas de la comunidad apícola de Santa Rosa,

Hidalgo; esta debe desarrollarse al costo más bajo posible sin perder de vista los

puntos anteriores de calidad, eficiencia y eficacia.

Por último se debe poner un cuidado especial en la etapa de recolección del

producto posterior a su extracción ya que ni las maquinarias de importación cuentan

con un sistema tan eficaz pues presentan sistemas que aun tienen una considerable

pérdida de producto;serátambién de vital importancia cuidar este aspecto para

reducir en gran medida las pérdidas de producto y así aumentar la rentabilidad de

esta actividad económica


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- 18 -

CAPÍTULO IESTUDIO

DEL ESTADO DEL

ARTE


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- 19 -

La miel es un producto natural que tiene su origen en una secreción azucarada de

las flores y de otras partes ajenas a dicha flora. En el primer caso, la miel se

denomina floral y en el segundo se llama miel de mielada. La duración de la miel es

el resultado complejo de una serie de interacciones al interior de la colmena, que

dependen del número de abejas que intervienen, lo mismo que de la fortaleza de lacolmena y del volumen de néctar recolectado. A medida que es mayor el número de

abejas involucradas en la celda, mayor es el grado de deshidratación o maduración

que adquiere la miel y mayor es su contenido de enzimas [13].

Existen diferentes tipos de miel que dependen fundamentalmente de las

características del néctar de las flores o de otras excreciones vegetales o animales

que abundan en la zona donde las abejas realizan su trabajo. A grandes rasgos la

miel puede ser clasificada en tres tipos:

a) Miel multiflora:Es aquel tipo de miel formada a partir de muchas flores,

ninguna de las cuales puede considerase como la de mayor proporción

b) Miel monofloral: Es aquella en cuya composición abunda principalmente una

especie concreta de flor, cuyo polen resulta predominante.

c) Miel de mielada o miel de bosque: es aquella que no está forma a partir de las

flores, sino a partir de las secreciones de ciertas plantas o de las secreciones

de ciertos animales que ingieren la savia de las plantas.

1.1 CONTEXTO HISTÓRICO

La apicultura nace cuando el hombre intenta conocer el mundo de las abejas.

Si se analiza etimológicamente la palabra apicultura,se puede observar que proviene

del latín Apis (abeja) y Cultura (cultivo), es decir, la ciencia que se dedica al cultivo

de las abejas o a la cría de las abejas, ya que se trata de animales [12].


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- 20 -

1.1.1 En América

En América no existían las distintas especies del género Apis, y las culturas

establecidas en la zona utilizaron las abejas sin aguijón, o sea las llamadas

meliponas.

La historia de la apicultura maya es sumamente interesante y muy representativa del

resto del área mesoamericana. Los mayas cortaban los troncos en donde existían

panales, los transportaban al alero de su vivienda y los cuidaban hasta el momento

de la cosecha.

Con la llegada de los españoles a América, la apicultura fue considerada como

monopolio real y exclusivo de España con su abeja europea o Apis melífera. No

obstante debido a las actividades religiosas surgió una fuerte demanda de la cera deabeja, utilizada para fabricar velas. Desafortunadamente, con la introducción de la

caña de azúcar y el desarrollo de grandes haciendas azucareras en la región central

de la nueva España, la miel pasó a segundo término como producto, la necesidad de

utilizarla como endulzante se redujo y solo se le empleaba para la fabricación del

balché.

1.1.2 En Europa

La apicultura en esta zona se remonta a los primeros pobladores, un ejemplo claro

fueron los Celtas quienes en sus primeras técnicas utilizaban corteza de árbol para

construir unos cuadros en los cuales colocaban las abejas para que formaran su

panal.

Esta primera especie de panal, era colocada en una zona floral cercana a su

asentamiento para poder cuidar de las abejas, estos primeros pueblos se dieron

cuenta de la utilidad que tiene el humo para dormir a las abejas y así poder sustraerla miel del panal.

Aunque en realidad no se tiene mucha información acerca de la utilización que le

daban estos pueblos a los productos apícolas se ha estipulado que iban desde el

consumo hasta la utilización en rituales ceremoniales.


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- 21 -

1.1.3 En Grecia

Todos los griegos eran desde su infancia alimentados con una mezcla fortificante de

leche y miel que le llamaban melikatron, y no había una sola comida sencilla osuntuosa en la que no figurase la miel en panal. Como alimento de vida por

excelencia, la miel era también, según Pitágoras y Demócrito, fuente de longevidad y

de poderío intelectual. Los dos filósofos, que la utilizaban en la fabricación del pan

que comían cada día, le atribuyeron a la miel, el haber llegado a una edad avanzada

sin enfermedad alguna. La miel era igualmente empleada en la cocina propiamente

dicha, por ejemplo en los guisos y salsas de Atenas.

En esta sociedad con el paso del tiempo comenzó la fabricación de canastas demimbre las cuales fueron utilizadas como colmenares. En muchas zonas de Europa

aún existen estos tipos de colmenares.

1.1.4 En Roma

Los romanos, muy amantes de la miel, apreciaban de una manera muy particular las

mieles de Sicilia, Córcega y Cerdeña. Los romanos servían la miel al principio de la

comida en forma de viejo vino melificado, el mulsum y luego en el segundo servicioen su forma ordinaria y finalmente en el postre en forma líquida o en panales. Un

plato de entrada particularmente valorado en la época de Nerón, era el lirón

preparado con salsa de miel.

Es bien sabido que la cultura romana absorbió en gran medida muchas de las

cuestiones culturales de los griegos, un claro ejemplo de esto son las ya creadas

canastas de mimbre griegas para su utilización como colmenares.

1.1.5 En Egipto

Los antiguos egipcios que conservaban los cadáveres dentro de miel pusieron de

manifiesto el poder antiséptico de esta materia altamente azucarada. De la misma

manera, utilizaban la miel como ungüento sobre las llagas o heridas habiéndose

percatado de que aseguraba una rápida y franca cicatrización. Esta propiedad,


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- 22 -

descubierta empíricamente, pone igualmente de manifiesto la actividad

antimicrobiana y regeneradora de la miel. También conocían sus efectos favorables

en enfermedades del tubo digestivo, de riñón y de los ojos lo mismo que en

enfermedades de la piel. En la cosmetología egipcia la miel era uno de los

ingredientes principales de las cremas de belleza, por sus propiedades cicatrizantes,su efecto tonificante y sus cualidades suavizantes, la convertían en el ingrediente

favorito en todas las cremas y cosméticos faciales de esa época.

En el antiguo Egipto y regiones circundantes se usaron colmenas de caños (tubos

largos hechos de barro y otros materiales), colocados en forma horizontal y apilados

uno junto a otro.

En algunas comunidades agrícolas se desarrollaron técnicas para fabricar recipientes

de paja o de cerámica y estos canastos también se usaron para cobijar a las abejas.

1.2 CONTEXTO TECNOLÓGICO

Desde los tiempos de los antiguos egipcios y celtas (en Europa) la fase de extracción

de miel fue muy similar en todas partes del mundo. La idea principal era utilizar el

humo producido por la quema de madera para así poder dormir a las abejas

sustraerlas de la colmena y poner esta colmena en vasijas, para recolectar el

producto por medio de escurrimiento.

En las últimas décadas el proceso extractivo de miel ha sufrido considerables

cambios, dichos cambios han mejorado la extracción de este producto reduciendo

considerablemente la merma del producto; aunque desafortunadamente estas

maquinas de "nueva generación" se encuentran en países en los cuales la actividad

apícola es una gran fuente de ingresos para dichos países, tal es el ejemplo de

España o Argentina, a diferencia de México quien también podría ser un granproductor mundial de miel.

En México aun se utilizan en la mayoría de los lugares maquinaria de importación,

rentada, o métodos "rudimentarios" para la extracción de su producto, el último de los

ejemplos es la situación actual en la que se encuentra la comunidad apícola de

Santa Rosa, Hidalgo.


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1.2.1 Métodos Rudi

Este método se ha emp

dedicarse a la crianza

modificaciones a lo largo d

los cuadros de miel del pa

la capa de cera que recub

celdas o cuadros de mie

extracción mediante grav

natural la miel comience a

(Véase figura 1.1) del cual

Figura 1.1 Bate

Es importante mencionar

tiempo para la extracción

producto, dicha perdida se

Aunque el método rudime

vuelve obsoleto ante la co

las cantidades que requie

método es rechazado por l

entarios

leado desde que el hombre comenzó

de animales, este método ha sufrid

l tiempo, actualmente la idea principal con

nal, aplicarle un desoperculado manual, e

re las celdas[14] posterior al desoperculado

l en unos contenedores, en los cuales

dad, es decir, se colocan de forma tal

escurrir desde los cuadros hasta el recipi

posteriormente se realizará el filtrado y dre

para la extracción de miel por medio de graved

que este método además de que requi

del producto final, presenta una pérdida

refiera al 20% del producto total.

tario haya logrado continuar hasta nuestr

petencia mundial; este método no puede

re el mercado mundial de la miel, es po

s grandes productores actuales de miel.

- 23 -

a agruparse y

o muy pocas

siste en extraer

decir, eliminar

se colocan las

se procede la

ue por acción

nte contenedor

ado de la miel.

ad

ere demasiado

onsiderable de

os días este se

llegar a proveer

esto que este


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- 24 -

1.2.2 Prensado

Este es un método no tan reciente, el cual a pesar de la efectividad que tiene no es

un método tan utilizado por que si bien no presenta una pérdida significativa de

producto si lo hace en la materia prima.

Los cuadros de miel son metidos en una prensa o tornillo sin fin (Véase figura 1.2),

hay de muchos tipos y capacidades. La miel obtenida, arrastra gran parte del polen

que contienen los panales además de otras impurezas; cristaliza más rápido que las

obtenidas por centrifugado. Son utilizadas por los apicultores aficionados o los

profesionales que extraen mieles tan viscosas, que no se pueden sacar en los

extractores de fuerza centrífuga. Con el prensado, los panales de cera son

destruidos, no pudiéndose utilizar de nuevo en las colmenas. Por el contrario, seobtiene mucha más cera que en el centrifugado. Hasta el año de 1865 toda la miel

era extraida mediante prensas.

Figura 1.2 Prensa para la extracción de miel

Si bien la única pérdida que se presenta en este equipo es la de los cuadros de miel,

no es tan viable para mieles comerciales de baja viscosidad, puesto que para los

apicultores de este tipo de miel la pérdida de cuadros representa más gasto que la

pérdida del 20% de miel comparado con el método rudimentario.


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1.2.3 Centrifugado

Estos extractores están basados, como su nombre lo dice en la fuerza centrífuga. La

idea principal en este tipo de extractores es hacer rotar los cuadros de miel a unadeterminada velocidad, así por influencia de la fuerza centrífuga generada por la

velocidad de rotación, la miel comienza a desprenderse de los cuadros, para generar

una óptima extracción de miel la máquina debe permanecer en operación un

determinado tiempo, el cual está en función de la cantidad de cuadros introducidos

en el extractor.

Es el método más empleado a nivel mundial, solo en algunos países africanos y

asiáticos se sigue empleando la prensa, debido a la incapacidad económica de

acceder a otros métodos más modernos.

Hay muchas clases de extractores centrífugos de miel, pero podemos dividirlos en

dos grandes grupos: los de eje horizontal y los de eje vertical.

Este tipo de extractores esencialmente se componen de:

•

Un bastidor que soporta los cuadros y gira rápidamente alrededor de su ejevertical u horizontal.

• Una cuba para recoger la miel.

• Un motor o una manivela y un dispositivo de arrastre de la caja o bastidor,

engranaje, correa, disco de fricción.

Un paso por el extractor dura de siete a cuarenta y cinco minutos, según el tipo de

aparato empleado, el diámetro de la caja, su velocidad, la viscosidad y temperatura

de la miel.

a) Eje Horizontal

Los extractores de eje horizontal (Véase figura 1.3) pueden albergar de 40 a 200

cuadros de miel por ciclo de extracción. Este tipo de maquinaria es comúnmente

empleada en las grandes y modernas explotaciones apícolas del mundo.


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- 26 -

Figura 1.3 Extractor de eje horizontal, capacidad 120 cuadros

Aunque efectivas para la extracción de miel, el gasto en una máquina extractora de

este tipo solo es justificable para los grandes productores apícolas. En primera

instancia se debe al enorme gasto que representa la adquisición de un equipo de

este tipo, además del requerimiento de un amplio espacio para su colocación.

Y así mismo es de considerarse que el gasto de mantenimiento y de piezas de

repuesto es también elevado.

b) Eje Vertical

Los extractores verticales (Véase figura 1.4) cuentan con la misma eficiencia que

tienen los de eje horizontal. Sus diferencias radican en: la capacidad de cuadros por

ciclos de extracción, que aunque en esta máquina es menor (de 12 a 48 cuadros por

ciclo), su ventaja radica en el tamaño de la maquina, que al ser de menor tamaño

que los de eje horizontal representa un menor gasto de adquisición, así como, el

espacio requerido para su colocación es mucho menor.


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- 28 -

Se ubicará el proyecto dentro de un área específica y la manera como se va a

manifestar dentro del conocimiento general. Como es, sus características, y los

efectos que produce, qué dispositivo está usando, quién es la persona interesada,

yotros aspectos como restricciones físicas.Existen varias circunstancias que

condicionan el proyecto que pueden ser étnicas, ecológicas, geográficas,económicas, tecnológicas, teóricas, culturales, religiosas, filosóficas, etc.

La implementación de un extractor de miel (una máquina que disminuya el tiempo de

extracción), responde a la necesidad de mejora de los métodos extractivos de miel,

en plantaciones apícolas que desean elevar su producción; tal es el caso de la

comunidad apícola de Santa Rosa, poblado mexicano ubicado a 20° 13’ 00’’ al norte,

98° 55’ 00’’ al oeste, y cabecera del municipio El Arenal, en el Estado de Hidalgo, a

una altitud de 7112 metros sobre el nivel del mar (msnm).

En esta comunidad apícolaen particular no cuentan con una máquina capaz de

realizar una rápida y eficiente extracción del producto final. Y aunque desean adquirir

una, su alto costo no se los permite.

Mientras la demanda de este producto va en aumento, cada día es más visible la

necesidad de contar con una máquina que realice la extracción del producto en

forma automática.

Actualmente muchos de los apicultores nacionales comienzan a automatizar la forma

en la que extraen su producto, pero su principal obstáculo es la falta de empresas

que fabriquen estos equipos en el país, su soluciónmás factibles hasta ahora era la

de arrendar maquinas (de accionamiento manual) a otros apicultores aun que estas

no se encuentren en optimas condiciones.

La máquina a implementar tambiénsatisface el confort del propietario porque solo

basta con el accionamiento de un botón para comenzar el ciclo de extracción de miel,

este mercado a nivel nacional solo cuenta con unos cuantos extractores manuales,

los cuales como se explicó anteriormente dependen de un operario. La eficiencia de

estos extractores depende directamente del operario; implementando un extractor

automáticose garantiza siempre la misma eficiencia del equipo


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En términos de tecnología y sistemas, la automatización de procesos se ha

desarrollado en paralelo con el desarrollo de nuevas tecnologías. Las soluciones

actualmente desplegadas incorporan el uso de una amplia gama de tecnologías.

Los apicultores que no cuentan con extractores automatizados, tendrán la

oportunidad de adquirir estos equipos, (podrán aumentar la venta de sus productos

en el mercado mundial). La gente estaría más tranquila al saber que la

inversióngenerada porla adquisición de estos equipos significará un aumento en su

producción.

La implementación de este proyecto puedemotivar a los ingenieros a mejorar y

ampliar el área de aplicación de este proyecto.

1.4 CONTEXTO NORMATIVO

Las Normas y Leyes es la parte más importante en la estructura de un proyecto,

puesto que de las mismas se derivan diferentes tipos de circunstancias notables para

el diseño de la maquinaria, estructura, seguridad, equipo, etc.

Si bien es cierto gran parte del diseño que se generará para el proyecto, será

desarrollado por medio de diversos métodos de cálculo, que deberá cumplir con los

requisitos de seguridad, limpieza, resistencia, tipo de material, tal y como lo requierela norma. Así mismo es importante remarcar que todos estos requisitos normativos,

son de carácter obligatorio, puesto que en caso de quebrantar cualquier tipo de

normatividad ó ley aplicable al proyecto se correría el riesgo de poner en peligro la

seguridad de las personas, aunado a tener que pagar una cuantiosa multa e inclusive

la cárcel.

En este contexto se particulariza en todo lo que se refiera a los equipos de

manipulación de productos alimenticios, es de gran importancia tomar en cuenta

todos los requerimientos de ley, toda vez que para la futura realización del proyecto,

se requiere de permisos y normas complementarias, las cuales serán dadas por la

secretaria de salud (SSA) y la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural,

Pesca y Alimentación (SAGARPA).


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Dentro de las leyes que se tomarán en cuenta para el desarrollo del proyecto, se

tienen:

Clave de la Norma: NOM-002-SSA1-1993[4x]

Titulo de la Norma:

Norma Oficial Mexicana NOM-002-SSA1-1993, SaludAmbiental, Bienes y Servicios. Envases metálicos paraalimentos y bebidas. Especificaciones de la costura. Requisitossanitarios

Publicación en DOF: 14 nov. 1994

Entrada en Vigor: al día siguiente de su publicación en D.O.F.

Dependencia: México. Secretaría de Salud

Publicación delproyecto en DOF:

11 nov. 1993

Publicación decomentarios enDOF:

20 oct. 1994

Así mismo para el aseguramiento de la calidad debemos tomar en cuenta los

procedimientos que manejan el Manual de Buenas Prácticas de Producción de Miel

expedido por la SAGARPA, y Manual de buenas prácticas de manejo y envasa do de

la miel expedido por la Servicio Nacional de Sanidad, Inocuidad y Calidad

Agroalimentaria (SENASICA).


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CAPÍTULO

IIANÁLISIS DELOSSISTEMAS

ACTUALES


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Antes de poder desarrollar un nuevo sistema, se requiere del análisis de aquellos

sistemas semejantes a lo que se desarrollará. Por esta razón se analizarán los

sistemas existentes y que tienen aplicación en los sectores para los que se ha

pensado el proyecto. Para fines prácticos de este proyecto se analizará el

centrifugadorvertical. Estos extractores consisten en una cuba o tina de extracción, dentro de la cual se

tiene una estructura metálica cuya utilidad es la de soportar los cuadros de miel, y un

mecanismo para generar el giro del soporte.

2.1 DIAGNÓSTICO DE LOS SISTEMAS ACTUALES

Este sistema comparte tecnologías en su funcionamiento, y las únicas variantes son:

las dimensiones de las maquinas, la posición de los cuadros, y la capacidad de

cuadros por ciclo; por lo que los componentes que lo conforman son similares a otros

sistemas, y de los cuales se identificaron los siguientes:

2.1.1 Estructura

La estructura es parte fundamental dentro de estos sistemas, ya que es quien

soporta los cuadros de miel. A su vez la estructura está formada por los siguientes

elementos:

a) Cuba o carcasa exterior (Véase Figura 2.1).Esta estructura es la parte

fundamental de estos sistemas, debido a que dentro de estase lleva a cabo la

extracción de la miel. Se compone principalmente de una placa de acero, la

cual se moldea de tal manera que se obtiene un cilindro, siendo esta el cuerpo

de la cuba.


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Figura 2.1 Carcasa Exterior.

b) Bastidor (Véase Figura 2.2). Esta estructura se compone de dos partes: Un

eje de rotación el cual se encuentra situado al centro geométrico de la cuba; a

este se encuentran unidos una serie de estructuras metálicas de forma

rectangular, los cuales sirven para sostener los cuadros de miel. Estasestructuras al estar unidas al eje de rotación, tienden a seguir el movimiento

del mismo, generando así una fuerza centrifuga a partir de la velocidad de

rotación.

Figura 2.2 Bastidor para el soporte de cuadros de miel.

2.1.2 Sistema de Impulsión

El sistema de impulsión consiste en principal medida de una transmisión mecánica,

la cual consta generalmente de una serie de engranajes y/o poleas, y un sistema que

genera la velocidad de giro.

La transmisión mecánica (Véase figura 2.3) está compuesta por uno o más arboles

de transmisión, sujetos a estos podemos encontrar engranes y piñones, los cuales

transmiten la velocidad y el giro de la flecha del motor al eje de rotación situado en el

bastidor; en algunos casos se cuentan con bandas y poleas para transmitir el impulso

del motor hacia el primer árbol de transmisión


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Figura 2.3 Sistema de transmisión, impulso manual

Dentro del sistema de impulsión existen variantes, ya que este tipo de extractores

tiene dos métodos para dar movimiento al mecanismo y que este lleve a cabo su

función, pudiendo dividirse en diferentes métodos; entre los cuales se pueden

mencionar el método manual, el cual no es aplicable porque depende en demasía del

operario. El método eléctrico es el que puede ser implementado en estos sistemas,

debió a que se compone de un motor eléctrico el cual en cualquier momento de la

jornada laboral da la misma potencia a diferencia de un operario que conforme pasa

el tiempo la potencia dada es menor.

2.1.3 Sistema de Control

El sistema de control en estos casos corresponde únicamente a los elementos que

encienden y apagan los dispositivos eléctricos, como los motores, para aquellos

equipos que usan motores como medios de impulsión, este sistema se encuentra enforma de un panel de control (Véase Figura 2.4).

Estos elementos son:

• Caja de control con botón de paro de emergencia.

• Encendido del sistema por medio de un botón de arranque al inicio de cada

ciclo de extracción.

• En algunos casos se usan sensores de contacto.

• Regulador de velocidad ajustable para cada ciclo.


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Figura 2.4 Panel de control.

2.1.4 Seguridad en los Sistemas

Para la implementación de estos sistemas, se requiere tomar en cuenta aspectos

importantes sobre seguridad, sobre todo para el operario. Para esto se deben cubrircon requisitos descritos en las normas aplicables a estos sistemas.

Normas aplicadas a los equipos de manipulación alimenticia

Los fabricantes de estos sistemas de extracción, indican en su ficha técnica que

normas aplican en el diseño de sus sistemas, entre las cuales señalan las siguientes:

• De acuerdo con la NOM-002-SSA1-1993. (salud ambiental. Bienes y servicios.

Envases metálicos para alimentos y bebidas. Especificaciones de la costura.Requisitos sanitarios), establece las especificaciones que deben cumplir los

dos tipos de cierre o costura lateral a utilizar en el cuerpo de los envases

metálicos de tres piezas, que puede ser costura con soldadura eléctrica o

costura con pegamento o cementada. Quedan estrictamente prohibidas las

uniones empleando soldaduras que contengan plomo.

• De acuerdo con el Manual de buenas prácticas de manejo y envasado de

miel, los materiales utilizados en los equipos y utensilios empleados quetengan contacto directo con la miel en las áreas de proceso, deben ser de

acero inoxidable tipo 304 grado alimenticio con acabado sanitario (con

esquinas redondeadas), no deben transmitir sustancias tóxicas, olores ni

sabores. No deben ser absorbentes, pero sí resistentes a la corrosión y al

desgaste ocasionado por las repetidas operaciones de limpieza y desinfección


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También por seguridad, se recomienda usar señalizaciones visuales que alerten a la

gente que el sistema está funcionando, así mismo se recomienda el uso de un

sistema que permita apagar el equipo cuando la tapa del mismo se abra.

2.1.5 Especificaciones de los sistemas

Entre las especificaciones dadas por los fabricantes de los sistemas, se tienen

aquellas que describen las dimensiones del sistema, bajo qué condiciones debe

operar y algunos aspectos para el momento de la instalación.

a) Especificaciones de los extractores verticales

Este sistema cuenta con las siguientes especificaciones de dimensiones:

• Todos los espacios pedidos son los mínimos requeridos.

• En la cuba de extracción solo se permiten un máximo de 40 cuadros por ciclo

• La estructura mide2.5m de diámetro

• El peso máximo que soporta el sistema es de 80 Kg.

• Admite Cuadros de miel con medidas de 48 X 24 cm

b) Suministrado por el cliente

El cliente que solicita la instalación del sistema deberá contar con los siguientesrequerimientos:

• Alimentación con cable de 5x2.5mm(fase + neutro + toma detierra) por

interruptor principal.

• Fusibles de 10A.

• Interruptor de potencia (por unidad). La posición del interruptor estádefinida en

el plan de evaluación.

• Cable de 5 x 2.5mm (1 fases + neutro + toma de tierra)desde el interruptor

principal hasta launidad.

• La energía eléctrica hasta los equipos debe ser suministrada por elcliente

durante la instalación.

• De acuerdo con la DIN EN 60204 (seguridad en maquinaría de equipos

eléctricos), el sistema debe estar conectado a tierra.


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• La conexión de las tomas de tierradebe instalarse en intervalos de 10 m.

• Cableado eléctrico: El cableado eléctrico debe ser instaladopor el cliente de

acuerdo con eldiagrama de circuitos.

2.1.6 Condiciones ambientales

Las condiciones ambientales pueden afectar directamente las condiciones de

operación de los sistemas, o incluso disminuir su tiempo de vida útil. Para estos

sistemas se manejan las siguientes:

• Rango de temperaturas +20º hasta +40º

• Humedad relativa del 20% con una temperatura exterior máxima de +40º

• Si los tiempos de extracción están especificados, se refieren a una

temperaturaambiental de +25º y con el sistema alejado de las corrientes de

aire. Para temperaturasinferiores estos tiempos se incrementan.

2.2 DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA (MÉTODO FORD)

Para el desarrollo de este proyecto, se requiere analizar los sistemas que existen

actualmente y que son la base del diseño de los nuevos equipos y que permitiránvalorar las ventajas y desventajas de éstos, con la finalidad de tomar una decisión y

llegar a la solución que cumpla con los objetivos planteados.

Esta herramienta permite analizar y evaluar los problemas, basado en las Fortalezas,

Oportunidades, Restricciones y Debilidades que presentan los sistemas actuales,

para examinar, debatir y definir la problemática que solucionará el desarrollo del

nuevo sistema.

2.2.1 Fortalezas

• Las estructuras no presentan problemas de movimiento para llevar a cabo el

centrifugado.

• El uso de motores eléctricos garantiza la potencia necesaria para generar una

velocidad constante durante toda la jornada.

• Cumplen con normas de sanidad.


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• Estos sistemas tienen una alta eficiencia comparado con los métodos que se

ocupan en esta comunidad.

• La estructura de los extractores es sencilla y no requiere mucho espacio.

2.2.2 Oportunidades• Extrae la miel de los cuadros sin dañarlos, pudiendo ser devueltos a la

colmena para ser llenados de nuevo por las abejas.

• El sistema puede ser instalado en cualquier área donde exista ventilación y

suministro eléctrico.

• Para su operación únicamente requiere pulsar un botón para iniciar el ciclo.

• Permite un ahorro considerable de tiempo.

• Los sistemas con impulsión eléctrica pueden implementarse a un bajo costo.

2.2.3 Restricciones

• Estos extractores no pueden trabajar en un ambiente con más del 20% de

humedad.

• No permite más de cuarenta cuadros de miel por ciclo de extracción.

• El peso máximo de carga que soporta el bastidor es de ochenta kilogramos.

2.2.4 Debilidades

• Existen equipos, que aunque más espaciosos, soportan un máximo de 200

cuadros.

• Al no ser de producción nacional representan un alto costo de adquisición.

• No cuentan con un control adecuado de velocidad.

• Estos sistemas no cuentan con un cierre de seguridad para evitar accidentes


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extracción. Al mismo tiempo se llevara a cabo el diseño de un sistema de transmisión

mediante poleas y árboles de transmisión.

Para la estructura del bastidor se diseñarán sesenta soportes de forma rectangular

con las siguientes medidas: 48x38X5 cm. Así mismo para que este diseño soporte 60

cuadros por ciclo, se colocarán dos hileras de soportes intercaladas entre sí; todo

esto sujetado a un eje central que le proporcionará el giro al bastidor.

Para el sistema de impulsión se propone la utilización de un motor a 120 voltsy 1800

RPM. Para el control del motor se propone un tablero de control eléctrico,

compuesto principalmente por un regulador de velocidad, un botón de arranque y

uno de paro de emergencia, un temporizador con retardo a la desactivación, el cual

será el que dé el tiempo al ciclo de extracción; finalmente se implementará un límite

de carrera en la tapa del sistema, para que cuando esta se abra sirva como un

segundo paro de emergencia para evitar accidentes.


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CAPÍTULO III

DISEÑO DEL

SISTEMA HE-001


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El desarrollo del sistema HE-001(Honey Extractor-001) requiere dar solución a la

problemática obtenida en el capitulo anterior, por lo que el diseño se llevará acabo

contemplando la interacción de las dos partes que lo conformaran: la Mecánica y la

de Control, como lo muestra la figura 3.1.

El Sistema Mecánico se integrará por la carcasa, bastidores y mecanismos

necesarios para generar los movimientos requeridos por parte del nuevo sistema

para que lleve a cabo su función.

El Sistema de Control se integrará por todos los circuitos y componentes eléctricos

que se encargarán de establecer la correcta secuencia de movimientos que realizará

el Sistema Mecánico, como son fuentes de alimentación, circuitos, programas de

control, sensores y circuitos indicadores visuales y auditivos.

SISTEMA

MECÁNICO

SISTEMA DE

CONTROL NUEVO

SISTEMA

Figura 3.1 Interacción entre la mecánica y elcontrol


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3.1 DISEÑO DEL SISTEMA MECÁNICO

El Sistema Mecánico representa la parte fundamental dentro del diseño del sistema

HE-001, ya que el correcto desarrollo de este (la forma de la estructura y

mecanismos) constituirán el nuevo sistema. Los tipos de materiales a utilizar ya han

sido determinados por las normas oficiales mexicanas y el Manual de buenas

prácticas de manejo y envasado de la miel; donde se menciona que los sistemas

para la manipulación de productos alimenticios deberán ser desarrollados con un

acero 304 inoxidable de grado alimenticio.

La norma oficial mexicana a utilizar en este proyecto, para cuestión del diseño de los

elementos mecánicos será la NOM-002-SSA1-1993, la cual hace referencia a los

envases metálicos para alimentos y bebidas, especificaciones de la costura. Asímismo se mencionan los requisitos sanitariospara los equipos de manipulación de

productos alimenticios.

Para la etapa del diseño mecánico, se realizara una propuesta de los diferentes

mecanismos que conformaran al sistema HE-001, posteriormente se hará un

análisis de cada una de las partes que han sido propuestas.

Una vez que se ha llevado a cabo el análisis de partes se presentaran los criterios

para la selección de los materiales, para así finalmente llegar a una propuesta del

diseño mecánico.

3.1.1 Propuesta de mecanismos

Para fines prácticos la propuesta de solución que se llevará a cabo en este proyecto

se dividirá en tres elementos principales; siendo estos la carcasa exterior, los

bastidores y el sistema de transmisión de potencia.

a) Bastidores

Para el diseño de los bastidores se tomo como medida estándar de los cuadros de

miel (Véase Figura 3.2), las utilizadas por la comunidad apícola de Santa Rosa,

siendo esto de 48cm de largo, 38cm de ancho y 5cm de espesor. Se implementará

un sistema con dos bastidores desmontables cuya capacidad será de 32 cuadros de


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miel por bastidor logrando con esto una mayor capacidad de la que se propuso al

comienzo de este proyecto, mismos que estarán construidos en acero inoxidable 304

debido a su interacción con la miel. Así mismo contarán con un sistema de sujeción

para cada cuadro, evitando así un posible desprendimiento y colisión entre ellos

Figura 3.2 Vista frontal de un cuadro de miel

b) Carcasa Exterior

Será construida de acero inoxidable 304 debido a que desempeñará la función como

contenedor temporal de la miel hasta que se efectué el drenado, con la finalidad de

evitar el estancamiento del producto en la base de la carcasa se realizara una

pendiente de 2° de inclinación; tomando como consideración la teoría de

desplazamiento de fluidos la cual indica que se requiere un 1° de inclinación por

metro para evitar estancamiento de los fluidos; y en la terminación de las esquinas serealizarán pendientes con la finalidad de hacer un canal hacia el punto de drenado,

para reducir las pérdidas del producto que se pudieran generar por el estancamiento

del mismo.

c) Sistema de Transmisión de Potencia

Considerando como parte motriz de este sistema, el eje de rotación de los

bastidores, tendrá un diseño considerando un acero inoxidable 304; el mismo

material utilizado para el resto de los componentes del sistema HE-001, ya que como

se ha mencionado con anterioridad todos los componentes que tengan interacción

con los alimentos deberán ser construidos en este material por indicación de la

norma expuesta con anterioridad.


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La parte de transmisión de potencia se llevará a cabo por una banda flexible la cual

llevará el movimiento del motor hacia al eje de rotación de los bastidores a través de

un juego de poleas donde se propone una relación de velocidad entre el motor y el

eje de uno.

d) Sistema de sujeción (canasta)

Para el sistema de sujeción de los bastidores, al igual que el resto de los

componentes será construido en acero 304, esta parte del sistema tiene como

función sujetar los bastidores al eje de rotación para que de esta forma los bastidores

giren junto con el eje llevando así la función de extracción de miel.

La idea consiste en diseñar un sistema, el cual soporte los bastidores, y en cada uno

de sus extremos cuente con un riel, a través del cual se deslizaran los bastidorespara recibir el movimiento del árbol.

3.1.2 Análisis de partes

Para el diseño del extractor se comenzó por realizar un análisis de cada uno de los

elementos que componen este sistema. Siendo que el bastidor es la parte central del

extractor se comenzó el diseño a partir de este.

a) Bastidor

Para cumplir con la finalidad de aumentar la capacidad de cuadros de miel que se

puedan incluir en un solo ciclo de extracción, los cálculos para el diseño de los

bastidores se llevaran de forma geométrica, a fin de que en cada uno de los

bastidores se puedan colocar treinta y dos cuadros.

El bastidor se puede descomponer en dos partes principales que son: las bases para

los cuadros y los ejes o soportes del mismo. Para dar comienzo al diseño se necesitasaber las medidas del diámetro de la base de sujeción interna de los cuadros.

Esto se logra conociendo los grados que tiene un círculo (360°) para conocer los

grados de separación entre un cuadro y otro, aplicando una división obtenemos que:


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Considerando el cuadro como un triangulo de la siguiente forma:

Se tiene que el ángulo α formado por los segmentos b y c es de11.25° y cómo lado

"a" las dimensiones del espesor del cuadro siendo este 50 mm, sabiendo que los

segmentos "b" y "c" tienen la misma dimensión, se puede deducir que el ángulo β

formado por los segmentos "c" y "a"; y el ángulo restante θ (formado por los

segmentos "b" y "a") tienen el mismo valor. A partir del conocimiento de estos valores

y del hecho de que la suma de los ángulos internos de un triangulo es de 180° se

puede calcular:

Sabiendo que β=θ, y sustituyendo el valor de α en la ecuación y resolviéndola se

obtiene:

Conociendo los valores de los ángulos y alguno de los lados del triangulo se puede

utilizar la ley de senos para conocer el resto de las dimensiones del triangulo. Por lo

tanto conociendo que:

Utilizando la primera igualdad y sustituyendo los valores se obtiene:

c

b

a


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Despejando b y resolviendo la ecuación obtenemos:

Con lo anterior se obtiene que el radio interior del soporte será de 255.057 mm; el

cual se aproximará a 270mm con la finalidad de evitar que los cuadros queden muy

justos en el bastidor. Para conocer el diámetro de la base del círculo de sujeción

externo, solo se necesita sumar el valor del ancho del cuadro, siendo este de 380

mm, se tiene que el radio del círculo exterior será de 650mm.

Para la dimensión de la altura del bastidor no se necesitarán cálculos únicamente setomará el valor de la altura de los cuadro la cual es de 480mm.

Para la parte de los soportes se consideraron barras de acero con un

dimensionamiento de 1325.4x38.1x12.7 mm, se realizara en forma de cruz y se

montara al centro de los círculos de sujeción terminando así el diseño de los

bastidores. En la figura 3.3 se muestra un modelado en 3D de uno de los bastidores.

Figura 3.3 Modelado del diseño del bastidor.

b) Carcasa exterior

Para el diseño de la carcasa exterior, al no poder utilizar un material distinto al acero

304, los únicos cálculos que se emplearan serán los del dimensionamiento de los


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componentes de forma tal que estos entren con facilidad en la carcasa, y puedan

realizar sus funciones sin problema alguno.

Por principio la distancia de la base de la carcasa a la base del bastidor será de

100.5mm para poder colocar el eje de rotación y la canasta, seguidamente tenemos

dos bastidores de 525.4mm de altura cada uno, una reja de seguridad con un

espesor de 6.35mm y finalmente una tapa superior de 18.9mm. Es de considerarse

que la distancia entre el bastidor superior y la reja es de 75mm

Considerando todas las medidas tenemos:

Para la dimensión del radio de la carcasa tendremos que considerar que el

dimensionamiento radial del bastidor es de 650mm el de los dispositivos de sujeción

de los bastidores es de 38.1mm y la distancia entre estos y la carcasa será de

50mm. Tendremos entonces que el radio de la carcasa será de 738.1 mm. En la

figura 3.4 se muestra el modelado de la carcasa.

Figura 3.3 Modelado del diseño de la carcasa exterior

c) Sistema de transmisión de potencia

El sistema de transmisión de potencia se subdividirá en tres aspectos, los cuales se

tratarán y calcularán de forma independiente pero son complementarios uno de otro.


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Estas divisiones serán: cálculo y selección de la banda de transmisión flexible;

cálculo y diseño de las poleas; cálculo y diseño del árbol de transmisión.

Antes de comenzar los cálculos y diseños de las partes correspondientes a este

sistema, se deberá llevar a cabo la selección del motor que suministrara la potencia,

para lo cual es necesario conocer la potencia que el sistema necesita, esto se

obtiene a través de la siguiente formula:

---------- Ecuación 3.1Donde: P es la potencia consumida por el sistema expresada en kilo watts (KW); esel torque generado por el movimiento angular expresado en Newton por metro (Nm),

y ω es la velocidad angular expresada en revoluciones por segundo (RPS).

De la ecuación anterior se desconoce el valor del torque, para obtener dicho valor se

cuenta con la siguiente ecuación:

---------- Ecuación. 3.2Donde: es la aceleración angular expresada en radianes sobre segundo alcuadrado (rad/s2); es el momento de inercia expresado en kilogramo por metro alcuadrado (kgm2).

Para determinar el valor del momento de inercia se cuenta con la siguiente ecuación:

---------- Ecuación 3.3Donde: m es la masa del sistema expresada en kilogramos (kg); k es el radio de giro

expresado en metros (m).

Sabiendo que la masa a mover esta conformada por los cuadros de miel, los

bastidores y la canasta; y suponiendo una carga completa, es decir, 64 cuadros de

miel, se tiene una masa de 150 kg y conociendo el radio de giro, el cual es el radio

de la canasta (688.1mm), y sustituyendo estos valores en la Ecuación 3.3 se tiene:


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Para calcular el valor de la aceleración angular (faltante de la Ecuación 3.2) se tiene

la siguiente formula:

---------- Ecuación 3.4Donde: es el tiempo expresado en segundos (s).Conociendo el valor de la velocidad angular (30 RPS) y sabiendo que el valor del

tiempo está dado por la rampa de aceleración, es decir, el tiempo que tarda de llegar

desde el reposo hasta la velocidad nominal (600 s); y sustituyendo estos valores en

la Ecuación 3.4 se tiene:

Debido a que en la Ecuación 3.2 se requiere el valor de la aceleración en radianes y

no en revoluciones, es necesario convertir este valor mediante la multiplicación de

2π:

Ahora que se tienen los valores del momento de inercia y la aceleración angular, se

pueden sustituir en la Ecuación 3.2, para obtener el valor del torque como se muestra

a continuación:


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Teniendo el valor del torque y la velocidad angular, es posible calcular la potencia

consumida por el sistema, sustituyendo los valores en la Ecuación 3.1, como se

muestra a continuación:

Debido a que los catálogos de proveedores tienen el valor de la potencia en Caballos

de Fuerza (Hp) es necesario convertir el valor actual de la potencia para la selección

del motor, esto se logra sabiendo que 1 KW equivale a 1.34 Hp.

Conociendo los valores comerciales de los motores se seleccionara la potencia

inmediata superior es decir 5 Hp, por lo que se tendrá un motor de 5 Hp a 1800 RPM.


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♦ Cálculo y selección de la banda de transmisión flexible

Para llevar acabo el cálculo de la banda de transmisión flexible, se emplearan las

recomendaciones del manual de “GATES” para el cálculo y selección de correas de

sección trapezoidal. Como primer paso es necesario calcular la potencia nominal del

sistema, esto se logra mediante la utilización de las siguientes ecuaciones:

---------- Ecuación 3.5 ---------- Ecuación 3.6

Donde: De la Ecuación 3.5 es la potencia suministrada por el motor, expresada enHp;

es la potencia consumida por el sistema, expresada en Hp;

es el factor de

perdida por rozamiento, cuyo valor es adimensional. De la Ecuación 3.6 es lapotencia nominal, expresada en Hp; es el factor de servicio con valoradimensional; es la potencia de calculo equivalente a .Sabiendo que el factor de pérdida por rozamiento de un sistema de bandas y poleas

tiene un valor de 0.97, y que la potencia consumida por el sistema es de 4.55 Hp, y

sustituyendo estos valores en la Ecuación 3.5 se tiene:

Conociendo el valor de la potencia de cálculo (4.69) y obteniendo el valor del factor

de servicio de la tabla 1 al sustituir los valores en la Ecuación 3.6 se conoce la

potencia nominal como se muestra a continuación:


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Máquina Movida

Máquina Motriz

Motor eléctrico sincrónico.Motor de combustión interna

multicilindro. Turbinas.

Motor eléctrico de alto par.Motor de combustión interna

monocilindro.

8 h/día 16 h/día 24 h/día 8 h/día 16 h/día 24 h/díaCarga ligera

Agitadores de líquido. Bombas ycompresores centrífugos.

Transportadores de banda.Ventiladores. Máquinas herramientasde corte continuo.

1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3

Carga normalBombas y compresores de 3 y máscilindros. Transportadores de cadena.Fresadoras.

1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4

Carga pesadaBombas y compresores de uno y doscilindros. Elevadores de cangilones.Cepilladoras y mortajadoras.

1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6

Carga muy pesada Mecanismos de elevación de grúas.

Prensas. Cizallas.

1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8

Tabla 1. Selección del factor de servicio.

Debido a que se trata de un motor eléctrico síncrono con 8 horas de trabajo al día y

con carga ligera se seleccionará un factor de servicio de 1.0, por lo que se tiene:

Con lo que se puede comprobar que la selección de un motor de 5 Hp que se realizo

con anterioridad es el adecuado para este trabajo.

Ahora se debe seleccionar el perfil de la banda, para lo cual se emplearán las tablas

2 y 3, en las cuales se necesita la potencia de calculo en KW, la cual tiene un valor

de 3.4 KW.


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Tabla 2. Recomendaciones para la selección del tamaño de perfil en correas estrechas.

Tabla 3. Recomendaciones para la selección del tamaño de perfil en correas normales.

Como se puede apreciar en la tabla 2 los valores se hayan dentro la zona de labanda 3V, y en la tabla 3 se puede apreciar los valores dentro de la zona de la banda

tipo Z, siendo que la banda 3V es mas comercial, se seleccionará esta banda.

Para seleccionar el diámetro mínimo de la polea menor se empleará la tabla 4, en la

cual se muestra el valor del diámetro mínimo expresado en milímetros (mm), con

respecto al tipo de banda que se seleccionó previamente.


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Tabla 4. Valores recomendados de diámetro primitivo mínimo para poleas.

Por lo mostrado en la tabla 4 se aprecia que se debe seleccionar un diámetro mínimo

de 71 mm para una banda de perfil 3V, por lo cual la polea menor, la cual para el

caso particular de este proyecto es la conducida, tendrá un diámetro de 71 mm. Para

determinar el diámetro de la polea mayor se emplea una relación entre los diámetros

y la relación de transmisión del sistema, para determinar dicha relación de

transmisión se tiene la siguiente ecuación.

---------- Ecuación 3.7Donde: es la relación de transmisión del sistema, con valor adimensional; es lavelocidad del sistema en RPM; es la velocidad del motor en RPM.Sabiendo que la velocidad del extractor es de 3000 RPM y la velocidad del motor es

de 1800 RPM, sustituyéndolas en la Ecuación 3.7 y despejando la relación de

transmisión se tiene:

Para calcular el valor de la polea motriz se tiene la siguiente ecuación:

---------- Ecuación 3.8Donde: es la dimensión de la polea motriz expresado en milímetros (mm); es ladimensión de polea conducida expresado en (mm).


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Sabiendo que se cuenta con la dimensión de la polea conducida y la relación de

transmisión, se puede despejar a y sustituir los demás valores para obtener:

Para obtener el valor de la longitud de la correa es necesario conocer la distancia

entre centros, empleando los valores de los diámetros de las poleas y la siguiente

ecuación:

---------- Ecuación 3.9

Ahora para calcular la longitud aproximada de la banda se empleará la siguiente

formula, donde se ocupan valores ya conocidos:

---------- Ecuación 3.10


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Con el valor de la longitud aproximada de la correa y el catalogo de proveedores sepuede seleccionar la longitud comercial, es recomendable seleccionar la longitud

inmediata superior a la calculada, por lo cual mediante el catalogo de GATES se

seleccionó para este sistema la banda 3V 250 con una longitud de 635 mm.

Ahora con estos valores se puede corregir el valor de la distancia entre centros

mediante la siguiente ecuación:

---------- Ecuación 3.11Donde: es la longitud comercial de la correa; es la longitud de cálculo.Sustituyendo los valores se tiene:

♦ Cálculo y diseño de las poleas

Para el diseño de las poleas es necesario conocer el número de bandas que se

necesitan, para esto es necesario recurrir a la siguiente formula:

---------- Ecuación 3.12


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Donde: Z es el número de bandas; es la potencia de cálculo; y es la potenciatransmisible por la correa.

De la ecuación anterior se desconoce el valor de , para lo cual se tiene la siguienteecuación:

---------- Ecuación 3.13Donde: es el coeficiente dado por la relación de los diámetros y la distancia entrecentros; es el coeficiente dado por el ángulo de contacto de la polea.Para determinar el factor se emplea la siguiente ecuación, donde los valoresempleados son los valores ya conocidos de los diámetros y la distancia entre

centros, por lo que al sustituirlos se tiene:

De la Ecuación 3.13 hace falta determinar , para esto es necesario calcular elángulo de contacto de la correa, utilizando la siguiente formula:


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Conociendo el valor del ángulo de contacto y mediante la utilización de la tabla 5 es

posible determinar el factor del ángulo de contacto.

Tabla 5. Valores del coeficiente del ángulo de contacto.

Con la tabla anterior se puede determinar que el valor del coeficiente del ángulo de

contacto para este sistema en particular es de 0.96, siendo que el valor del ángulo de

la tabla más cercano es de 163º.

Para obtener el valor de se recurrirá a la tabla 6, en la cual se muestran losvalores de las potencias adicionales en función del diámetro menor y la velocidad de

rotación.

Tabla 6. Valores de potencia adicional para la correas tipo 3V.

De la tabla anterior se puede observar que: debido a que el diámetro menor del

sistema es de 71mm y que la velocidad del mismo es de 3000 RPM, la potencia

adicional para la banda ser a de 1.10 Hp.

Ahora que se tienen los valores de los coeficientes y la potencia adicional, estos se

pueden sustituir en la Ecuación 3.13 para determinar la potencia transmisible por la

correa, como se muestra a continuación:


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El valor obtenido se sustituye en la Ecuación 3.12 para obtener el número de bandas:

Por lo anterior se tiene que se emplearán 3 bandas para la transmisión de potencia

entre las poleas.

Los dimensionamientos para los perfiles de garganta de las poleas, se obtienen de

los manuales de fabricantes, en este caso es la banda 3V de GATES, cuyos

dimensionamientos de perfil se muestran en la figura 3.4.

Figura 3.4. Dimensionamiento para perfil de correas tipo B

Por lo que al revisar los valores del perfil de garganta se tienen: Una polea motriz con

un diámetro de 117.86 mm, y un perfil de 36 mm, dicha longitud es la suma de las 3

bandas necesarias para la transmisión de potencia; así mismo se tiene una polea

conducida con un diámetro de 71 mm, y un perfil de 36mm. En la figura 3.5 se

muestra un modelado de las poleas.


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Figura 3.5. Modelado de las poleas.

♦ Cálculo y diseño del árbol de transmisión

Para el diseño del árbol de transmisión se empleará una formula para determinar un

diámetro mínimo aproximado para el árbol.

---------- Ecuación 3.14Donde: N es la potencia en este punto del sistema expresada en Hp; y n es la

velocidad de giro en este punto del sistema expresada en RPM.

Sabiendo que la potencia en este punto es la que anteriormente se calculó como la

potencia suministrada por el motor (4.7 Hp), y la velocidad es de 1800 RPM,

sustituyendo estos valores en la ecuación anterior se tiene:


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De acuerdo con el catalogo del proveedor de rodamientos, el diámetro interior de

rodamientos para altas velocidades inmediatamente superior al valor obtenido es de

30mm, por lo que el diámetro del árbol de transmisión será de 30mm.

Figura 3.6. Propuesta de dimensionamiento para el árbol de transmisión.

Como se muestra en la figura anterior el árbol de transmisión se dividirá en cuatro

secciones, de izquierda a derecha, la primera sección corresponde a la parte que

hace contacto y recibe el movimiento de la polea conducida, su longitud es de 36

mm, debido a que esta es la longitud del perfil de la polea. En la segunda sección se

tiene un espacio, el cual tendrá contacto con el rodamiento, esta sección tendrá una

longitud de 9 mm, la cual es la longitud del perfil del rodamiento. La tercera sección

esta destinada a ser la separación entre el rodamiento y la cuarta sección, la cual por

norma ASME debe ser como mínimo la mitad del diámetro primordial del árbol, por lo

cual se le asignará un valor arbitrario de 15 mm la longitud de esta sección.

Finalmente la cuarta sección, es aquella que tendrá contacto con la canasta del

bastidor, por lo que su longitud depende del espesor de la canasta, siendo este de

45mm.


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Para los diámetros de cada una de las secciones se tomará en cuenta las

recomendaciones de la norma ASME, es decir, el incremento y decremento de los

diámetros será del 10 o 15% con respecto a las secciones anteriores. Mencionado lo

anterior, se partirá de la segunda sección, debido a que el diámetro de esta sección

está sujeto a los dimensionamientos de los rodamientos, como se mencionóanteriormente el diámetro interior del rodamiento a emplear es de 30 mm, por lo que

el diámetro de esta sección será de 30mm. El decremento de la primera y cuarta

sección será de 10% con respecto a la segunda sección, por lo que se tendrá un

diámetro de 27 mm para estas secciones. Para la tercera sección se tendrá un

incremento del 15% con respecto a la segunda sección, por lo que la tercera sección

tendrá un diámetro de 34.5mm.

Figura 3.7. Modelado del árbol de transmisión.

Ahora es necesario calcular la chaveta, es decir, el dispositivo que hará la conexión

del árbol de transmisión con la polea y la canasta, este dispositivo tiene un perfil

cuadrado, el cual se determinará de forma arbitraria y a partir de este se calculará la

longitud del mismo.

Para determinar la longitud de la chaveta se emplear una ecuación base y la

sustitución de diferentes valores de la misma ecuación:

---------- Ecuación 3.15


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Donde: es el esfuerzo cortante máximo permisible que tiene el material; es la resistencia al aplastamiento; es la resistencia a l corte por cizallamiento.De la ecuación anterior se puede determinar el valor del esfuerzo cortante máximo

permisible mediante la siguiente ecuación:

---------- Ecuación 3.16Donde: CVC es el coeficiente por variación de carga, que en el caso particular de

este ejemplo es de ; es la resistencia al corte o esfuerzo de fluencia, expresadoen kilogramo fuerza sobre milímetro al cuadrado ; V es el coeficiente porrazón de corte con un valor de 0.5 para este caso; es el factor de seguridad cuyovalor para este caso es de 2.El valor de la resistencia al corte se puede obtener de la tabla de datos

proporcionada por el fabricante del material.

Tabla 7. Propiedades mecánicas del acero 304.

En la tabla anterior se aprecia el valor del esfuerzo de fluencia, pero este valor está

dado en mega pascales (MPa), el cual transformado a kilogramos fuerza nos da un

valor de 20 .Sustituyendo todos los valores de la Ecuación 3.16 se tiene:


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Los valores de la resistencia al aplastamiento y al corte por cizallamiento pueden sersustituidos por su equivalente de la fuerza por torsión, en función del área de la

pieza, es decir:

---------- Ecuación 3.17 ---------- Ecuación 3.18

En las ecuaciones anteriores se puede observar que estas se encuentran en funcióndel área, y sabiendo que estas piezas tienen una sección cuadrada de perfil, se

puede sustituir el área por HL, donde: H es la longitud de una cara del perfil y L es la

longitud de la pieza, sabiendo que cada lado del perfil tiene como medida 10 mm,

solo hace falta calcular la fuerza por torsión, la cual se obtiene con la siguiente

ecuación:

---------- Ecuación 3.19

De la ecuación anterior es el momento por torsión, y D es el diámetro del puntodonde se aplica la fuerza, para determinar el momento por torsión en la polea motriz

se tiene:

---------- Ecuación 3.20


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Sustituyendo el valor de en la Ecuación 3.19 y resolviendo para un diámetro de28.575mm, se tiene:

Para determinar la fuerza por torsión en la primera sección del árbol de transmisión

solo basta con multiplicarlo por el factor de perdida por rozamiento y la relación de

transmisión, como se muestra a continuación:

Ahora que se cuenta con el valor de , y sabiendo que H tiene un valor de 10 paraesta sección, al sustituir los valores en la Ecuaciones 3.17 y 3.18 se tiene:


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Teniendo estos valores y el valor del esfuerzo cortante máximo permisible, al

sustituirlos en la Ecuación 3.15, y despejando L, al resolver se tiene:


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Para determinar la longitud de la chaveta de la última sección, es decir, la sección

que tendrá contacto con la canasta, se seguirán los pasos que se emplearon para lachaveta anterior. Como primer paso se determinará el momento por torsión:

Como segundo paso se determinará la fuerza por torsión en este punto donde el

diámetro es de 27mm.

Como tercer paso se calcularán los equivalentes de las ecuaciones 3.17 y 3.18,

sabiendo

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