Tesis / 0057 / I.M. by MAOSABO

DISEÃ&#x2018;O DE UNA DESCASCARADORA DE SEMILLAS DE JATROPHA PARA EL SECTOR DE BIOCOBUSTIBLES

JIMMY BARRAGAN RIVERA DAVID RICARDO TORRES LOPEZ

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA MECATRONICA BOGOTA 2016

DISEÑO DE UNA DESCASCARADORA DE SEMILLAS DE JATROPHA PARA EL SECTOR DE BIOCOBUSTIBLES

JIMMY BARRAGAN RIVERA DAVID RICARDO TORRES LOPEZ

Trabajo de tesis, para optar por el título de Ingeniero Mecatrónico

Ingeniero: ANDRES FELIPE SANCHEZ CRISTO Coordinador de investigación programa de ingeniería mecatrónica

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA MECATRONICA BOGOTA 2016

CONTENIDO 1

INTRODUCCION ................................................................................................... 5

DESCRIPCION DEL PROBLEMA ......................................................................... 7

OBJETIVOS .......................................................................................................... 7 3.1

OBJETIVO GENERAL .................................................................................... 7

3.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................................... 7

JUSTIFICACIÓN.................................................................................................... 8

MARCO REFERENCIAL ..................................................................................... 10 5.1

MARCO TEÓRICO ....................................................................................... 10

Jatropha curcas. .................................................................................................. 10 Biocombustibles................................................................................................... 12 Antecedentes ....................................................................................................... 15 Descascaradoras de semillas que se encuentran en el mercado. ........................ 17 Momento de inercia. ............................................................................................ 18 5.2

Marco conceptual. ........................................................................................ 20

5.2.1.

Sistema de alimentación y dosificación.................................................. 20

5.2.2.

Sistema de descascarado la semilla. ..................................................... 29

5.2.3. Zona de separación. .................................................................................. 34 5.3

MARCO INSTITUCIONAL ............................................................................ 39

5.4

MARCO LEGAL ............................................................................................ 40

DISEÑO METODOLÓGICO................................................................................. 42 6.1

Metodología .................................................................................................. 42

6.2

Variable ........................................................................................................ 42

6.3

Desarrollo metodológico ............................................................................... 42

DESARROLLO DEL PROYECTO........................................................................ 44 7.1

Modulo mecánico.......................................................................................... 45

Diseño del sistema de alimentación. .................................................................... 49 Selección del sistema de descascarado a usar.................................................... 58 Sistema de separación ........................................................................................ 80 Estructura de soporte........................................................................................... 81 7.2

Modulo eléctrico. .......................................................................................... 82

7.3

Módulo de control ......................................................................................... 87

ANÁLISIS DE RESULTADOS.............................................................................. 88

CONCLUSIONES ................................................................................................ 93

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 94

MANUAL DE ENSAMBLAJE ............................................................................ 98 3

Lista de tablas. Tabla 5-1 Clasificación de los biocombustibles ........................................................... 12 Tabla 5-2 Cuadro comparativo de diferentes descascaradoras de semillas. ............... 17 Tabla 5-3 Momentos de inercia de algunos solidos rígidos ......................................... 19 Tabla 5-4 Coeficiente de relleno, λ.............................................................................. 27 Tabla 5-5 coeficiente (i) de disminución de flujo debido a la inclinación ...................... 28 Tabla 5-6 Coeficiente (Co) de resistencia del material transportado ........................... 28 Tabla 5-7 Tipos de separadores ................................................................................. 34 Tabla 7-1 Dimensiones y propiedades mecánicas de la semilla de jatropha ............... 45 Tabla 7-2 Dimensiones geométricas de la semilla de jatropha.................................... 49 Tabla 7-3 Selección de alternativa. ............................................................................. 59 Tabla 7-4 Dimensiones calculadas de los engranajes................................................ 70 Tabla 7-5 Señales de entradas PLC. .......................................................................... 83 Tabla 7-6 Señales de salidas PLC ............................................................................. 70 Tabla 7-7 Diferencias variador respecto a un arrancador............................................ 85

Lista de figuras Figura. 5-1 Momento de inercia .................................................................................. 18 Figura. 5-2 Tolva rectangular. ..................................................................................... 21 Figura. 5-3 Tolva circular ............................................................................................ 22 Figura. 5-4 Dosificador de compuerta rotativa ............................................................ 23 Figura. 5-5 Dosificador por bandas rodantes .............................................................. 24 Figura. 5-6 Dosificador de tornillo sin-fin ..................................................................... 24 Figura. 5-7 Partes de un transportador de tornillo sin-fin............................................. 25 Figura. 5-8 Tornillo sin fin ........................................................................................... 26 Figura. 5-9 Longitud de un transportador tornillo sin-fin .............................................. 26 Figura. 5-10 Molino de discos: .................................................................................... 29 Figura. 5-11 Molino de doble Rodillo ........................................................................... 31 Figura. 5-12 Circunferencia primitiva de los engranajes .............................................. 33 Figura. 5-13 Dimensiones de un engranaje ................................................................ 34 Figura. 5-14 Separador de Zaranda ............................................................................ 35 Figura. 5-15 Separador de tamices. ............................................................................ 35 Figura. 5-16 Separador de Tambor ............................................................................. 36 Figura. 5-17 Separador de cinta ................................................................................. 36 Figura. 5-18 Sedimentación. ....................................................................................... 37 Figura. 5-19 Clasificador de cono ............................................................................... 38 Figura. 5-20 Clasificador Dorr ..................................................................................... 38 Figura. 5-21 Separador neumático.............................................................................. 39 Figura. 7-1 Medición de las dimensiones de la semilla de jatropha ............................. 45 Figura. 7-2 Pirámide Truncada. .................................................................................. 51 Figura. 7-3 Calculo del diámetro de los rodillos........................................................... 60 Figura. 7-4 Separador neumático................................................................................ 81 Figura. 7-5 Arquitectura de control .............................................................................. 45 Figura. 7-6 Motorreductor. .......................................................................................... 84 Figura. 7-7 Variador. ................................................................................................... 85 Figura. 7-8 Diagrama de flujo...................................................................................... 81 4

INTRODUCCION

El uso de biocombustibles representa el comienzo de un cambio en la forma de ver el medio ambiente a nivel mundial, esto significa una gran oportunidad para Colombia en donde se puede tener un alto crecimiento económico en el sector agropecuario, así como las exportaciones del país.1 En una entrevista realizada por la universidad de Antioquia al ingeniero John Ramiro Agudelo Santamaría, investigador del departamento de Ingeniería Mecánica de esta universidad, sobre la importancia de los biocombustibles, el expone que: “En el ámbito internacional los biocombustible juegan un papel importante desde el punto de vista de reducción del dióxido de carbono (CO2), pero no es por el proceso de combustión -es decir que la combustión en un motor o en el sistema térmico que use, emita menos CO2 que el combustible convencional- sino por las emisiones netas de dióxido de carbono que van a ala atmosfera, dado que el combustible de origen biológico provienen de una planta que a su vez tiene que capturar CO2 de la atmosfera para el proceso de fotosíntesis; esto hace que las emisiones netas de CO2 sean aproximadamente nulas, y en todo caso, mucho menores que el impacto que supone liberar el carbono que hay en los combustibles convencionales en la naturaleza”. (UDEA, 2012) El Ingeniero también habla sobre como es el uso de estos en Colombia: “En Colombia hay elementos que justifican el uso de los biocombustibles, empezando por la calidad, mirada por el elevado contenido de azufre de los combustibles del cual esencialmente carecen los biocombustibles; por lo tanto, cualquier proporción de mezcla que se haga de un biocombustible redundara en un porcentaje de reducción de azufre. Los combustibles convencionales al no aportar oxígeno al proceso de combustión, se ven sometidos a una combustión deficiente de oxigeno atmosférico y eso hace que haya más emisión de material particulado porque no hay oxigeno suficiente para oxidar el combustible. Otro factor importante es que Colombia tiene un gran potencial agrícola, además de estar entre los cinco mayores productores de aceite de palma”. (UDEA, 2012) Actualmente en Colombia se desarrollan dos tipos de biocombustibles: El biodiesel, obtenido a partir del aceite de semillas oleaginosas como la soja, el maní, la higuerilla, la jatropha, etc. Y el bioetanol obtenido de la fermentación de sustancias ricas en azúcar como la caña de azúcar. Para luchar contra el cambio climático y crear una sociedad más sostenible ambientalmente, en Colombia se regulo el uso de diferentes productos agrícolas para la elaboración de biocombustibles, basándose en los siguientes criterios 2:  

No competir con productos alimenticios: Esto para evitar afectar la seguridad alimentaria. No privilegiar monocultivos: Esto con el fin de estimular la siembra de diferentes plantas en una misma área para evitar el exterminio.

UDEA, U. d. (octubre de 2012). Los biocombustibles una alternativa ambiental y económica. Revista Investiguemos, pag 12. Antioquia, Colombia. Recuperado el septiembre de 2016 2 PTA, P. d., UDEA, U. d., LST S.A., L. T., UCO, U. d., & Biocombustibles, C. B. (2006). Desarrollo de la opción de jatropha curcas. Programa Biodiesel sostenible para Antioquia. Antioquia, Colombia.

 

Aprovechar y recuperar territorios degradados: Es decir cultivar en áreas que se consideraban inertes y degradadas. Construir modelos incluyentes: los cultivos no pueden generar exclusión social ni política.

La producción mundial de biocombustibles ha estado tradicionalmente basada en la extracción de aceites vegetales de los cultivos de Colza, Soya, Girasol y Ricino, de los cuales los tres primeros compiten con alimentos; sin embargo, en años recientes la Jatropha (Jatropha curcas) ha cobrado una gran importancia, ya que es una de las especies vegetales con mayor contenido de aceite (55%) y de ella se obtiene un biodiesel de gran calidad. Este cultivo tiene un rendimiento aproximado de 2500 kilogramos/hectárea, un rendimiento de 1,478 Litros de aceite/Hectárea y un factor de conversión a biodiesel del 0,96, que permite una producción aproximada de 1,419 Litros de biodiesel/hectárea. Adicionalmente la Jatropha es un cultivo que es una excelente opción de reforestación, que puede contribuir a la conservación de suelos evitando la erosión, constituyéndose en una alternativa para suelos marginales y en riesgo de desertificación. Los aceites se obtienen a través de medios mecánicos (empleo de prensas que reducen la semilla) o por medios químicos (empleo de solventes orgánicos), o por una combinación de los dos métodos. Este proceso consiste entonces en someter las hojuelas cocinadas, que contienen entre un 40 a 45% de aceite, a un prensado, o a un solvente (bien sea la pasta cocinada o la torta obtenida del prensado que aun contiene entre un 15 a 25% de aceite). El rendimiento del aceite depende de la cantidad de aceite que queda en la torta después del prensado. Esta cantidad es más baja cuanto mayor es la presión, aunque influyen otras variables como el tiempo de drenaje de la prensa, la temperatura, la viscosidad del aceite, el contenido de aceite y de fibra de las materias primas y la preparación de la semilla antes de la extracción.3 En el presente documento se abordará inicialmente una problemática específica que se presenta en el proceso de extracción de aceite de las semillas de jatropha, esta está asociada a la preparación de la semilla antes de pasar a la fase de extracción de aceite, dicha preparación consiste en realizar el descascarado d la semilla de jatropha para evitar la pérdida de aceite en el proceso de prensado, y específicamente ayudar a que este proceso se realice de manera automática sin necesitar la intervención de ninguna persona, para así evitar exponerla a lesionarse o adquirir enfermedades por realizar el descascarado de manera manual, técnica que se emplea actualmente para realizar esta labor, ya que no existen equipos diseñados específicamente para el descascarado de la semilla de jatropha; seguido del planteamiento de una alternativa para dar solución al problema, basados en la consulta de investigaciones realizadas anteriormente por otros autores, y finalmente realizando el diseño de la alternativa elegida.

Gustav heess, Obtención de aceites mediante presión, Barcelona (en línea). Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211615/Modulo_exe/211615_Mexe/index.html

DESCRIPCION DEL PROBLEMA

Actualmente varios países estudian el uso de aceite vegetal en la elaboración de biocombustible, debido a los diferentes problemas como el cambio climático y el agotamiento de las reservas petroleras. El aceite puede ser usado directamente en el motor, o en la elaboración de biodiesel para luego emplearlo como combustible. La extracción de aceite se puede realizar de forma química, mediante el uso de solventes químicos, o de manera mecánica; en este momento está última es la más utilizada por los productores de aceite, y laboratorios de biocombustibles para la extracción del aceite. En Colombia muchos productores de plantas oleaginosas como la soja, el ricino, la palma, la higuerilla, la jatropha, entre otras, han decidido iniciar la extracción de aceite en sus mismas explotaciones para su posterior comercialización, también varias entidades y universidades están dedicándose a la elaboración de biocombustibles a partir de este tipo de semillas, este es el caso de LA FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA (UNIAGRARIA), donde se realiza la elaboración de biodiesel a partir de semillas de jatropha en el laboratorio de biocombustibles con el que esta institución cuenta. El proceso inicia con la semilla limpia y lista para procesar, es decir sin residuos de fruto, madera u otros elementos, luego se retira la cáscara de la semilla para dejar la almendra (parte interna de la semilla) descubierta, e introducirla en la extractora y obtener el aceite mediante prensado en frio y posteriormente convertirlo en biodiesel; pero este proceso tiene una deficiencia, específicamente en la etapa de descascarado, en esta fase se presentan pérdidas de tiempo debido a que este procedimiento se realiza de manera manual mediante el uso de herramientas tales como alicates y pinzas, generando demora al no disponer de gran cantidad de almendra para continuar con el proceso, pérdida de aceite al ejercer una presión muy alta en la semilla fracturando tanto la cascara como la almendra.

3 3.1

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Diseñar una máquina descascaradora de semillas de jatropha, reduciendo los tiempos y mejorando la producción de aceite de forma automatizada.

3.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS · · · · · ·

Elaborar la revisión del estado del arte Realizar análisis de fuerzas de fractura de la semilla de jatropha. Diseñar un sistema mecánico de descascaramiento de semilla de jatropha. Diseñar un circuito electrónico para operar la máquina. Realizar un diagrama de flujo para el programa del circuito electrónico. Realizar el manual de ensamblaje.

JUSTIFICACIÓN.

En Nueva York el 22 de abril de 2016, 160 países, entre ellos muchos latinoamericanos, confirmaron su deseo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero al medio ambiente, con el fin de mitigar el calentamiento global, y evitar un aumento de temperatura mayor a los 2 grados propuestos como límite; lo que generaría un gran impacto en la zona Caribe, produciendo perdida de glaciares tropicales, e impactando el suministro de agua y energía a países andinos (Vergara, 2016), además afectación de ecosistemas y zonas agrícolas tropicales, e incluso desestabilización del bioma amazónico. Es por esto que se ha decidido realizar acciones como: la decarbonización del sector eléctrico, mediante la introducción masiva de energías renovables, primero atendiendo el aumento en la demanda y luego, gradualmente, desplazando la generación con combustibles fósiles (gas, carbón y otros).4 “Algunos países ya están haciendo esta transición, en Brasil, por ejemplo, en 2015, 90 % de toda la oferta nueva de generación eléctrica fue adjudicada, en concurso, a energías renovables, básicamente eólica e hidro. En Uruguay, toda la nueva capacidad desde el 2011 ha sido renovable. Uruguay, Costa Rica, Nicaragua se han unido al exclusivo club de naciones que pretende descarbonizar sus economías antes del fin de siglo”. (Vergara, 2016) Colombia enfrenta una difícil situación en el campo petrolero por la disminución de las reservas y la ausencia de nuevos hallazgos del mineral. Ante esta situación, el biodiesel se presenta como una de las mejores opciones para frenar la difícil situación que enfrenta Ecopetrol a la hora de producir combustibles.5 Los aceites vegetales se han considerado como alternativa a los combustibles derivados del petróleo, para usarse como combustible base en plantas de generación diésel. Algunos ejemplos de aceites vegetales son: el aceite crudo de la Jatropha curcas (ACJC), el aceite crudo de soja (ACS), el aceite crudo de palma (ACP), el aceite crudo de algodón (ACA) y el aceite crudo de maíz (ACM).2,6 Uniagraria es una institución de educación superior, que está produciendo biodiesel a partir de semillas de jatropha, en su laboratorio de biocombustibles; la producción no es muy alta, en primer lugar, debido a que los equipos para su extracción no permiten gran elaboración del biocarburante, en segundo lugar, como consecuencia de las falencias que se tienen en la etapa de descascarado del proceso de extracción del aceite de la semilla de jatropha. El principal inconveniente se centra en las pérdidas de tiempo producto de realizar el descascarado de manera manual, según el ingeniero encargado del laboratorio se necesita alrededor de una hora para poder retirar la cascara de 3 kilogramos de semilla, lo que retrasa el proceso al no contar con suficiente cantidad de almendra para prensar y extraer el aceite. 4

Vergara, W. (22 de ABRIL de 2016). 'En menos de 20 años no habrá cupo para más emisiones de gas'. EL TIEMPO. 5 A. Murugesan, C. Umarani, R. Subramanian, and N. Nedunchezhian, "Biodiesel as an alternative fuel for diesel engines--A review," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 13, pp. 653-662, 2009. 6

G. Knothe, R. O. Dunn, and M. O. Bagby, "Biodiesel: the use of vegetable oils and their derivatives as alternative diesel fuels " 2003.

Los riesgos a los que está expuesta la persona que realiza el descarado manual, son tensión en las manos, muñecas y codos. Estas lesiones podrían provocar la pérdida de habilidad para utilizar las manos y podría llevar a la discapacidad permanente. Las principales lesiones que se pueden ocasionar son inflamación de tendones, o tenosinovitis. La tenosinovitis afecta a dos tendones que comparten una vaina localizados en la parte externa de la muñeca y que llegan al primer dedo o pulgar por la parte posterior, haciendo que éste se separe del resto de la mano y se estire. Es más frecuente su aparición en trabajadores que realicen trabajos con martillos o que aprieten objetos con el pulgar mientras muevan la muñeca. Algunos productores de aceite de jatropha no realizan el descascarado por las razones anteriores; pero esto no es muy recomendable debido a que el aceite obtenido presenta gran cantidad de material particulado producto de la trituración de la cascara, generando mayor costo en la purificación de este aceite, ya que se debe realizar un proceso de filtración o sedimentación, según sea la cantidad de partículas con las que cuente el crudo, este paso además genera demoras de producción, al ser una etapa adicional en la purificación del aceite. El reemplazar la persona que realiza esta labor por un equipo eléctrico permitirá una mayor capacidad de producción al poder descascarar gran cantidad de semillas en poco tiempo, y aún más importante se reduce el riesgo de la persona que realiza el descascarado, de sufrir enfermedades articulares y/o musculares como consecuencia de la gran presión que deben generar en la herramienta manual que se usa para este proceso.

MARCO REFERENCIAL

En este capítulo se dará a conocer algunos estudios relacionados al diseño de descascaradoras de cereales, así como los diferentes tipos que existen. También se podrá en contexto al lector sobre que es la planta de jatropha, sus productos derivados y el uso de los mismos, centrándose en especial en el aceite obtenido de la semilla, el cual es usado en la producción de biocombustibles. De igual manera se expondrá la normatividad vigente referente al diseño de maquinaria de tipo agrícola, la producción de biocombustibles y las leyes que regulan el uso de plantas en la producción de biocombustibles. 5.1

MARCO TEÓRICO

En este apartado se dará a conocer diferentes aspectos de la semilla de jatropha, la cual está siendo usada en el laboratorio de biocombustibles de Uniagraria para la elaboración de biocombustible, de igual manera se podrá ver los diferentes tipos de biocarburante y como se clasifican según su tipo. De igual manera se puede ver una reseña de algunas investigaciones realizadas sobre diferentes tipos de descascaradora de granos y semillas, esto debido a que no se encuentra una descascaradora destinada específicamente para el procesamiento de semillas de jatropha, y la cantidad de información sobre un equipo especializado para esta semilla es muy poca, pero teniendo en cuenta que las dimensiones de esta y sus características hacen que se pueda realizar una analogía con equipos destinados para el descascarado de otros como la higuerilla, el maní, el girasol; todas estos estudios e investigaciones realizados en países como argentina, ecuador y Colombia. También se puede encontrar información relevante sobre algunas características de diferentes descascaradoras que se encuentran actualmente en el mercado, y como estos datos son de gran ayuda para el desarrollo dl proyecto, asimismo se encontrara información pertinente sobre el momento de inercia de diferentes cuerpos rígidos y como estos datos y aspectos influirán en secciones más adelante, permitiendo un progreso en la determinación de cada etapa de desarrollo del proyecto. Jatropha curcas. Es una planta originaria de la América Latina, se cree que oriunda de México y de allí se fue al África, India y otros lugares del mundo y es utilizada para la cura de diferentes enfermedades. Pertenece a la familia de las Euphorbiaceae de nombre científico Jatropha curcas. Tiene más de 3 mil 500 especies agrupadas en 210 géneros.  Etimología. Del griego iatrós = médico, ytrophé = alimento Otras denominaciones: jatrofa, pinhão manso, piñón botija, piñón de leche, piñóncillo, tempate, barbados nut, physic nut.

Con todo, muchos la han catalogado como “un cultivo extraño” que se va a desarrollar sin detrimento de los cultivos comestibles necesarios para la alimentación de las poblaciones, cuestión no menor en las actuales condiciones del mundo. Hoy es el cultivo agro energético del futuro. Es venenoso en su mayor parte y por lo tanto no es comestible por los seres humanos.7 Del tallo de la Jatropha se puede extraer látex, y de sus hojas y cortezas otras sustancias para aplicaciones medicinales (desde la antigüedad) y se ha usado, también, como insecticida orgánico. Su fruto es por lo general venenoso. Se ha dicho desde tiempos inmemoriales que es una planta de mucha “energía”. De las semillas de este arbusto se obtiene un aceite de alta calidad (el mejor aceite, según dicen los científicos), superior al aceite de higuereta para ser usado como combustible, en sustitución del diésel.  Tamaño y altura de la Jatropha curcas. La Jatropha curcas árbol (o arbusto) es normalmente de tamaño medio, que alcanza una altura de 2 a 5 metros.  Vida útil de la jatropha curcas. La Jatropha curcas dura más de 30 años y hasta 50 o más años. Esta es una real y potente ventaja comparativa de esta especie inigualable.  Semillas de la jatropha curcas. Las semillas de la Jatropha tienen la forma de una nuez, aunque son un poco más pequeñas. Cuando su cáscara exterior, que normalmente es de color verde, empieza a tomar una tonalidad amarillenta, las semillas están listas para ser recolectadas. Al retirar la cáscara, encontramos otras tres semillas. Cada una de ellas contiene un 40% de aceite”, explica el profesor Klaus Becker, que se ha dedicado a probar la resistencia de la Jatropha en países como Egipto, la India o Madagascar.  Producción de jatropha curcas. La Jatropha se puede reproducir por semilla o por vía vegetativa (estacas); cuando la planta es obtenida por semilla tarda 2 años para producir la primera cosecha. Plantado por estacas la primera producción se va a obtener al año, con la ventaja de que la planta no sufre variabilidad por la posibilidad de cruce con otras plantas. Para los países con problemas de avance de los desiertos resulta una muy buena alternativa para grandes cambios que los estados tiene obligación de promover. El contenido de aceite de cada semilla está entre 35% y 37% pudiendo llegar a cifras superiores dependiendo de la variedad y manejos culturales. Por ello es muy importante

BIOFUEL, C. D. (s.f.). jatropha. Obtenido de COLOMBIANA DE BIOFUEL: http://colombianadebiofuel.jimdo.com/que-es-la-jatropha/

las condiciones y formas de cultivos en que la fertilización especial y el riego tecnificado pueden ser clave en este aspecto.  La producción. Una hectárea de terreno puede producir de 6-8 toneladas promedio, pudiendo pasar las 10 toneladas y más dependiendo del cultivo y área y condiciones de plantación. Esto generaría aprox. 2,100 a 2,800 hasta más de 3.000 litros de aceite. Biocombustibles Se puede definir como biocombustibles a aquellos combustibles que se producen a partir de la biomasa, es decir, materia orgánica originada en un proceso biológico. Estos pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos, siendo los dos últimos los que ofrecen mayores beneficios al ambiente. En los biocombustibles líquidos, se pueden discernir tres categorías: biodiesel; bioalcoholes y biocrudo, y aceites biosintéticos. El biodiesel es un combustible con un gran potencial y representa una excelente opción frente al diésel convencional Los biocombustibles también se pueden clasificar en biocombustibles de primera, segunda, tercera y cuarta generación, esto de acuerdo al tipo de tecnología usado para su extracción y el tipo de materia de la cual se extraen. Hoy día, la producción de biocombustibles de primera generación tiene una gran trascendencia y se estima una producción mundial de 50.000 millones de litros por año. Sin embargo, producir estos biocombustibles, especialmente los extraídos a partir de aceite virgen, han desatado reacciones desde el área ambiental, como el sector de seguridad alimentaria, desde el punto de vista ambiental como consecuencia de la deforestación de bosques para la implantación de cultivos oleaginosos; y desde el punto de vista de la seguridad alimentaria se ha manifestado la preocupación por el uso de aceite vegetales comestibles.8 Tabla 5-1 Clasificación de los biocombustibles

Categoría

“Primera corriente de pensamiento”

Materias primas

Proceso tecnológico

Primera generación Aceites obtenidos a partir de semillas oleaginosas tales como la colza, palma, soja, girasol, entre otros. Estas son las primeras materias Esterificación y primas que se emplearon para la transesterificación producción de biocombustibles de aceites y fermentación y las de mayor uso a nivel de azúcares mundial.

Ejemplos de biocombustibles

Biodiesel, bioetanol, Biobutanol.

G Knothe, R. D. (2003). Biodiesel: the use of vegetable oils and their derivatives as alternative diesel fuel.

Continuación Tabla 5 1 Clasificación de los biocombustibles

“Segunda corriente de pensamiento”

“Primera corriente de pensamiento”

“Segunda corriente de pensamiento”

Cultivos agrícolas y/o Esterificación y oleaginosas (caña de azúcar, transesterificación granos de maíz, aceite de de aceites y fermentación palma, de soja, de ricino, de de azúcares semillas de algodón, de coco, de maní, entre otros). Grasas animales, aceites usados previamente en la preparación de alimentos y desperdicios sólidos orgánicos. Segunda generación Aceites y grasas no aptas para el consumo humano y que no generan controversia con la seguridad alimentaria: aceite de Pretratamiento físico, jatropha, de semillas de tabaco, químico y biológico de la de jojoba, de higuerilla, el aceite materia prima, de cocina usado, el sebo de res fermentación y proceso y la manteca de cerdo. petroquímico

Biodiesel, bioetanol, biobutanol

Lignocelulosa biomasa vegetal: Hojas y ramas secas de árboles, tallos, residuos de madera, entre otros.

Bioetanol, biobutanol, biodiesel y gas de síntesis

Microalgas

Pretratamiento físico, químico y biológico de la materia prima, fermentación y proceso petroquímico

Tercera generación Cultivo de algas, cosecha y extracción del aceite, transesterificación, o fermentación o proceso termoquímico

Cuarta generación Ingeniería metabólica de Bacterias modificadas algas con aumento de la genéticamente que emplean capacidad de dióxido de carbono para la atrapamiento de carbono, producción de biocombustibles. cultivo, cosecha, fermentación o extracción del aceite, transesterificación, o proceso termoquímico

Bioetanol, biobutanol, biodiesel y gas de síntesis

Biodiesel, bioetanol, biobutanol, gas de síntesis, biohidrógeno, metano Biodiesel, bioetanol, biobutanol, gas de síntesis, biohidrógeno, metano

Fuente: análisis del sector biodiesel en Colombia y su cadena de suministro

 Aceite vegetal como biocombustible Se ha considerado que el aceite de origen vegetal puede ser usado como combustible desde la época en que se inventó el motor diésel en el año de 1912, pero solo desde la década de los años 70 se ha empezado a trabajar en esto, comenzando con la modificación de los motores para que puedan funcionar con aceite vegetal puro, pero

esto no ha sido posible, por lo que se ha optado por generar biocombustibles a partir de estos aceites.9 El uso de aceites vegetales puros como combustible en motores Diésel origina problemas como, taponamiento de filtros, líneas e inyectores, depósitos de carbón en la cámara de combustión (inyector, pistón y culata), excesivo desgaste del motor, degradación del aceite lubricante por polimerización, etc. 10 Como solución a estos problemas, se han planteado varias alternativas:  



Crear motores completamente nuevos para los combustibles alternativos. Modificar los motores actuales para que se adapten a los combustibles alternativos (motores con pre-cámara o motores con sistemas de precalentamiento de aceite). Utilizar los motores actuales, modificando los combustibles alternativos.

La tercera opción es la que goza de mayor difusión actualmente, siendo el objetivo principal rebajar la viscosidad de los aceites vegetales hasta valores cercanos a los gasóleos de origen fósil, para poder ser usados en los motores Diésel.9, 10. El aceite vegetal suele ser confundido erróneamente con el biodiesel. El biodiesel es fabricado partiendo del aceite vegetal, así como de grasas animales y aceites vegetales usados, añadiéndose 10% de alcohol metílico fósil entre otras sustancias más, por ejemplo, catalizadores. Es decir, el biodiesel es aceite vegetal sometido a una transesterificación, de la que obtenemos esteres metílicos a partir de los triglicéridos.11 

Equipos de extracción de aceite

Los aceites se obtienen a través de medios mecánicos (empleo de prensas que reducen la semilla) o por medios químicos (empleo de solventes orgánicos), o por una combinación de los dos métodos. Este proceso consiste entonces en someter las hojuelas cocinadas, que contienen entre un 40 a 45% de aceite, a un prensado, o a un solvente (bien sea la pasta cocinada o la torta obtenida del prensado que aun contiene entre un 15 a 25% de aceite) 12

Árboles y los combustibles puros para motores térmicos (en línea) Disponible: http://www.arbolesymedioambiente.es/vegetal.html 10 Delvan, J. (2013). El aprendizaje y la enseñanza de las ciencias experimentales y sociales (Vol. ed 1). grupo editorial siglo 21. 11

Cerda, R. H. (02 de mayo de 2016). Los aceites vegetales como fuente de biodiesel. Obtenido de Saber más: http://www.sabermas.umich.mx/archivo/seccionesanteriores/articulos/54-numero-7/109-los-aceites-vegetales-como-fuente-de-biodiesel.html 12

Gustav heess, Obtención de aceites mediante presión, Barcelona (en línea). Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211615/Modulo_exe/211615_Mexe/index.html



Extracción mecánica del aceite de semillas oleaginosas

El proceso más antiguo utilizado para la extracción del aceite se basa en la aplicación de la presión ejercida sobre una masa de productos oleaginosos (semillas sometidas a cada uno de los tratamientos preliminares), colocados en una bolsa o mallas. El rendimiento del aceite obtenido por prensado mecánico depende de varios factores como el grado de humedad, el método de cocción y de la composición química de la semilla.13 La extracción de aceite a presión se puede realizar en prensas discontinuas o continuas, las cuales contienen tamices que dejan pasar el aceite y retienen los residuos sólidos. Para obtener un alto rendimiento en el proceso se debe utilizar una presión alta. Extracción en prensas continúas: esta operación consiste en hacer desplazar la oleaginosa continuamente bajo presión creciente de un tronillo sinfín en una caja o tambor horizontal. Una tercera parte de la prensa es el estrangulador que no es más que un orificio de presión regulable ubicado al final del tambor, el cual provoca la descarga de la torta. Este tipo de prensa no produce la torta de aceite en forma de masa compacta, sino que extrae la tora en forma de escamas sueltas, las cuales se muelen fácilmente para reducirlas a harina. Este tipo de extracción es ideal para las pequeñas y medianas empresas. Ventajas de la extracción a través de prensas continúas: * Funcionamiento continuo * Facilidad del proceso * Se extrae mayor cantidad de aceite * Tiene mayor capacidad * Bajo costo de instalación * Se produce una torta suelta en escamas, que facilita el proceso para la obtención de harina * Requiere menor mano de obra El rendimiento del aceite depende de la cantidad de aceite que queda en la torta después del prensado. Esta cantidad es más baja cuanto mayor es la presión, aunque influyen otras variables como el tiempo de drenaje de la prensa, la temperatura, la viscosidad del aceite, el contenido de aceite y de fibra de las materias primas, entre otras; aunque la variable decisiva es la presión. Antecedentes Actualmente existen gran variedad de máquinas para descascarar casi cualquier tipo de semilla, esto dependiendo de su tipo, tamaño y uso final. Se pueden encontrar descascaradoras de algodón, maní, higuerilla, arroz, cacao etc. Cada una con características especiales de acuerdo al producto que se vaya a elaborar con ellas, sea

Almacaña Montaguaro Hernan, A. J. (Junio de 2003). Tesis pregrado. Diseño y construcción de una máquina de chochos hidratados. Quito, Escuela Politécnica Nacional.

aceites medicinales, productos comestibles, o en el caso de la jatropha para elaboración de biocombustibles. 14 Desde hace más de 50 años se han venido desarrollando diseños y prototipos de descascaradoras de semillas, por ejemplo en el año de 1987 en Colombia se diseñó una descascaradora de maní con el fin de realizar este proceso en una sola operación y con el menor esfuerzo, la maquina consistía en un tambor con cilindros en su interior los cuales estaban anclados a un eje que se hacía girar con una manivela, en los costados tenia agujeros que permitían salir el maní, aunque la máquina lograba la finalidad, el producto salía mixto y luego se debía separar la cascara y el maní; durante estos años se han venido diseñando diferentes tipos de máquinas descascaradoras la gran mayoría basadas en el diseño descrito anteriormente.15 Otras usan un solo rodillo para quebrar la cascara de las semillas, es el caso de las descascaradoras que generalmente se encuentran en venta en portales de internet de maquinaria agrícola, este tipo de máquinas es el más fácil de diseñar e implementar, pero solo sirve para procesar pequeñas cantidades de semilla; algunas además de quebrar la cascara realizan la separación de esta y la almendra. En otros países como argentina también sea trabajado en el diseño de descascaradoras de maní las cuales usan una tolva con una salida plana la que permita que las semillas salgan en pequeñas cantidades y se descascaren por fricción al pasar por un tambor en el que se encuentra en su interior un rodillo con protuberancias horizontales para ejercer presión y quebrar la cascara. Otro país que también le está apostando al diseño de descascaradoras es Ecuador, en donde se trabaja con descascaradoras de chocho, para este tipo de semillas se ha trabajado diferentes tipos de descascaradoras, desde equipos con un solo rodillo hasta pasar a maquinas con múltiples rodillos e incluso se ha trabajado con una máquina de discos abrasivos, cada una con características especiales e igualmente ventajas y desventajas allí también se trabaja con descascaradoras de cacao para la producción de chocolate, los prototipos propuestos para esta labor tienen el mismo principio que los anteriormente descritos el cual es ejercer una presión en la superficie de la semilla para quebrar la cascara, mientras la semilla gira, ya sea entre los rodillos o entre los discos y no afectar la almendra 1617 Teniendo en cuenta todas las características anteriores y publicaciones sobre descascaradoras podemos concluir que todas funcionan de la misma manera en lo único 14

Fuentes Amilcar Eduardo, P. A. (Febrero de 2011). Tesis de Pregrado. Diseño y construcción de una maquina despulpadora de tempate para la generación de biodiesel, El salvador, Universidad de el salvador. 15 Centro las gaviotas, Descascaradora de maní, Bogotá, noviembre de 1987 16 Imbaquingo Nancy, O. A. (Abril de 2012). Tesis pregrado. Diseño y construcción de una máquina para remover la cascarilla de los granos del cacao. Quito, Escuela Politécnica Nacional. 17

Cristin, E. C. (2014). Tesis de pregrado. Maquina peladora rotativa de maní tostado. Ibarra, Ecuador, Universidad Técnica del Norte.

que se diferencian es en el cálculo de la presión y tamaño que debe tener la máquina para quebrar la cascara sin afectar la almendra. De igual manera se cuenta con una base para realizar el diseño de una descascaradora de jatropha ya que hasta el momento no se encuentra una específicamente para esta semilla. Descascaradoras de semillas que se encuentran en el mercado. En la siguiente tabla se podrá apreciar una comparación de diferentes tipos de descascaradoras de granos y semillas que se encuentran en el mercado, el cuadro comparativo incluye datos dl fabricante de cada equipo, así como el modelo y la semilla específica para la cual fue diseñada. También se incluyen especificaciones técnicas como la capacidad de procesamiento expresada en kg/h, la potencia de trabajo de cada una y el material del cual está construida; un aspecto importante que se compara en esta tabla es el tipo de sistema que usa cada descascaradora para realizar su trabajo y el costo de implementación de cada una, estos dos últimos datos son de gran importancia, ya que serán usados en secciones posteriores para determinar el tipo de sistema a usar basándose en estas características. Tabla 5-2 Cuadro comparativo de diferentes descascaradoras de semillas.

Fabricante

Modelo

Tipo de semilla

Kg/h

Dindel

105-48

Maní

5000

Potenci a de trabajo 39,0 KW

Material

Tipo de sistema

COSTO (millones)

Acero inoxidable Acero inoxidable

4,0 KW

Acero inoxidable Acero inoxidable Acero inoxidable Acero inoxidable Acero

Rodillo forrado Rodillo con espiral Rodillo con espiral Rodillo con espiral Rodillo forrado Rodillo forrado Rodillo forrado Rodillo forrado Discos

Estupiña

5000/1 MRE

Almendra

200

4,0 KW

Estupiña

5000/3 MRE

Almendra

300

4,0 KW

Acero inoxidable

Estupiña

5000/4 MRE

Almendra

400

4,0 KW

Acero inoxidable

IMSA

AR-2

Café

120

2,2 KW

IMSA

AR-5

Café

300

5,2 KW

MAQUIAG RO SAC

DESC 100 SD

Cacao

100

2,0 KW

Maní

200

0,8 KW

Mavimar

DH-100

Higuerilla

100

Mavimar

DH-200

Higuerilla

200

4,0 KW

Acero

Discos

$12,5

Mavimar

DH-300

Higuerilla

300

4,0 KW

Acero

Discos

$18,5

Reinmac

HD-1/1

Higuerilla

500

7,0 KW

Acero

Discos

$15

Xingtian Maquinaria Inducam

XTHBK50 serie 3

Maní

1000

3,0 KW

400

3,7 KW

Rodillo forrado Discos

Higuerilla

Acero inoxidable Acero

Inducam

serie 1

SACHA INCHI

300

3,7 KW

Acero

Discos

$9,4

$3,2 $7,3 $5,25 $7,6 $8,8

Fuente: Propia de los autores.

Momento de inercia. El momento de inercia para un sĂłlido rĂgido es una medida de la inercia rotacional de un cuerpo, es decir, una resistencia a cambiar su velocidad de rotaciĂłn y la direcciĂłn de su eje de giro. Cuando un cuerpo gira en torno a uno de los ejes principales de inercia, la inercia rotacional puede ser representada como una magnitud escalar llamada momento de inercia. Sin embargo, en el caso mĂĄs general posible, la inercia rotacional debe representarse por medio de un conjunto de momentos de inercia y componentes que forman el llamado tensor de inercia. La descripciĂłn tensorial es necesaria para el anĂĄlisis de sistemas complejos, como por ejemplo en movimientos giroscĂłpicos. El momento de inercia refleja la distribuciĂłn de masa de un cuerpo en rotaciĂłn, sĂłlo depende de la geometrĂa del cuerpo y de la posiciĂłn del eje de giro, no depende de las fuerzas que intervienen en el movimiento. El momento de inercia desempeĂąa un papel anĂĄlogo al de la masa inercial, en el caso del movimiento rectilĂneo y uniforme. 2.2.1. Momento de inercia de masa Un cuerpo tiene tamaĂąo y forma definidos, al aplicarse sobre ĂŠl un sistema de fuerzas ĂŠste no serĂĄ necesariamente concurrente. Como resultado de ello, los momentos producidos por las fuerzas le dan al cuerpo una aceleraciĂłn angular. Cualquier componente de la fuerza tangencial desequilibrada (dF) que actĂşa sobre este elemento produce movimiento angular alrededor de su eje. Aplicando la ecuaciĂłn de movimiento en la direcciĂłn tangencial, se obtiene que la suma de todas las fuerzas tangenciales que actĂşan sobre el cuerpo es igual al producto de la masa considerada por la aceleraciĂłn tangencial de dicha masa. Como la aceleraciĂłn tangencial es igual al radio por la aceleraciĂłn angular se tiene que:

Figura. 5-1 Momento de inercia

â&#x2C6;&#x2018; đ??šđ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ą đ?&#x2018;&#x2018;đ??šđ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;(đ?&#x2018;&#x; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x203A;ź) đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; = đ?&#x2018;&#x; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ??šđ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x; 2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x20AC; = â&#x2C6;Ť đ?&#x2018;&#x; 2 đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; = đ?&#x203A;ź â&#x2C6;Ť đ?&#x2018;&#x; 2 đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; = đ??źđ?&#x203A;ź đ??ź = â&#x2C6;Ť đ?&#x2018;&#x; 2 đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;

EcuaciĂłn 5-1

En la siguiente tabla se puede observar la ecuaciĂłn para calcular el momento de inercia de diferentes cuerpos rĂgidos, dependiendo de la posiciĂłn del eje de rotaciĂłn. 18

Tabla 5-3 Momentos de inercia de algunos solidos rígidos

Cuerpo Rígido

Posición del eje de rotación

Momento de inercia

Varilla delgada de longitud L y masa M

1 𝑀𝐿2 12

Cono sólido de radio R (de la base) y masa M

3 𝑀𝑅 2 10

Varilla delgada de longitud L y masa M

Extremo de la varilla

1 𝑀𝐿2 3

Aro delgado de radio R y masa M

𝑀𝑅 2

Cilindro sólido de radio R y masa M

1 𝑀𝑅 2 2

Disco de radio R y masa M

1 𝑀𝑅 2 2

CM Placa rectangular de lados a y b asentada con masa M Placa rectangular parada con lado

1 𝑀(𝑎2 + 𝑏 2 ) 12 CM 1 𝑀𝐿2 12

perpendicular al eje de rotación L con masa M Placa rectangular parada con lado perpendicular Extremo de la al eje de rotación L con masa M placa Esfera sólida de radio R y masa M CM

1 𝑀𝐿2 3 2 𝑀𝑅 2 5

Cascarón esférico de radio R y masa M

2 𝑀𝑅 2 3

Cilindro hueco de radios R1 y R2 con

1 𝑀(𝑅1 2 + 𝑅2 2 ) 2

masa M Disco Hueco de Radio R1 y R2 con masa M Fuente: Autores.

5.2

Marco conceptual.

La descascaradora de granos y semillas, es una máquina que permite separar la cascara y el albumen y/o almendra de estos en una sola operación, posibilitando el procesamiento de mayor cantidad de producto en menos tiempo de trabajo. El proceso de descascarado se divide en tres etapas o subsistemas; el sistema de alimentación y dosificación, área de descascarado y etapa de separación.18 El sistema de alimentación y dosificación, es de gran importancia, ya que aquí es donde se garantiza una cantidad definida de producto a procesar, y un suministro continuo del mismo; este a su vez se divide en tres partes principales, la tolva de alimentación, que dependiendo del tipo de grano tiene una forma determinada, esta puede ser circular, piramidal o rectangular; el dosificador el cual su función principal es asegurar un flujo constante de material, y la boquilla de salida o descarga, por esta sale el material luego de ser dosificado.19 En el sistema de descascarado la semilla es expuesta a diferentes fuerzas como presión, fricción y compresión, dependiendo del tipo de elementos que sean usados para esta labor; estos elementos pueden ser rodillos o discos, cada uno con características específicas para su uso e implementación, estas características, así como sus ventajas y desventajas se pondrán en contexto en esta sección. En el área de separación, se retira la cascara del grano o semilla ya descascarado, aquí no se lleva a cabo ningún proceso químico, únicamente se aísla la cascara del albumen y o almendra dependiendo el caso para poder seguir con el proceso de industrialización o transformación, existen diferentes métodos para realizar esta labor, separación por aire, por zaranda, por filtración, por centrifugación cada uno para un trabajo específico.20 En esta sección se conocerá cada una de las etapas de descascarado, así como sus subsistemas, al igual que las características, ventajas y desventajas de estos. 5.2.1. Sistema de alimentación y dosificación. Todo sistema usado para la reducción de tamaño de un material o el procesamiento de un producto en una actividad específica, necesita un deposito en el cual almacenar cierta cantidad de producto para llevar acabo sus actividades. Su función primordial consiste en llenar o proveer de producto en una cantidad determinada, durante un ciclo de tiempo. Generalmente el sistema de alimentación está constituido de 3 partes: Tolva de almacenamiento, sistema dosificador y boquilla o tubo de descarga.

INTA, I. N. (s.f.). Maquinaria-Descascaradora de maní. Obtenido de Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria: http://inta.gob.ar/maquinarias/descascaradora-de-mani 19 Sánchez, c. h. (2006). diseño, modelamiento y simulación de máquina dosificadora de alimentos para animales. Bogotá, Colombia: Universidad de la Salle. 20 UNS. (2013). Procesamiento de sólidos. Universidad departamental del Sur., Ingeniería química, Argentina. Recuperado el septiembre de 2016

 Tolva de almacenamiento. Su función principal es mantener producto en su interior para ser dosificado. Dependiendo de las características del producto a almacenar y las necesidades de cada uno existen diferentes tipos. 

Tolva rectangular: Se forma mediante dobleces, el material de la misma puede ser de tol, acrílico o acero inoxidable.

Figura. 5-2 Tolva rectangular. Fuente: W. D. Callister, “Estructura de Polímeros” en Ciencia e Ingeniería de los Materiales 2, 3ra ed., Barcelona, España, editorial Reverté, 2007.



□

Ventajas: Costo medio. Permite recibir y acumular la materia prima para posteriormente dosificar al siguiente subsistema. Tiempo de construcción bajo.

□

Desventajas Dobleces repetitivos lo que ocasiona una construcción de dificultad moderada. Debido a los dobleces no permite un flujo constante de la materia prima y es poco constante. Mantenimientos ocasionales debido al desgaste de las paredes.

Tolva circular: Tiene una sección circular que está unida mediante soldadura, el material de la misma puede ser de tol, acrílico o acero inoxidable.

Figura. 5-3 Tolva circular Fuente: W. D. Callister, “Estructura de Polímeros” en Ciencia e Ingeniería de los Materiales 2, 3ra ed., Barcelona, España, editorial Reverté, 2007.

□ Ventajas Mantenimiento mínimo. Permite recibir y acumular la materia prima para posteriormente dosificar al siguiente subsistema. Proporciona un flujo constante de materia prima. □ Desventajas Nivel de construcción complejo. Costo de construcción elevado. Tiempo de construcción medio.  Sistema dosificador: Este se encarga de determinar y medir la cantidad de producto que se va a retirar de la tolva, y proporcionar un flujo constante de producto. 

Clases de dosificadores:

Dependiendo de características se pueden clasificar en dosificadores volumétricos o por peso, esto principalmente viene dado por características propias de los productos, que hacen que sea más sencillo utilizar uno de estos métodos para obtener dosificaciones precisas, reduciendo costos y tiempos en la dosificación.

□

Dosificador de líquidos. Estos dosificadores están constituidos principalmente por una válvula de bola y por una bomba dosificadora (pistón y cámara de dosificado). Se utilizan únicamente para dosificar productos y sustancias líquidas de fácil fluidez, como el agua, las gaseosas, la leche, jugos y otros de similares características.

□

Dosificadora de bomba. Son utilizados para dosificar sustancias viscosas y pastosas, de difícil fluidez y conducción por tubos y ductos, como son las grasas, las ceras, los purés, las mieles, las salsas entre otros. 22

□

Dosificadores por peso. Este tipo de dosificadores se utilizan cuando las características físicas y de forma del producto son bastante heterogéneas, que no permitan dosificados en cantidades iguales. Generalmente se dosifican por peso productos de geometrías heterogéneas como los pasabocas tipo snacks — papas fritas, patacones fritos, trocitos, chicharrones y otros más.

□

Dosificadores volumétricos. Son utilizados principalmente para dosificar productos homogéneos en sus características físicas, forma, tamaño y peso, como líquidos viscosos, polvos, algunos cereales y granos. Los dosificadores volumétricos no pesan el flujo; operan transportando un cierto volumen de material por unidad de tiempo, del cual un flujo proporcional en peso se obtiene por la calibración del proceso. Los dosificadores volumétricos son dispositivos de ciclo abierto, ellos no pueden detectar o ajustar variaciones en la densidad del material.

Para materiales con una densidad que no varía significativamente, los dosificadores volumétricos pueden desempeñarse aceptablemente. Sin embargo, la densidad o las propiedades del flujo de varios materiales varía significativamente lo suficiente para justificar dosificadores gravimétricos si los requerimientos de precisión así lo requieren. Los mecanismos de dosificación más conocidos y utilizados para los dosificadores volumétricos son los dosificadores a tornillo sin fin, dosificadores de compuerta rotativa y dosificadores por bandas rodantes. La calibración de estos mecanismos deberá ser revisada periódicamente, en particular si la masa volumétrica está sujeta a variaciones. □

Dosificador de compuerta rotativa. El elemento principal de este dosificador es una compuerta rotativa, este conlleva un motor equipado con una caja reductora o con un variador de velocidad que permite controlar el movimiento de la compuerta y el dosificado del producto

Figura. 5-4 Dosificador de compuerta rotativa

□

Dosificadores por bandas rodantes: Este dosificador es relativamente simple y su principio de funcionamiento está determinado de acuerdo a la variación de

la velocidad de la banda y en la modificación de la cantidad de producto que pasa a la banda por la regulación de la compuerta a la salida de la tolva.

Figura. 5-5 Dosificador por bandas rodantes Fuente: Ingemecanica. (s.f.). Calculo de transportadores helicoidales. Obtenido de Ingemecanica: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn143.html

□

Dosificador por tornillo (sin fin). Los dosificadores de tornillo sin – fin son utilizados para dosificar harinas y polvos granulados en general, pastas, cremas y algunos productos viscosos. En estos dosificadores el producto es evacuado de la tolva en la cantidad y tiempo deseados de acuerdo con el número de revoluciones y la velocidad de giro del tornillo sin – fin.

Figura. 5-6 Dosificador de tornillo sin-fin Fuente: Ingemecanica. (s.f.). Calculo de transportadores helicoidales. Obtenido de Ingemecanica: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn143.html

BĂĄsicamente, un dosificador de tornillo sin fin estĂĄ constituido por una hĂŠlice montada sobre un eje que se encuentra suspendido en un canal.21 Entre las ventajas del uso de transportadores de tornillo sin fin estĂĄn, entre otras: ď&#x201A;ˇ Sencillez de fabricaciĂłn, con diseĂąo compacto de fĂĄcil instalaciĂłn ď&#x201A;ˇ Es un sistema de bajo costo ď&#x201A;ˇ Posibilidad de hacer fĂĄcilmente hermĂŠtico el sistema, lo que evita la generaciĂłn de polvos y posibles exhalaciones molestas ď&#x201A;ˇ Posibilidad tambiĂŠn de colocar bocas de carga y descarga en diferentes puntos. Por el contrario, es un sistema de manutenciĂłn que tambiĂŠn presenta ciertas desventajas, como son: ď&#x201A;ˇ ď&#x201A;ˇ

Mayores requerimientos de potencia para su accionamiento Para usos en configuraciones con diferencia de altura entre la carga y la descarga, este sistema presenta cierta dificultad de sobrepasar ciertas pendientes de elevaciĂłn, disminuyendo su capacidad de transporte con la pendiente

Componentes de un transportador de tornillo sin-fin.

Figura. 5-7 Partes de un transportador de tornillo sin-fin Fuente: Ingemecanica. (s.f.). Calculo de transportadores helicoidales. Obtenido de Ingemecanica: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn143.html

Tornillo. El tornillo o husillo consiste en un cilindro largo rodeado por un filete helicoidal (figura 4-7). El tornillo es una de las partes mĂĄs importantes ya que contribuye a realizar el transporte del material. La estabilidad del proceso y la calidad del producto que se obtiene dependen en gran medida del diseĂąo del tornillo. Los parĂĄmetros mĂĄs importantes en el diseĂąo del tornillo son su longitud (L), diĂĄmetro (D), el ĂĄngulo del filete (đ?&#x153;&#x192;) y el paso de rosca (w).

Ingemecanica. (s.f.). Calculo de transportadores helicoidales. Obtenido de Ingemecanica: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn143.html

Figura. 5-8 Tornillo sin fin Fuente: Marcilla, M. B. (s.f.). Tecnología de polímeros. Procesado y propiedades. Universidad de Alicante, Alicante, España.

Cilindro o canal. El cilindro o canal alberga en su interior al tornillo. La superficie del cilindro debe ser un poco rugosa para aumentar las fuerzas y permitir que el material fluya a lo largo de este. Para evitar la corrosión y el desgaste mecánico, el cilindro suele construirse de aceros muy resistentes22 Garganta de alimentación Se sitúa debajo de la tolva, está conectada con la tolva a través de la boquilla de entrada o de alimentación. Paso y Diámetro del tornillo En todo transportador el paso de tornillo, también conocido como paso de hélice, se define como la distancia entre dos hélices consecutivas en la dirección del eje del tornillo, según se puede ver en la figura siguiente.

Figura. 5-9 Longitud de un transportador tornillo sin-fin Fuente: Ingemecanica. (s.f.). Calculo de transportadores helicoidales. Obtenido de Ingemecanica: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn143.html

En general, la dimensión para el paso de los transportadores de tornillo suele estar comprendida entre 0,5 y 1 veces la medida del diámetro del mismo, siendo mayor cuanto más ligera sea la carga que se vaya a transportar con el tornillo. En cuanto al diámetro de la hélice del tornillo, su dimensión es inversamente proporcional a la velocidad de giro del eje, es decir, para velocidades de giro más elevadas supondrá un tornillo de hélices más estrechas.

Marcilla, M. B. (s.f.). Tecnología de polímeros. Procesado y propiedades. Universidad de Alicante, Alicante, España.

En general, la dimensión del diámetro que hay que emplear en los transportadores de tornillo depende también del tipo de material a transportar, cumpliéndose de manera muy aproximada la siguiente relación:  para materiales homogéneos, el diámetro del tornillo será, al menos, 12 veces mayor que el diámetro de los pedazos a transportar.  para materiales heterogéneos, el diámetro del tornillo será 4 veces mayor que el mayor diámetro de los pedazos a transportar. Capacidad de transporte Área de relleno del canalón (S): Es el área de relleno que ocupa el material que mueve el transportador. En la siguiente tabla se indican los valores del coeficiente de relleno (λ) en función del tipo de carga que transporta el tornillo: Tabla 5-4 Coeficiente de relleno, λ

Tipo de carga

Coeficiente de relleno, λ

Pesada y abrasiva

0,125

Pesada y poco abrasiva

0,25

Ligera y poco abrasiva

0,32

Ligera y no abrasiva

0,4

Fuente: Ingemecanica. (s.f.). Calculo de transportadores helicoidales. Obtenido de Ingemecanica: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn143.html

- Velocidad de desplazamiento del transportador (v): La velocidad de desplazamiento (v) del transportador es la velocidad con la que desplaza el material en la dirección longitudinal del eje del tornillo. Depende tanto del paso del tornillo como de su velocidad de giro. La capacidad de transporte de un transportador de tornillo sin fin viene determinada por la siguiente expresión que calcula el flujo de material transportado: Q = 3600·S·v·ρ·i donde, Q es el flujo de material transportado, en t/h S es el área de relleno del transportador, en m2, visto en el apartado anterior v es la velocidad de desplazamiento del transportador, en m/s, visto en el apartado anterior ρ es la densidad del material transportado, en t/m3 i es el coeficiente de disminución del flujo de material debido a la inclinación del transportador. En la siguiente tabla se muestran los valores de este coeficiente (i) de disminución de flujo que indica la reducción de capacidad de transporte debida a la inclinación:

Tabla 5-5 coeficiente (i) de disminución de flujo debido a la inclinación

Inclinación del canalón

0º

5º

10º

15º

20º

0,9

0,8

0,7

0,6

Fuente: Ingemecanica. (s.f.). Calculo de transportadores helicoidales. Obtenido de Ingemecanica: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn143.html

Potencia de accionamiento La potencia de accionamiento (P) de un transportador de tornillo sin fin se compone de la suma de tres componentes principales, según se refleja en la siguiente expresión: P = PH + PN + Pi donde, PH es la potencia necesaria para el desplazamiento horizontal del material PN es la potencia necesaria para el accionamiento del tornillo en vacío Pi es la potencia necesaria para el caso de un tornillo sin fin inclinado. La potencia necesaria para realizar el desplazamiento horizontal del material tiene en cuenta el coeficiente (c0) de resistencia del material transportado. Este coeficiente se encuentra en la tabla adjunta obtenida empíricamente a partir del ensayo con materiales de distinta naturaleza: Tabla 5-6 Coeficiente (Co) de resistencia del material transportado

Tipo de material

Valor de c0

Harina, serrín, productos granulosos

1,2

Turba, sosa, polvo de carbón

1,6

Antracita, carbón, sal de roca

2,5

Yeso, arcilla seca, tierra fina, cemento, cal, arena

Fuente: Ingemecanica. (s.f.). Calculo de transportadores helicoidales. Obtenido de Ingemecanica: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn143.html

La potencia necesaria para el accionamiento del tornillo en vacío, normalmente, es muy pequeña en comparación con la potencia necesaria para el desplazamiento del material del punto anterior. • Potencia para el caso de un tornillo sin fin inclinado (Pi): Esta componente se aplica para el caso que se use un transportador de tornillo inclinado, donde exista una diferencia de cota (H) entre la posición de la boca de entrada del material y la boca de salida o de descarga.  Boquilla o tubo de descarga: son los encargados de impedir que el producto que sale dosificado no se riegue o desperdicie, y se direccione correctamente a los rodillos. 28

5.2.2. Sistema de descascarado la semilla. En el mercado, así como en la industria es común encontrar sistemas de trabajo usados en diferentes procesos, como es el caso de los rodillos y los discos, estos se usan en otros trabajos, como por ejemplo la molienda de cereales y la trituración de minerales como piedra o arcilla, es por esto que se realiza una revisión de las ventajas y desventajas que cada uno de estos sistemas proporciona, en dichas actividades, con el fin de lograr hacer una analogía con el funcionamiento de la descascaradora.  Molino de Discos. Actúan fundamentalmente por rozamiento del material entre dos discos que pueden rotar ambos o bien uno sólo. Sus superficies generalmente son corrugadas, con estrías o con dientes. El eje de rotación es horizontal y la claridad entre los discos es ajustable, entrando la alimentación por un punto cercano al centro del disco y descargando el producto por la periferia.

Figura. 5-10 Molino de discos: a) Molino de un disco, b) Molino de doble disco. Fuente: Balcázar Díaz Maritza Elizabeth, G. d. (Abril de 2009). Diseño de un triturador de cacao. Quito, Ecuador. Recuperado el Julio de 2016, de http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/1393/1/CD2150.pdf

Son equipos aptos para productos friables, blandos (típico molino de cereales en los molinos harineros) y variando el tipo de rugosidad o estriado de los discos se puede obtener toda una gama de tamaños, formas y acciones en materiales diversos (ceras, insecticidas, talco, cereales, maderas, almidones, huesoso, pescado, pigmentos, etc.). Con sistemas de clasificación de aire a través del equipo se puede realizar una gran reducción de tamaño, dando productos uniformes, hasta 20 minutos.23

Balcázar Díaz Maritza Elizabeth, G. d. (Abril de 2009). Diseño de un triturador de cacao. Quito, Ecuador. Recuperado el Julio de 2016, de http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/1393/1/CD-2150.pdf

Los discos se pueden refrigerar si hiciera falta (materiales termo sensibles). Estos equipos operan a altas velocidades, 1000 a 7000 rpm con capacidades variables, desde 100 kg/h hasta 10 ton/h y consumos de potencia altos, dependiendo del tipo de material a moler, reducción a efectuar y capacidad requerida (entre 5 a 150 HP/tonelada de producto). La alimentación debe ser muy homogénea en tamaño. Ventajas  Alto grado de trituración (Se reduce fácilmente el tamaño de las partículas).  Ajuste preciso de la abertura de salida que garantiza resultados reproducibles  Fácil acceso a la cámara de molienda que facilita la limpieza  Discos de larga vida útil  Amplia selección de materiales que permite la preparación de muestras para cualquier tipo de análisis  Fácil sistema de alimentación. Desventajas:  El tamaño de la partícula no es homogéneo.  Produce contaminación del producto final.  Es difícil calcular el tamaño de las partículas de acuerdo a la alimentación y la separación de los discos.  Costo elevado por su complejidad de construcción.  Molinos de rodillos. Los molinos de rodillos son sistemas los cuales usan cilindros en su mayoría forrados o grafiados, los cuales se disponen a una distancia especifica dependiendo del tamaño de partícula que se quiera obtener. Existen diferentes tipos de modelos de rodillos en seguida se hablará de los dos principales tipos que existen.  Molino de un rodillo: Los modelos a un sólo rodillo se utilizan para la molienda primaria, en ellos la superficie del rodillo es corrugado o bien con dientes curvos o piramidales. El rodillo gira presionando el material contra una carcasa fija de contorno curvo y superficie también corrugada. Para obtener efectos cortantes, se colocan sobre el rodillo discos dentados, que cortan con efecto de serrucho a materiales blandos, en tiras o láminas. En todos los casos, el tiempo de residencia dentro del equipo es corto, con relaciones de reducción no muy grandes.24  Molino de dos rodillos. En el mercado se pueden encontrar modelos con dos o con un rodillo horizontal, dependiendo de las necesidades y características del producto a procesar; en el caso de los dos rodillos suelen ser lisos, girando en sentidos opuestos, con una luz graduable entre ellos, por donde se alimenta el equipo y así fracturar la semilla por compresión.

WIKISPACE. (s.f.). MECÁNICA EN LA FARMACOTECNIA. Molinos de rodillos. Recuperado el 06 de julio de 2016, de https://mecanicaenlafarmacotecnia.wikispaces.com/

Figura. 5-11 Molino de doble Rodillo Fuente: WIKISPACE. (s.f.). MECÁNICA EN LA FARMACOTECNIA. Molinos de rodillos. Recuperado el 06 de julio de 2016, de https://mecanicaenlafarmacotecnia.wikispaces.com/

Para mantener una abertura permanente entre los dos rodillos, y permitir que los mismos no se dañen por objetos extraños que puedan pasar entre ellos, se usan dos resortes de ajuste. La superficie de los rodillos, está recubierta de aleaciones resistentes a los efectos abrasivos. El tamaño de la alimentación, fija el diámetro de los rodillos y la abertura entre ellos. Generalmente la longitud varía entre 0.30m a 1.20 m y su velocidad de rotación esta entre 50 y 300 rpm con capacidades variables de longitud y diámetro de rodillos. Cumplen con la reducción de tamaño a través de una combinación de fuerzas y diseños visibles. Si los rodillos rotan a la misma velocidad la fuerza que se presenta es de compresión; si los rodillos rotan a diferentes velocidades, las fuerzas primarias usadas serán cizalla y compresión; si los rodillos están ranurados, un componente de pulverización es introducido a las dos anteriores. Las ranuras gruesas proveen menos tamaño de reducción que las ranuras más finas. La velocidad lenta de operación no genera calor, y una pérdida de humedad muy pequeña.25 Ventajas del Molino de rodillos Sus principales ventajas son su sencillez mecánica y robustez y su débil consumo de energía, pero dan mucha proporción de tamaño con exceso de calibre, a causa del funcionamiento de los muelles y el desgaste de los cilindros.      

Eficiencia de Energía. Distribución uniforme del tamaño de la partícula. Bajo ruido y generación de polvo. Pueden operar en serie. No existe desgaste excesivo de los rodillos. Largo tiempo de vida útil.

Formats Construction Machinery Co., L. (s.f.). Molino de Rodillos o de Tambor Rotatorio. Zhengzhou, China. Recuperado el 09 de julio de 2016, de http://trituradoras-deroca.com/wiki/Molino-de-tambor-rotatorio-o-de-rodillos.html

Desventajas: 

Sistema de alimentación complejo.

Diseño General de molinos de rodillos Existen muchos fabricantes de molinos de rodillos, pero todos ellos comparten las siguientes características.  Un dispositivo alimentador (tolva) para proveer una cantidad apropiada y constante del material a ser molido.  Un dispositivo alimentador para proveer una cantidad apropiada y constante del material a ser molido.  Un rodillo está fijo en una posición y el otro puede moverse muy cerca o alejarse del anterior.  Los rodillos contrarios pueden rotar a la misma velocidad o uno puede rotar más rápido, la superficie del rodillo puede ser lisa o tener algunas corrugaciones. Para asegurarse una operación óptima, el material debe ser introducido entre los rodillos y en una forma uniforme y constante. El alimentador más simple es una tolva de compartimiento con un agitador localizado dentro y con una puerta de descarga. Este tipo de alimentador es usado mejor para procesos gruesos. El movimiento de estos trituradores se efectúa generalmente por correas que actúan sobre las poleas colocadas sobre los ejes de los rodillos, estas poleas son de igual o distinto diámetro ,según se desee la misma o diferente velocidad en los cilindros .Con velocidades desiguales se aumenta la fricción y el tijeramiento por consiguiente ,la producción de finos .Otras veces solo se acciona un cilindro transmitiendo su movimiento al otro por un engranaje o por intermedio de la misma materia que se tritura, pero esto último solo se hace cuando se traten granos pequeños. Los cilindros se construyen generalmente en dos partes. La interior de fundición gris o acero que se une sólidamente con los ejes, y la exterior como una llanta intercambiable, de acero duro con manganeso o cromo, las superficies son lisas para materiales duros y estriadas y con dientes para materiales blandos.  Transmisión de potencia en un sistema de descascarado. Generalmente esta transmisión se realiza mediante el uso de engranajes o ruedas dentadas. Los principales elementos en una rueda dentada son: 

Circunferencia primitiva: Es aquella circunferencia según la cual se realiza la tangencia teórica del engranaje.

Figura. 5-12 Circunferencia primitiva de los engranajes Fuente: De Diego, R. (2009). Engranajes. Recuperado el 15 de agosto de 2016, de http://polamalu.50webs.com/OF1/mecanica/engranajes.htm

En la figura 4-4 se muestran dos ruedas dentadas en las que se han dibujado sus respectivas circunferencias primitivas, pudiendo apreciarse la tangencia de las mismas y el contacto de los dientes de ambas ruedas. Las circunferencias primitivas de dos ruedas que engranan tienen la misma velocidad lineal.26    

     

Diámetro primitivo (Dp): Es el diámetro correspondiente a la circunferencia primitiva. Diámetro exterior (De): También denominado diámetro total, es el correspondiente a la circunferencia en la cual está inscrita la rueda dentada. Diámetro interior (Di): Conocido también como diámetro de fondo, es el correspondiente a la circunferencia que limita interiormente a los dientes. Paso circular (P): Es la distancia entre dos puntos homólogos de dos dientes consecutivos, medida sobre la circunferencia primitiva. Para que dos ruedas engranen ambas tienen que tener el mismo paso circular Numero de dientes (z): Módulo (m): Es el cociente que resulta de dividir el diámetro primitivo, expresado en milímetros, entre el número de dientes de la rueda. Altura del diente (h): medida desde el fondo del diente a la cresta. Altura de la cabeza del diente (hc): medida desde la circunferencia primitiva a la cresta del diente. Altura del pie del diente (hp): medida desde el fondo del diente a la circunferencia primitiva. Espesor del diente (e): medido sobre la circunferencia primitiva.

De Diego, R. (2009). Engranajes. Recuperado el 15 de agosto de 2016, de http://polamalu.50webs.com/OF1/mecanica/engranajes.htm

Figura. 5-13 Dimensiones de un engranaje Fuente: De Diego, R. (2009). Engranajes. Recuperado el 15 de agosto de 2016, de http://polamalu.50webs.com/OF1/mecanica/engranajes.htm

5.2.3. Zona de separación. En esta zona se retira la cascara del grano o semilla ya descascarado, aquí no se lleva a cabo ningún proceso químico, únicamente se aísla la cascara del albumen y o almendra dependiendo el caso para poder seguir con el proceso de industrialización o transformación, existen diferentes métodos para realizar esta labor. En la siguiente tabla se pueden ver los diferentes métodos, y los diferentes tipos de aparatos usados para esto. Tabla 5-7 Tipos de separadores

METODO DE SEPARACIÓN Manual y Mecánico Hidráulico Neumático Electro magnético

TIPOS DE APARATOS Parrillas, tamices y zarandas Separadores hidráulicos Separadores de aire Separadores electromagnéticos

Fuente: UBA, U. d. (enero de 2015). Separacion de solidos de solidos. Industrias I. Buenos Aires, Argentina. http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/07_Apunte%20Separaciones.pdf

 Separador Manual y mecánico. La clasificación en este separador se realiza usando parillas y/o tamices. Las parrillas se fabrican de barrotes de acero de sección trapecial con la base menor hacia abajo, o con rieles que se instalan con el patín hacia arriba. Pueden ser fijas u oscilante.

Figura. 5-14 Separador de Zaranda Fuente: UBA, U. d. (enero de 2015). Separacion de solidos de solidos. Industrias I. Buenos Aires, Argentina. http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/07_Apunte%20Separaciones.pdf

La zaranda de inercia compuesta de una especie de cajón (armazón) que cuenta con 1,2 o 3 pisos de tejidos metálicos (tamices). El tejido de diámetro más grande es el superior y el de menor diámetro (tamaño de malla) es el inferior. 27

Figura. 5-15 Separador de tamices. Fuente: UBA, U. d. (enero de 2015). Separacion de solidos de solidos. Industrias I. Buenos Aires, Argentina. http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/07_Apunte%20Separaciones.pdf

 Separación Magnética Es un método muy utilizado separación de minerales que por su naturaleza poseen una propiedad de atracción magnética.

UBA, U. d. (enero de 2015). Separación de solidos de sólidos. Industrias I. Buenos Aires, Argentina. Recuperado el septiembre de 2016, de http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/07_Apunte%20Separaciones.pdf

 Separadores de Tambor Cuenta con dos tambores, uno fijo interno, la mitad del mismo sometida a un campo. El tambor exterior es concéntrico al primero y gira. En su superficie cuenta con salientes. Ambos tambores se encuentran en el interior de una caja que tiene en su parte superior una boca de entrada para el material a separar y en la inferior dos bocas de salida saliendo por una de ellas el material no magnético (ganga) y por el otro el magnético (mineral). 28

Figura. 5-16 Separador de Tambor Fuente: Formats Construction Machinery Co., L. Separador de tambor. Zhengzhou, China. Recuperado el 09 de septiembre de 2016, de http://trituradoras-de-roca.com/wiki/1315.html.



Separadores de Cinta

El separador de cinta es similar a una cinta transportadora, cuenta con dos poleas, una motora y otra conducida. La cinta tiene, además, salientes en su superficie. La polea conductora (izquierda de la Figura) está magnetizada. El material no magnético cae, por gravedad, el magnético queda adherido por el campo magnético.

Figura. 5-17 Separador de cinta Fuente: UBA, U. d. (enero de 2015). Separacion de solidos de solidos. Industrias I. Buenos Aires, Argentina. http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/07_Apunte%20Separaciones.pdf

Formats Construction Machinery Co., L. Separador de tambor. Zhengzhou, China. Recuperado el 09 de septiembre de 2016, de http://trituradoras-de-roca.com/wiki/1315.html.

 Separador Hidráulico. Las separaciones hidráulicas, se basan fundamentalmente en los fenómenos de sedimentación de partículas y caída de partículas en corriente de líquidos. La clasificación hidráulica de dos o más sólidos se prefiere al tamizado, cuando la materia a separarse se ha de elaborar en grandes tonelajes, o cuando los tamices son ineficaces por el grado de división de las partículas a separarse. 

Sedimentación

Si en un líquido se dejan caer simultáneamente partículas de un mismo material (de peso específico mayor que el líquido) y distintos tamaños, se formarán capas, tal como puede observarse en la Figura. Las partículas más grandes (3) quedarán en el fondo del recipiente, las intermedias (2), encima de ellas, y de las más finas (1), en la parte superior.29

Figura. 5-18 Sedimentación. Fuente: UNAD. (s.f.). Sedimentación. http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358040/Contenido_en_linea_Diseno_de_Plantas_Potabilizadoras/leccin_36_pr ocesos_de_transferencia_de_slidos_sedimentacin_fundamentos.html

Clasificador de cono. Este aparato es una especie de embudo con un canal en la parte superior, para la descarga de los finos. La suspensión penetra por la parte superior, y el material grueso desciende por el embudo hasta salir por el fondo. El material fino, es arrastrado hacia la parte superior mediante una corriente de agua que asciende desde la parte inferior del embudo, descargándose por un canal circular.

UNAD. (s.f.). Sedimentación. Diseño de plantas potabilizadoras, Capitulo 8. Bogotá, Colombia: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Recuperado el septiembre de 2016, de http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358040/Contenido_en_linea_Diseno_de_Plantas_Potab ilizadoras/leccin_36_procesos_de_transferencia_de_slidos_sedimentacin_fundamentos.html

Figura. 5-19 Clasificador de cono Fuente: Clasificación hidráulica, https://procesosbio.wikispaces.com/Clasificaci%C3%B3n+hidr%C3%A1ulica



Clasificador Dorr (De artesa o rastrillo)

Este clasificador consta de una caja con plano inclinado (9° a 14°), y un rastrillo (o artesa), que se desplaza de abajo hacia arriba rascando el plano inclinado, y vuelve hacia abajo pero levantado, es decir separado del plano inclinado. En su movimiento ascendente el rastrillo eleva las partículas más gruesas que salen por la parte superior del plano inclinado. Las partículas finas se mantienen en suspensión y salen por rebose por el extremo opuesto.

Figura. 5-20 Clasificador Dorr Fuente: UBA, U. d. (enero de 2015). Separacion de solidos de solidos. Industrias I. Buenos Aires, Argentina. http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/07_Apunte%20Separaciones.pdf

 Separador neumático. El fundamento de este tipo de clasificadores se ilustra sobre la figura 5.1. Si una corriente de sólidos, con una distribución heterogénea de tamaños, desciende por la acción de la gravedad, y se hace circular en contracorriente un caudal de gas de forma que supere la velocidad terminal de una parte de la distribución, las partículas más 38

gruesas caerán a un depósito inferior, mientras que los finos serán arrastrados por la corriente.

Figura. 5-21 Separador neumático Fuente: UBA, U. d. (enero de 2015). Separacion de solidos de solidos. Industrias I. Buenos Aires, Argentina. http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/07_Apunte%20Separaciones.pdf

Un ciclón se utiliza para separar partículas finas que van arrastradas por una corriente gaseosa mediante la acción de la fuerza centrífuga, sin la acción de ningún tipo de medio filtrante, por lo que opera totalmente en continuo y no tiene riesgo de obstrucción. 5.3

MARCO INSTITUCIONAL

En relación con la institución, el proyecto cumple con lo que se estipula tanto en la misión de UNIAGRARIA como en la visión, en relación a la primera se puede observar que se enfoca a uno de los pilares de la universidad, el cual es “la conservación del medio ambiente” esto porque el proyecto tiene como fin diseñar una extrusora que permita el uso de productos naturales como lo es el aceite de jatropha, para reducir la emisión de CO2 y sustancias toxicas que se generan al usar combustibles fósiles. También se hará un desarrollo agrario pues estará dirigido especialmente a los sectores agrícolas dedicados a la producción de esta planta. En cuanto a la visión estamos desarrollando diseñando una máquina, en la cual se ve la inclusión de diferentes disciplinas, como lo es la mecatrónica, el área agroindustrial y la producción de biocombustibles

Un objetivo que estipula y se aplicará en este proyecto será el contribuir a la solución efectiva de problemas ambientales mediante su estudio, investigación y presentación de propuestas a la comunidad y a las autoridades uniagraristas.

5.4

MARCO LEGAL

Resolución 90963 2014 (Sep.10) Por la cual se modifica el artículo 4 de la Resolución 898 de 1995, modificado por la Resolución 18 2087 de 2007, en relación con los criterios de calidad de los biocombustibles para su uso en motores diésel como componente de la mezcla con el combustible diésel de origen fósil en procesos de combustión. 30 Ley 1715 2014 (May.13) Por medio de la cual se regula la integración de las energías renovables no convencionales al Sistema Energético Nacional. 31 Resolución 91664 2012 (Oct. 30) Por la cual se modifica la Resolución 18 2142 de 2007, en relación con el programa de mezcla de biocombustibles para uso en motores diésel. 32 Decreto 4892 2011 (Dic.23) Por el cual se dictan disposiciones aplicables al uso de alcoholes carburantes y biocombustibles para vehículos automotores. 33 Decreto 181556 2010 (Ago.31) Por la cual se modifica la Resolución 8 2439 del 23 de diciembre de 1998 y se establecen disposiciones relacionadas con la estructura de precios del ACPM y de la mezcla del mismo con el biocombustible para uso en motores diésel. 34 Decreto 180462 2009 (Mar.27) Por la cual se modifica la Resolución 8 2439 del 23 de diciembre de 1998 y se establecen disposiciones relacionadas con la estructura de precios del ACPM y de la mezcla del mismo con el biocombustible para uso en motores diésel. 35 Conpes 3510 2008 (Mar.31) Lineamientos de política para promover la producción sostenible de biocombustibles en Colombia. 36 Resolución 182142 2007 (Dic.27)

Resolución 90963 de 2014 Disponible en: http://www.fedebiocombustibles.com/files/90963.pdf 31Ley 1715 de 2014 Disponible en: http://www.fedebiocombustibles.com/files/1715.pdf 32Resolución 91664 de 2012 Disponible en: http://www.fedebiocombustibles.com/files/91664.pdf 33Decreto 4892 de 2011 Disponible en: http://www.fedebiocombustibles.com/files/4892.pdf 34Decreto 181556 de 2010 Disponible en: http://www.fedebiocombustibles.com/files/Biodiesel%20Agt31(2).pdf 35Decreto 180462 de 2009 Disponible en: http://www.fedebiocombustibles.com/files/18%202439.pdf 36Conpes 3510 de 2008 Disponible en: http://www.fedebiocombustibles.com/files/Conpes_3510.pdf

Por el cual se expiden normas para el registro de productores y/o importadores de biocombustibles para uso en motores diésel y se establecen otras disposiciones en relación con su mezcla con el ACPM del origen fósil. 37 Resolución 182087 2007 (Dic.17) Por la cual se modifican los criterios de calidad de los biocombustibles para su uso en motores diésel como componente de la mezcla con el combustible diésel de origen fósil en procesos de combustión. 38 Ley 939 2004 (Dic.31) Por medio de la cual se subsanan los vicios de procedimiento en que incurrió en el trámite de la Ley 818 de 2003 y se estimula la producción y comercialización de biocombustibles de origen vegetal o animal para uso en Motores diésel y se dictan otras disposiciones. 39 Seguridad con Maquinas (May.12) ANSI B11.0 fue actualizada por última vez y aprobada en diciembre de 2010. Como norma nivel A (básica), proporciona las pautas básicas vigentes para muchos tipos de máquinas. El ámbito de la norma limita la aplicación a “las máquinas mecánicas nuevas, modificadas o reconstruidas, no portátiles manualmente, utilizadas para diseñar y/o dar forma mediante el corte, impacto, presión, electricidad u otras técnicas de procesamiento, o bien una combinación de estos procesos” 40 Norma ISO 10816-1995 Establece las condiciones y procedimientos generales para la medición y evaluación de la vibración, utilizando mediciones realizadas sobre partes no rotativas de las máquinas. El criterio general de evaluación se basa tanto en la monitorización operacional como en pruebas de validación que han sido establecidas fundamentalmente con objeto de garantizar un funcionamiento fiable de la máquina a largo plazo. 41

37Resolución

182142 de 2007Disponible en: http://www.fedebiocombustibles.com/files/182142.pdf 38Resolución 182087 de 2007 Disponible en: http://www.fedebiocombustibles.com/files/RESOLUCI%C3%93N%2018%202087%20DE%2020 07.pdf 39Ley 939 de 2004 Disponible en: http://www.fedebiocombustibles.com/files/Ley%20939%20de%202004.pdf 40Seguridad con Maquinas Disponible en: http://www.asse.org/assets/1/7/050_057_F1Har_0512.pdf 41Norma ISO 10816-1995 Disponible en: http://www.sinais.es/Recursos/Curso-vibraciones/normativa/iso10816.html

DISEÑO METODOLÓGICO

Esta investigación se llevó a partir del estudio de la necesidad de descascarar grandes cantidades de semillas de jatropha e poco tiempo, para extracción de aceite y posterior elaboración de biocombustible; aquí se pretende mostrar los diferentes aspectos y métodos para dar solución al problema en cuestión. Se inició con la determinación de la problemática la cual era la falta de un equipo que permitiera el descascarado de la semilla de jatropha de manera rápida y eficiente, permitiendo un aumento de disponibilidad de materia prima para la extracción de aceite. El caso de estudio se desarrolló pensando en la necesidad del equipo en el laboratorio de biocombustibles de Uniagraria, donde se realiza la elaboración de combustible a partir del aceite de la semilla de jatropha; allí el proceso de descascarado se realiza de manera manual, con el uso de herramientas como pinzas y alicates, exponiendo la integridad fisca de quienes realizan estos procedimientos. Para dar solución a la problemática, se inició con la determinación de las diferentes características que debería tener el equipo que realizara la labor de descascarado, así como los elementos que componen cada subsistema; todo esto partiendo de la síntesis conceptual de todos y cada uno de dichos elementos descritos en marco teórico, legal y conceptual. En esta sección se mostrará el tipo de metodología usada en el desarrollo del proyecto, así como la variable de estudio en cuestión y como se decide elegir una solución satisfactoria a la problemática. 6.1

Metodología

La metodología que se llevó a cabo en la investigación, fue una metodología cuantitativa, pues se evaluó un dato real que es la producción, evaluada en cantidad de semillas descascaradas en tiempo. La metodología cuantitativa es de vital importancia para este proyecto de investigación, se pudo examinar de manera numérica los datos y así probar nuestra hipótesis con mayor confiabilidad; también nos ayudó a pensar racionalmente las variables y analizar cómo se pueden obtener más adecuadamente. 6.2

Variable

La variable que se midió fue la producción, cuantas semillas descascará en cierta cantidad de tiempo, comparando esto como se hace actualmente, es decir con el proceso manual. 6.3

Desarrollo metodológico

Para el diseño de la descascaradora de semillas de jatropha, se diseñó partiendo desde la necesidad y el problema que se tiene, obteniendo todo el análisis de fabricación, incluyendo la lista de materiales seleccionados para que su implementación a futuro sea de fácil entendimiento. 42

Una vez entendido el problema se hizo una búsqueda de varia información sobre la jatropha, que es, para que es utilizada, y cuál es el punto de madurez de la semilla para poder obtener el aceite que se requiere para ser utilizado como biodiesel. Se hace también una investigación de las formas de descascarado que existen actualmente, para poder obtener el descascarado más adecuado para las semillas utilizadas. En la investigación del proceso del descascarado se observó no solo la de jatropha, sino también de otras semillas como lo son el maní. Teniendo ya seleccionado el sistema adecuado para el descascaramiento, se investigó las fuerzas adecuadas para poder hacer la fractura de semilla, esto teniendo en cuenta los análisis hechos en varios antecedentes. Para poder medir la producción de semillas se usaron formulas, tomando dimensiones de la semilla se determinará el sistema por donde pasaran, cuantas caben en una determinada área, y se hizo su respectiva comparación con el proceso manual. Ya teniendo en cuenta lo anterior se procedió a realizar un diseño de piezas las cuales servirán para poder ensamblar la máquina descascaradora, posteriormente se realizó el diseño mecánico y simulación utilizando un software CAD, para simular el funcionamiento de la máquina. El diseño eléctrico se realizará utilizando un relé programable o un PLC, dependiendo del diseño mecánico y la complejidad del funcionamiento, teniendo en cuenta el número de entradas y salidas del sistema. La programación se realizará utilizando un diagrama de flujo, donde se indiquen todos los procesos que se quieren llevar a cabo, desde la introducción de las semillas, hasta donde salgan descascaradas. Adicional a esto se redactará un manual de usuario, en donde se especificará el ensamblaje que será de fácil entendimiento, donde se describa paso a paso como debe ir ensamblándose la máquina para su correcto funcionamiento.

DESARROLLO DEL PROYECTO

Para iniciar con el desarrollo del proyecto, se realizó una división de todas las fases del mismo en módulos, los cuales a su vez se dividieron en tareas.  Módulos y Particionamiento. En esta sección se realizará una división en módulos de cada una de las fases de diseño de la descascaradora, se iniciará con el módulo mecánico, donde se describirá y desarrollara cada una de las ecuaciones para el cálculo de cada elemento de la descascaradora, también esta sección se realizara una análisis para determinar cada una de las características físicas de la semilla de jatropha, y partiendo de estos resultados se iniciara con el desarrollo del proyecto, luego de realizar el módulo mecánico se expondrá la arquitectura de control que se va a realizar para el funcionamiento de la descascaradora, los planos de este módulo se adjuntaran en la sección de anexos, junto con las cotizaciones de los diferentes elementos usados; finalmente se expondrá el sistema de control mediante un diagrama de procesos, y se anexara el manual de operación del equipo. A continuación, se puede observar cada uno de los módulos y los componentes que lo conforman.  Mecánico -

Realizar un análisis de fuerza de fractura de la semilla y así poder determinar sus características físicas Diseñar el sistema de alimentación, iniciando con el cálculo de la capacidad de la tolva su forma y dimensiones; y luego diseñar el sistema de dosificación para asegurar un flujo constante de semillas. Seleccionar el tipo de sistema a usar en el proceso de descascarado eligiendo entre dos alternativas: el uso de rodillos o de discos, teniendo en cuenta las características de cada uno, sus ventajas y desventajas, descritas en el Capítulo 4. Diseñar el sistema de descascarado elegido, partiendo desde el cálculo de las partes móviles. Diseño del sistema de transmisión de potencia, selección de cojinetes y rodamientos seguido de la elección del motor que hará funcionar el sistema. Diseñar el sistema de separación de cascara y almendra, luego de que estas salgan del sistema de descascarado. Diseño de la estructura de soporte.

 Eléctrico - Arquitectura de control - Plano conexiones. - Sistema de potencia.  Control - Diagrama de procesos

7.1

Modulo mecánico.

El desarrollo del módulo mecánico inicia con la determinación de las características físicas de la semilla de jatropha, para la cual se está diseñando la descascaradora, posteriormente se expondrá por qué se escogió cada tipo de sistema en cada fase del proceso de descascarado, así como el cálculo y determinación de cada elemento.  Determinación de las características físicas de la semilla de jatropha. Para realizar el estudio de fuerzas de fractura de la semilla de jatropha para determinar sus características físicas, se emplearon 40 probetas (semillas) a las cuales se les determino sus dimensiones, largo, alto y ancho

Figura. 7-1 Medición de las dimensiones de la semilla de jatropha Fuente: Betancur-Prisco, Julio César, Mira-Hernández, Carolina, & París-Londoño, Luis Santiago. (2014). Propiedades físicas y mecánicas de granos de Jatropha curcas cultivadas en Colombia. Tabla 7-1 Dimensiones y propiedades mecánicas de la semilla de jatropha

PROBETA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Largo Alto (mm) Ancho Peso (g) Fuerza (N) Distancia(mm) (mm) (mm) 17,20 10,50 9,40 0,8 108,00 7,40 17,20 10,40 8,80 0,8 109,00 6,77 17,30 11,00 8,70 0,9 122,00 6,72 18,70 10,70 9,30 0,7 123,00 7,31 18,40 11,10 9,35 0,7 111,00 7,25 18,40 11,10 9,30 0,8 126,00 7,30 17,85 10,75 9,90 0,6 111,00 7,87 17,30 11,00 9,05 0,9 124,00 7,07 18,90 11,10 9,00 0,8 133,00 7,01 18,00 11,20 9,00 0,6 129,00 6,90 18,40 11,10 9,30 0,6 135,00 7,30 18,15 10,60 9,00 0,8 108,00 6,97 18,15 11,15 9,05 0,8 119,00 7,07 45

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Promedio Desviación estándar

18,20 17,00 18,20 17,60 18,85 18,30 17,30 17,00 17,40 17,10 18,15 17,85 17,80 18,10 17,95 18,70 18,55 18,30 17,50 17,35 18,20 18,00 18,70 18,45 18,00 18,05 18,00 17,96 0,53

10,75 11,15 11,00 10,70 11,35 10,75 10,55 10,60 10,85 10,60 11,20 11,20 11,00 11,55 11,00 10,85 11,25 11,10 11,20 10,65 10,70 11,00 10,65 11,30 10,80 10,95 10,80 10,93 0,27

9,15 9,25 9,15 9,15 9,00 9,40 8,70 8,60 9,15 9,00 9,35 9,50 9,15 9,20 9,20 9,15 9,40 9,25 9,15 9,00 9,05 9,45 9,05 9,30 9,00 9,40 9,00 9,16 0,24

0,8 0,6 0,6 0,6 0,8 0,7 0,9 0,8 0,6 0,8 0,8 0,8 0,6 0,6 0,8 0,8 0,8 0,6 0,6 0,6 0,8 0,7 0,9 0,8 0,6 0,8 0,8 0,74 0,11

118,00 104,00 116,00 137,00 106,00 110,00 120,00 127,00 117,00 131,00 116,00 103,00 115,00 106,00 136,00 138,00 109,00 111,00 113,00 118,00 129,00 130,00 133,00 134,00 130,00 100,00 137,00 120,05 11,15

7,16 7,15 7,15 7,12 7,02 7,41 6,60 6,60 7,12 7,02 7,36 7,40 7,15 7,17 7,22 7,16 7,30 7,25 7,12 7,02 7,06 7,35 7,05 7,27 7,02 7,41 6,90 7,14 0,24

Fuente: autores

Teniendo en cuenta el peso de la semilla promedio, se determina cuantas semillas hay en un kilogramo, esto se hace mediante la ecuación 6-1 dividiendo un kilogramo en el peso promedio de una sola semilla. 𝑄𝑆𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠 =

1000𝑔 0,74𝑔

Ecuación 7-1

𝑄𝑆𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠 = 1360,54

De igual manera, con las medidas obtenidas se determina: El volumen de la semilla de jatropha, 𝑉𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠 =

4𝜋𝑎𝑏𝑐 3

Ecuación 7-2

El ĂĄrea transversal: đ??´đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x; = đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;?

EcuaciĂłn 7-3

DiĂĄmetro aritmĂŠtico: đ??ˇđ?&#x2018;&#x17D; =

đ?&#x2018;&#x17D;+đ?&#x2018;?+đ?&#x2018;? 3

EcuaciĂłn 7-4

DiĂĄmetro geomĂŠtrico: đ??ˇđ?&#x2018;&#x201D; = (đ?&#x2018;&#x17D; + đ?&#x2018;? + đ?&#x2018;?)1/3

EcuaciĂłn 7-5

y esfericidad con las fĂłrmulas de un elipsoide, forma geomĂŠtrica que es muy parecida a la semilla de Jatropha. đ??¸đ?&#x2018; =

đ??ˇđ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x17D;

EcuaciĂłn 7-6 En donde: ď&#x201A;ˇ Vsemillas: ď&#x201A;ˇ Atr: ď&#x201A;ˇ Da: ď&#x201A;ˇ Dg: ď&#x201A;ˇ Es: ď&#x201A;ˇ a: ď&#x201A;ˇ b: ď&#x201A;ˇ c:

Volumen de la semilla. Ă rea transversal de la semilla. DiĂĄmetro AritmĂŠtico de la semilla. DiĂĄmetro GeomĂŠtrico de la semilla. Esfericidad de la semilla. Radio de la longitud de la semilla. Radio del ancho de la semilla. Radio del espesor de la semilla.

[mm3]. [mm2]. [mm] [mm] [mm] [mm] [mm]

Con la ecuaciĂłn 6-2 calculamos el volumen de la semilla promedio. đ?&#x2018;&#x2030;=

4đ?&#x153;&#x2039;(8,98 â&#x2C6;&#x2014; 5,46 â&#x2C6;&#x2014; 4,58) 3 đ?&#x2018;&#x2030; = 941,44 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;3

Con la ecuaciĂłn 6-3 calculamos el ĂĄrea transversal de la semilla promedio: đ??´ = đ?&#x153;&#x2039;(8,98 â&#x2C6;&#x2014; 5,46) đ??´ = 154,06 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;2 Con la ecuaciĂłn 6-4 calculamos el diĂĄmetro aritmĂŠtico de la semilla promedio: đ??ˇđ?&#x2018;&#x17D; =

8,98 + 5,46 + 4,58 3

đ??ˇđ?&#x2018;&#x17D; = 6,34 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; Con la ecuaciĂłn 6-5 calculamos el diĂĄmetro geomĂŠtrico de la semilla promedio: đ??ˇđ?&#x2018;&#x201D; = (8,98 + 5,46 + 4,58)1/3 đ??ˇđ?&#x2018;&#x201D; = 2,67 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; Con la ecuaciĂłn 6-6 calculamos la esfericidad de la semilla promedio: đ??¸đ?&#x2018; =

2,67 5,46

đ??¸đ?&#x2018; = 0,30 Con el volumen de cada semilla se determina cuanto ocupa un kilogramo en el espacio. đ?&#x2018;&#x2030;1đ??žđ?&#x2018;&#x201D; = đ?&#x2018;&#x2030; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;

EcuaciĂłn 7-7

đ?&#x2018;&#x2030;1đ??žđ?&#x2018;&#x201D; = 941,44 â&#x2C6;&#x2014; 1360,54 đ?&#x2018;&#x2030;1đ??žđ?&#x2018;&#x201D; = 1280870,95 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;3 Calculo de la densidad. Teniendo en cuenta un kilogramo de semilla ocupa un volumen de: đ?&#x2018;&#x2030;1đ??žđ?&#x2018;&#x201D; = 1280870,95 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;3 podremos calcular la densidad de la semilla, mediante la ecuacion: đ?&#x153;&#x152;=

đ?&#x2018;&#x20AC; đ?&#x2018;&#x2030;

EcuaciĂłn 7-8

Donde đ?&#x153;&#x152;: M: V:

densidad de las semillas masa de las semillas. volumen de las semillas

Entonces: 1đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; 1280870,95đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;3 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; 1000000000đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;3 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x153;&#x152; = 0,00000078 ( ) = 0,00000078 ( ) â&#x2C6;&#x2014; = 780,718( 3 ) 3 3 3 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x153;&#x152;=

En la siguiente tabla se agrupa cada una de las caracterĂsticas determinadas en los procesos anteriores, todo esto usando las ecuaciones de una elipse, debido a que es la forma geomĂŠtrica que mĂĄs se asemeja a la semilla de jatropha; de igual manera se

muestra el coeficiente de fricción de la semilla de jatropha en tres materiales diferentes, estos se tomaron de (GARNAYAK, 2007)42 Tabla 7-2 Dimensiones geométricas de la semilla de jatropha

Parámetro Longitud mm Ancho mm Espesor mm Área transversal mm2 Volumen mm3 Densidad Kg/m3 Diámetro Aritmético mm Diámetro geométrico mm Esfericidad Madera Coeficiente Aluminio de fricción. Acero Fuente: autores.

Promedio Desviación estándar. 17,96 0,53 10,93 0,27 9,16 0,24 154,06 27,78 941,44 55,63 780,718 6,34 0,13 2,67 0,02 0,3 0,56 0,413 0,432

Diseño del sistema de alimentación. Teniendo en cuenta cada una de las características de los diferentes tipos de tolvas y dosificadores que existen, se decidió trabajar con una tolva de forma rectangular y un dosificador de tornillo sin-fin, a continuación, se expondrán las razones por las cuales se decidió tomar esta decisión.  Selección del tipo de tolva. Para la elección del tipo de tolva se tomó en cuenta aspectos relevantes que están ajustados a los objetivos que se desean alcanzar con el desarrollo del diseño de la descascaradora, los aspectos fueron: el costo de construcción de la tolva y tiempo estimado de la misma, facilidad de flujo de las semillas dentro de la tolva. El aspecto más importante y que influyo en gran parte fue el tema del costo, esto debido a que la descascaradora no debe ser muy costosa para su implementación en el caso que esto se desee. Teniendo en cuenta que los principales tipos de tolva que se tenían como alternativa era la rectangular y la circular, a continuación, se relacionan las principales características que influyeron en la selección del tipo de tolva específico. 

Tolva rectangular.

Tolva de fácil construcción debido a que se construye a partir de dobleces, poca resistencia de flujo de la semilla dentro de la misma, siempre y cuando el ángulo de 42

GARNAYAK, D. P. (2007). Moisture-dependent physical properties ofjatropha seed (Jatropha curcas L.). Nueva Delhi, India. Obtenido de http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669007001318

inclinaciĂłn de sus paredes sea mayor al ĂĄngulo mĂnimo en el cual la semilla vence la fricciĂłn estĂĄtica con respecto al material de su construcciĂłn, tiempo de elaboraciĂłn corto con un costo medio debido a la facilidad de su construcciĂłn. ď&#x201A;ˇ

Tolva circular.

Tolva con dificultad media de construcciĂłn debido a que se hace con una sola lamina en forma de cono, gran capacidad de flujo dentro de la misma debido a su forma geomĂŠtrica ya que el ĂĄngulo de inclinaciĂłn es igual en cualquier parte de la tolva, tiempo de elaboraciĂłn alto, al igual que el costo de elaboraciĂłn debido a su forma geomĂŠtrica. De acuerdo a las dos descripciones anteriores, basadas en las caracterĂsticas de cada tipo de tolva, descritas en el capĂtulo 4, se decidiĂł trabajar con la tolva rectangular, al ser esta mĂĄs rĂĄpida de construir y con un costo bajo de elaboraciĂłn, en cuanto al flujo de las semillas dentro de la tolva se asegurarĂĄ un flujo constante en su construcciĂłn, al garantizar que el ĂĄngulo de inclinaciĂłn de sus paredes sea mayor que el ĂĄngulo mĂnimo para vencer la fricciĂłn. ď&#x201A;ˇ

Calculo de la tolva rectangular.

En primer lugar, se calcularĂĄ el ĂĄngulo mĂnimo de inclinaciĂłn de las paredes laterales, esto teniendo en cuanta el coeficiente de fricciĂłn de la semilla de jatropha en contacto con el acero. Con el coeficiente de fricciĂłn podemos determinar el ĂĄngulo mĂnimo con el cual las semillas ruedan por una superficie, mediante la siguiente formula. â&#x2C6;&#x2026; = đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x203A;(đ?&#x153;&#x2021;)

EcuaciĂłn 7-9

En donde: ď&#x201A;ˇ â&#x2C6;&#x2026; = Ă ngulo mĂnimo. ď&#x201A;ˇ đ?&#x153;&#x2021; = Coeficiente de fricciĂłn. Con la ecuaciĂłn 6-8 calculamos el ĂĄngulo mĂnimo, tomando como coeficiente de fricciĂłn el de la madera el cual es el mĂĄs alto. â&#x2C6;&#x2026; = arctan(0,56) â&#x2C6;&#x2026; = 29,25Â° Se procede a diseĂąar la tolva teniendo en cuenta que se quiere llenar con aproximadamente 60Kg de semillas de jatropha. Con el resultado de la ecuaciĂłn 6-7 determinamos cuanto volumen de semillas hay en 60Kg. đ?&#x2018;&#x2030;60đ??žđ?&#x2018;&#x201D; = đ?&#x2018;&#x2030;1đ??žđ?&#x2018;&#x201D; â&#x2C6;&#x2014; 60

EcuaciĂłn 7-10

đ?&#x2018;&#x2030;60đ??žđ?&#x2018;&#x201D; = 1280870,95 â&#x2C6;&#x2014; 60 đ?&#x2018;&#x2030;60đ??žđ?&#x2018;&#x201D; = 76852257đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;3 Al ser la tolva de forma rectangular y al tener sus paredes una inclinaciĂłn, se decide calcular sus dimensiones y el volumen a contener realizando los cĂĄlculos como si esta 50

fuera una pirĂĄmide truncada, al ser esta forma geomĂŠtrica la mĂĄs aproximada al aspecto final de la tolva.

Figura. 7-2 PirĂĄmide Truncada. Fuente: Autores

Para determinar las medidas de la tolva se utiliza las siguientes ecuaciones, teniendo en cuanta las variables de la Figura 6-3

Figura 7-3 Variables tolva

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; =

đ??´đ?&#x2018;? +đ??´đ?&#x2018;Ą +â&#x2C6;&#x161;đ??´đ?&#x2018;? +đ??´đ?&#x2018;Ą 3

â&#x2C6;&#x2014;â&#x201E;&#x17D;

EcuaciĂłn 7-11

đ??´đ?&#x2018;? = đ?&#x2018;&#x17D; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;?

EcuaciĂłn 7-12

đ??´đ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x17D;â&#x20AC;˛ â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;?â&#x20AC;˛

EcuaciĂłn 7-13

En donde: ď&#x201A;ˇ đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; = Volumen de la tolva ď&#x201A;ˇ đ??´đ?&#x2018;? = Ă rea base ď&#x201A;ˇ đ??´đ?&#x2018;Ą = Ă rea tapa La parte de la tapa es la mĂĄs pequeĂąa, por donde se dosifican las semillas, estĂĄ segĂşn las medidas de la semilla y segĂşn la dosificaciĂłn que se utilice, va a tener un ĂĄrea de 11552 mm2, el ĂĄrea de la base un valor de 360000mm2, el volumen lo sabemos a partir del resultado de la ecuaciĂłn 6-11, quedando como Ăşnico valor desconocido la altura de la tolva. Con la ecuaciĂłn 6-12 hallamos el ĂĄrea de la base. đ??´đ?&#x2018;? = 600 â&#x2C6;&#x2014; 600 = 360000đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;2 Con la ecuaciĂłn 6-13 hallamos el ĂĄrea de la tapa đ??´đ?&#x2018;? = 76 â&#x2C6;&#x2014; 152 = 11552đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;2

De la ecuaciĂłn 6-11 despejamos la altura. đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; =

đ??´đ?&#x2018;? + đ??´đ?&#x2018;Ą + â&#x2C6;&#x161;đ??´đ?&#x2018;? + đ??´đ?&#x2018;Ą â&#x2C6;&#x2014;â&#x201E;&#x17D; 3

1 đ??´đ?&#x2018;? + đ??´đ?&#x2018;Ą + â&#x2C6;&#x161;đ??´đ?&#x2018;? + đ??´đ?&#x2018;Ą = â&#x201E;&#x17D; 3đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; â&#x201E;&#x17D;=

3đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; đ??´đ?&#x2018;? + đ??´đ?&#x2018;Ą + â&#x2C6;&#x161;đ??´đ?&#x2018;? + đ??´đ?&#x2018;Ą

3(76852257) 360000 + 11552 + â&#x2C6;&#x161;360000 + 11552

= 619,51đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

En la figura 6-4 se puede observar la forma y dimensiones finales de la tolva calculada, esta quedarĂa con el ĂĄngulo de menor tamaĂąo de 67,08Â°, por lo cual no tendrĂa problema, pues es mayor al indicado en la ecuaciĂłn 6-9.

Figura 7-4 DiseĂąo Tolva. Fuente: Autores.

ď&#x192;&#x2DC; Calculo del sistema de dosificaciĂłn. Luego calcular las dimensiones de la tolva se puede continuar calculando los demĂĄs componentes del sistema de alimentaciĂłn. Empezando por la selecciĂłn del sistema dosificador. Para esto hay que tener en cuenta que el material a dosificar es un sĂłlido y que ademĂĄs las semillas no pueden ser maltratadas ni trituradas antes de ser descascaradas ya que se perjudicarĂa la misma; de acuerdo a esto los dosificadores de lĂquidos y de bomba no son los apropiados debido a que estos son usados para dosificar fluidos; por ende queda seleccionar entre los de tipo volumĂŠtricos y los dosificadores de peso, estos Ăşltimos en su mayorĂa son usados para empaque de productos que deben tener un gramaje exacto, generalmente alimentos; los volumĂŠtricos no pesan el material, estos Ăşnicamente transportan una cantidad definida de material con caracterĂsticas 52

similares en tamaĂąo, forma y peso, lo que lo hacen el mĂĄs adecuado para implementar en la etapa de alimentaciĂłn de la descascaradora. Por lo cual se decide implementar el sistema de tornillo sin-fin. Luego de decidir implementar el sistema de tornillo sin-fin se procede a calcular cada una de sus partes y dimensiones. ď&#x201A;ˇ

Garganta de alimentaciĂłn

La garganta de alimentaciĂłn se sitĂşa debajo de la salida de la tolva, sus dimensiones se tomarĂĄn del mismo valor de esta, es decir, la garganta tendrĂĄ: đ??´đ?&#x2018;&#x201D; = 76đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ??żđ?&#x2018;&#x201D; = 152đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

Ancho de la garganta: Largo de la garganta: ď&#x201A;ˇ

Paso y DiĂĄmetro del tornillo

Teniendo en cuenta las dimensiones de la garganta de alimentaciĂłn, se decidiĂł tomar el diĂĄmetro del tornillo Dt con un valor igual al ancho de esta. đ??ˇđ?&#x2018;Ą = đ??´đ?&#x2018;&#x201D; = 76đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; Teniendo en cuenta el diĂĄmetro para materiales heterogĂŠneos, debe ser 4 veces mayor que el mayor diĂĄmetro de los pedazos a transportar. Tomamos como ese diĂĄmetro la longitud promedio de las semillas entonces đ??ˇđ?&#x2018;Ą = 4đ??żđ?&#x2018;

EcuaciĂłn 7-14

Donde: Dt: diĂĄmetro del tornillo. Ls: Longitud de la semilla =17,93mm Remplazando valores en 6-14. đ??ˇđ?&#x2018;Ą = 4 â&#x2C6;&#x2014; 17,93đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇđ?&#x2018;Ą = 71,72đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; De acuerdo con el cĂĄlculo el diĂĄmetro mĂnimo debe ser de aproximadamente 72mm, para el diseĂąo se toma un valor de 76mm lo que significa que el valor es apropiado. đ??ˇđ?&#x2018;Ą = 76đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; = 0,076đ?&#x2018;&#x161; En general, la dimensiĂłn para el paso de los transportadores de tornillo suele estar comprendida entre 0,5 y 1 veces la medida del diĂĄmetro del mismo, siendo mayor cuanto mĂĄs ligera sea la carga que se vaya a transportar con el tornillo. Conforme con lo anterior y teniendo en cuenta que la semilla es fĂĄcil de transportar se tomĂł un paso igual al diĂĄmetro esto es: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;Ą = đ??ˇđ?&#x2018;Ą

EcuaciĂłn 7-15 53

Donde: Pt: Paso del tornillo. Dt: DiĂĄmetro del Tornillo đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;Ą = 76đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; = 0,076đ?&#x2018;&#x161; El diĂĄmetro del canalĂłn o cilindro (Dca) debe ser 2mm mĂĄs grande que el diĂĄmetro del tornillo. đ??ˇđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D; = 76đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; + 2đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; = 78đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D; = 78đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; = 0,078đ?&#x2018;&#x161;

ď&#x201A;ˇ

Capacidad de transporte

Para calcular la capacidad de transporte, se debe calcular el ĂĄrea que ocupara el material, asĂ como su velocidad de transporte. ď&#x201A;ˇ

Ă rea de relleno del canalĂłn (S):

El ĂĄrea de relleno (S) del canalĂłn que ocupa el material que mueve el transportador, se puede obtener mediante la siguiente expresiĂłn: đ?&#x2018;&#x2020;=đ?&#x153;&#x2020;â&#x2C6;&#x2014;

đ?&#x153;&#x2039;â&#x2C6;&#x2014;đ??ˇđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D; 2 4

EcuaciĂłn 7-16

donde, S es el ĂĄrea de relleno del transportador, en m2 D es el diĂĄmetro del canalĂłn del transportador, en m Îť es el coeficiente de relleno de la secciĂłn. El coeficiente de relleno (Îť) se seleccionĂł de la tabla 4-4; teniendo en cuenta que las semillas son un material poco abrasivo y ligero el coeficiente (Îť) serĂĄ de 0,32. Entonces: đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; (0,078đ?&#x2018;&#x161;)2 4 đ?&#x2018;&#x2020; = 0,001529đ?&#x2018;&#x161;2

đ?&#x2018;&#x2020; = 0.32 â&#x2C6;&#x2014;

ď&#x201A;ˇ

Velocidad de desplazamiento del transportador (v):

Para calcular la velocidad angular del eje del tornillo se usa la siguiente ecuaciĂłn: đ?&#x2018;Ł =đ?&#x2018;?â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;&#x203A;â&#x2C6;&#x2014;

1đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; 60đ?&#x2018;

EcuaciĂłn 7-17

Despejando tenemos que: đ?&#x2018;Łâ&#x2C6;&#x2014;60đ?&#x2018;

đ?&#x2018;&#x203A; = đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;Ąâ&#x2C6;&#x2014;1đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;

EcuaciĂłn 7-18 54

donde, v es la velocidad de desplazamiento del transportador, en m/s Pt es el paso del tornillo o paso de hĂŠlice, en m n es la velocidad de giro del eje del tornillo, en r.p.m. Como no se conoce la velocidad de desplazamiento v se procede a calcularla usando la ecuaciĂłn de flujo de material. đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122; =

36000đ?&#x2018; â&#x201E;&#x17D;

â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;Łâ&#x2C6;&#x2014;đ?&#x153;&#x152;â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;&#x2013;

EcuaciĂłn 7-19

Despejando tenemos que: đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;â&#x2C6;&#x2014;â&#x201E;&#x17D;

đ?&#x2018;Ł = 36000đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x153;&#x152;â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;&#x2013;

EcuaciĂłn 7-20

donde, Q es el flujo de material transportado, en kg/h S es el ĂĄrea de relleno del transportador, en m2, v es la velocidad de desplazamiento del transportador, en m/s, Ď es la densidad del material transportado, en kg/m3 i es el coeficiente de disminuciĂłn del flujo de material debido a la inclinaciĂłn del transportador. Teniendo en cuenta que la densidad de las semillas đ?&#x153;&#x152; es đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x153;&#x152; = 780,718( ) đ?&#x2018;&#x161; Y que la capacidad de procesamiento de la descascaradora debe ser de 300K/h, y el tornillo no estĂĄ inclinado, es decir el coeficiente (i) (tomado de la tabla 4-5) es igual a 1. Remplazando valores en 6-20 tenemos que:

đ?&#x2018;Ł=

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; 300( ) â&#x2C6;&#x2014; â&#x201E;&#x17D; â&#x201E;&#x17D;

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; 36000đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; 0,001529đ?&#x2018;&#x161;2 â&#x2C6;&#x2014; 780,718( 3 ) â&#x2C6;&#x2014; 1 đ?&#x2018;&#x161; 0,069809đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;Ł= đ?&#x2018; DespuĂŠs de calcular la velocidad de desplazamiento, podemos calcular las revoluciones de giro del eje usando la ecuaciĂłn 6-18: 0,069809đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; 60đ?&#x2018; đ?&#x2018;Ł â&#x2C6;&#x2014; 60đ?&#x2018; 4,18854 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x203A;= = = đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;Ą â&#x2C6;&#x2014; 1đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; 0,076đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; 1đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; 0,076đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł đ?&#x2018;&#x203A; = 55,11 ( ) đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; donde, v es la velocidad de desplazamiento del transportador, en m/s p es el paso del tornillo o paso de hĂŠlice, en m n es la velocidad de giro del eje del tornillo, en r.p.m.

sabiendo que 1min = 60s, se calcula la velocidad (đ?&#x2018;¤đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;) del tornillo en revoluciones por segundo asĂ: đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł 1đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł đ?&#x2018;¤đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; = 55,11 ( )( ) = 0,92 ( ) đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; 60đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201D; En un movimiento circular uniforme, dado que una revoluciĂłn completa representa 2Ď&#x20AC; radianes, tenemos: đ?&#x153;&#x201D;=

2đ?&#x153;&#x2039; đ?&#x2018;&#x2021;

= 2đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x2018;&#x201C;

donde T es el perĂodo (tiempo en dar una vuelta completa) y f es la frecuencia (nĂşmero de revoluciones o vueltas por unidad de tiempo). De modo que đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026; = 2đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2026;

EcuaciĂłn 7-21

Donde đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026; : velocidad angular del rodillo. đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2026; : nĂşmero de revoluciones por unidad de tiempo, que es igual a đ?&#x2018;¤đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; = 0,92(đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201D;) Remplazando en 6-21: đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; = 2đ?&#x153;&#x2039;(0,92) = 1,84đ?&#x153;&#x2039; ( ) = 5,77 ( ) đ?&#x2018; đ?&#x2018; ď&#x201A;ˇ

Potencia de accionamiento

La potencia de accionamiento (P) de un transportador de tornillo sin fin se compone de la suma de tres componentes principales, segĂşn se refleja en la siguiente expresiĂłn: đ?&#x2018;&#x192; = đ?&#x2018;&#x192;đ??ť + đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018; + đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;

EcuaciĂłn 7-22

Donde: PH es la potencia necesaria para el desplazamiento horizontal del material. PN es la potencia necesaria para el accionamiento del tornillo en vacĂo Pi es la potencia necesaria para el caso de un tornillo sin fin inclinado. ď&#x201A;ˇ

CĂĄlculo de la potencia total

Para el cĂĄlculo de la potencia total (P) de accionamiento de un transportador de tornillo se deberĂĄ calcular previamente las necesidades de potencia de cada tipo. Potencia para el desplazamiento horizontal del material (PH): La potencia necesaria para realizar el desplazamiento horizontal del material se calcula mediante la siguiente expresiĂłn: â&#x201E;&#x17D;

đ?&#x2018;&#x192;đ??ť = đ??ś0 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x201E; â&#x2C6;&#x2014; đ??ż â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x201D; â&#x2C6;&#x2014; (3600đ?&#x2018; )

EcuaciĂłn 7-23

Donde: Q: L: g: c0

es el flujo de material transportado, en kg/h es la longitud del transportador, en m es la gravedad, 9,8m/s2 es el coeficiente de resistencia del material transportado. SegĂşn la tabla 4-6 este debe ser de 1.2, al ser la semilla un producto granulado.

Remplazando valores: 1 đ?&#x2018;&#x192;đ??ť = 1,2 â&#x2C6;&#x2014; 300 â&#x2C6;&#x2014; 0,250 â&#x2C6;&#x2014; 9,8 â&#x2C6;&#x2014; ( ) 3600 1 đ?&#x2018;&#x192;đ??ť = 1,2 â&#x2C6;&#x2014; 300 â&#x2C6;&#x2014; 0,250 â&#x2C6;&#x2014; 9,8 â&#x2C6;&#x2014; ( ) 3600 đ?&#x2018;&#x192;đ??ť = 0,245đ?&#x2018;&#x160; = 0,00032855041đ??ťđ?&#x2018;&#x192; ď&#x201A;ˇ

Potencia de accionamiento del tornillo en vacĂo (PN):

La potencia necesaria para el accionamiento del tornillo en vacĂo se puede calcular con bastante aproximaciĂłn mediante la siguiente expresiĂłn: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018; =

đ??ˇâ&#x2C6;&#x2014;đ??ż 20

EcuaciĂłn 7-24

Donde: D es el diĂĄmetro de la secciĂłn del canalĂłn de la carcasa del transportador, en m L es la longitud del transportador, en m. Remplazando tenemos: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018; =

0,078 â&#x2C6;&#x2014; 0,25 20

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018; = 0,000975đ?&#x2018;&#x160; = 0,0000013075đ??ťđ?&#x2018;&#x192; Normalmente, el valor nominal de esta potencia es muy pequeĂąa en comparaciĂłn con la potencia necesaria para el desplazamiento del material. ď&#x201A;ˇ

Potencia para el caso de un tornillo sin fin inclinado (Pi):

Esta componente se aplica para el caso que se use un transportador de tornillo inclinado, donde exista una diferencia de cota (H) entre la posiciĂłn de la boca de entrada del material y la boca de salida o de descarga. đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013; =

đ?&#x2018;&#x201E;â&#x2C6;&#x2014;đ??ť 367

EcuaciĂłn 7-25

Donde: Pi: es la potencia del tornillo inclinado. Q es el flujo de material transportado, en t/h H es la altura de la instalación, en m En este caso, el tornillo no tendrá ninguna inclinación por lo tanto la potencia necesaria para realizar el desplazamiento del material por un transportador de tornillo inclinado será de 0. 𝑃𝑖 = 0 Finalmente, la potencia total (P) necesaria para el accionamiento de un transportador de tornillo resulta de la suma de las distintas necesidades de potencias calculadas anteriormente (ecuación 6-22): 𝑃 = 𝑃𝐻 + 𝑃𝑁 + 𝑃𝑖 = 0,245𝑊 + 0,000975𝑊 + 0𝑊 = 0,245975𝑊 = 0,0003299𝐻𝑃

Selección del sistema de descascarado a usar. Teniendo en cuenta las características de los diferentes sistemas usados en el proceso de molienda, así como sus ventajas y desventajas, y el cuadro comparativo de los diferentes tipos de descascaradoras de semillas que se encuentran en el mercado, descritos en el capítulo 4, se decidió elegir entre dos alternativas, los discos y los rodillos. Para esto se tuvo en cuenta aspectos como: Facilidad de realizar el montaje y desmontaje de piezas y elementos del equipo, para su limpieza, cambio, y/o mantenimiento y el tiempo que esto requiere; de igual manera se tuvo en cuenta la vida útil que tenga el equipo, también se analizó el nivel de ruido que pueda generar cada sistema, debido a que este factor es uno de los más importantes ya que puede generar contaminación al ambiente; igualmente se contempló que tan afectada podría llegar al salir la semilla al pasar por los rodillos o los discos; y finalmente el costo que genera la implementación del sistema, así como el precio del mantenimiento, montaje y desmontaje, asimismo se realizó una comparación del costo que tienen las diferentes descascaradoras de semillas que se encuentran en el mercado dependiendo del sistema implementado en ellas. El análisis se presenta en el siguiente cuadro, donde se especifica cada aspecto tenido en cuenta y el valor de ponderación, a cada aspecto se le asignó un valor dependiendo de la importancia que tiene en el diseño, que al sumarlos dan un valor de 500, que es el resultado del sistema ideal.

Tabla 7-3 Selección de alternativa.

PARAMETRO Capacidad de material(tolva) Facilidad de montaje Facilidad de mantenimiento Fractura de almendra** Ruido Vida útil Fabricación Operación Costo* Mantenimiento Total

IDEAL

DISCOS 25 75 75 75 50 50 50 50 50 500

25 40 70 50 40 50 35 50 25 385

RODILLOS 25 60 65 65 50 50 40 50 40 445

*Cuanto mayor sea la calificación, más económico es. **Cuanto mayor sea la calificación, menor daño a la almendra. Ideal Cumple con los requisitos Cumple con restricciones No cumple Inapropiado Fuente: Autores.

Del estudio y comparación planteados en el cuadro anterior, se decidió elegir la alternativa de rodillos, ya que es la que más se adapta a los criterios de selección, aunque podemos observar que las dos alternativas cumplen perfectamente con criterios como: la capacidad de almacenamiento, la facilidad de mantenimiento, el tiempo de vida útil al igual que los costos de operación, la alternativa de discos es más apropiada para procesos de molienda ya que es un factor bastante fuerte en el caso de la fractura de la semilla, esto debido a que al ejercer presión sobre la semilla para descascararla, y al combinar la fuerza centrífuga, genera una fricción mayor entre los discos, produciendo una rotura y fractura de la semilla cuando pase por entre estos.  Diseño del sistema de rodillos. El tamaño de la alimentación y el del producto determinan el diámetro y la abertura de los rodillos, cuyo cálculo se basa en el coeficiente de fricción entre el material a ser triturado y los rodillos. En la Figura. 6-3 si D y d son los diámetros de los rodillos y de la partícula a triturarse, despreciando la gravedad, las fuerzas que actúan sobre la partícula son una fuerza normal N y una fuerza tangencial T. Si la resultante R de estas fuerzas está dirigida hacia abajo, la partícula será agarrada y triturada, de otra manera rodará en la artesa formada por los rodillos. La igualación de los componentes verticales de N y T da la condición límite para la trituración, que resulta.

Figura. 7-3 Calculo del diĂĄmetro de los rodillos.

Las principales caracterĂsticas que se deben tener en cuenta para el cĂĄlculo de los rodillos son: ď&#x201A;ˇ DiĂĄmetro de la semilla. ď&#x201A;ˇ SeparaciĂłn entre los rodillos. ď&#x201A;ˇ Coeficiente de fricciĂłn de la semilla. ď&#x201A;ˇ Angulo de entrada o de mordedura de los cilindros: El ĂĄngulo 2Îą formado por las tangentes de un grano G, de diĂĄmetro d y radio r supuesto esfĂŠrico, en los puntos de contacto con los cilindros C, de diĂĄmetro D y radio R y separaciĂłn S. El valor del ĂĄngulo depende, del tamaĂąo del grano que se tritura, del diĂĄmetro de los cilindros y de su separaciĂłn. Aumenta al aumentar el tamaĂąo de grano, puesto que el coseno disminuye y decrece al aumentar el diĂĄmetro de los cilindros o su separaciĂłn, puesto que el coseno aumenta.43 đ??ˇ+đ?&#x2018;&#x2020; đ??ˇ+đ?&#x2018;&#x2018;

= cos đ?&#x203A;ź

EcuaciĂłn 7-26

Para que el grano sea agarrado y tragado por los cilindros es necesario que la resultante CRâ&#x20AC;&#x2122; de estas dos fuerzas CPâ&#x20AC;&#x2122; y CFâ&#x20AC;&#x2122; resulte dirigida hacia los cilindros es decir que forme ĂĄngulo con la lĂnea de acciĂłn CCâ&#x20AC;&#x2122; de los puntos de contacto del grano y por debajo de la misma, lo que equivale a decir que el lĂmite de mordedura del grano lo da la coincidencia de la resultante CR de esas dos fuerzas CP y CF con esa lĂnea, o lo que

Quito Castillo, G. E. (2005). DiseĂąo de una mĂĄquina trituradora tipo rodillo para la obtenciĂłn de la granulometrĂa recomendada para piedra pĂłmez utilizada en la fabricaciĂłn de bloque ligero. Tesis de grado, Escuela Superior PolitĂŠcnica del Litoral., Quito. Obtenido de http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/16490

es lo mismo, la horizontalidad de la resultante. Cuando esto ocurre no hay mordedura y el grano permanece en equilibrio sobre los cilindros.

Cuando esa horizontalidad existe se verifica que: pf ď&#x20AC;˝ CF ď&#x20AC;˝ CR' senď Ą

EcuaciĂłn 7-27

p ď&#x20AC;˝ CP ď&#x20AC;˝ CR' cos ď Ą

EcuaciĂłn 7-28

senď Ą ď&#x20AC;˝ tan ď Ą cosď Ą

EcuaciĂłn 7-29

f ď&#x20AC;˝

Para calcular el Angulo Îą se despeja de la ecuaciĂłn 6-29 asĂ: đ?&#x2018;&#x201C; = tan Îą Îą = tanâ&#x2C6;&#x2019;1 đ?&#x2018;&#x201C;

EcuaciĂłn 7-30

Es decir, que en este lĂmite de mordedura tgÎą = f, luego para que haya mordedura es preciso que el coeficiente de rozamiento tenga mayor valor que la tangente del ĂĄngulo de mordedura. A de verificarse, pues que tgÎą < f = tg Ď&#x2020; siendo f el coeficiente de rozamiento44 ď&#x201A;ˇ

Calculo de la velocidad de los rodillos

Teniendo definido el diĂĄmetro y la longitud de los rodillos, se puede calcular la velocidad angular de los mismos, para esto, se debe calcular la cantidad de semillas que pasaran entre los rodillos cuando estos den una vuelta, para cumplir con el parĂĄmetro de diseĂąo de asegurar un procesamiento de 200 a 300 kilogramos de semilla por hora. En primer lugar, se determina la cantidad de semillas que puede contener una fila a lo largo de la longitud del rodillo, luego se calcula el perĂmetro de la semilla y del rodillo, para calcular la cantidad de semillas que se podrĂĄn distribuir alrededor del mismo. Para esto se usaron las siguientes ecuaciones: Cantidad de semillas por fila: đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D; =

đ??żđ??ś đ??żđ??ş

EcuaciĂłn 7-31

Donde: Qfila: LC:

Cantidad de semillas a lo largo del rodillo. Longitud del rodillo.

[u]. [mm]

Betancur-Prisco, Julio CĂŠsar, Mira-HernĂĄndez, Carolina, & ParĂs-LondoĂąo, Luis Santiago. (2014). Propiedades fĂsicas y mecĂĄnicas de granos de Jatropha curcas cultivadas en Colombia. Revista Facultad de IngenierĂa Universidad de Antioquia, (73), 187-199. Retrieved September 08, 2016, from http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S012062302014000400018&lng=en&tlng=es.

LG:

Longitud promedio de la semilla.

[mm].

Cantidad de semillas alrededor del rodillo: đ?&#x2018;&#x192;đ??ś

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;Ăđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153; = đ?&#x2018;&#x192;đ??ş

EcuaciĂłn 7-32

Donde: QperĂmetro: Cantidad de semillas alrededor del rodillo. PC: PerĂmetro del rodillo. PG: PerĂmetro de la semilla. La cantidad de semilla por revoluciĂłn del rodillo es: đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A; = đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;.

[u/rev]

[u] [mm]. [mm].

EcuaciĂłn 7-33

La capacidad de procesamiento de la descascaradora serĂĄ de 300kg/h mĂĄximo, teniendo en cuenta esto se calcula la cantidad de semillas que se deben descascar por minuto, es decir el flujo de semillas a travĂŠs de los rodillos. â&#x201E;&#x17D;

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; = đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; 60đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;

EcuaciĂłn 7-34

Donde: Qrodillos: Qdescascaradora: Qsemillas: ď&#x201A;ˇ

Flujo de semillas a travĂŠs de los rodillos. Capacidad de procesamiento del equipo. Cantidad de semillas en un kilogramo.

[u/min]. [kg/h]. [u/kg].

DeterminaciĂłn de la velocidad angular del rodillo.

Una vez determinada la cantidad de semillas que debe pasar a travĂŠs de los rodillos, y la cantidad de semillas por revoluciĂłn, se puede calcular las revoluciones a las que debe girar el rodillo: đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;

đ?&#x2018;¤đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2018; = đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;

[rev/min]

EcuaciĂłn 7-35

Usando la EcuaciĂłn 6-31 con: LC = 250 mm LG = 17,96 đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D; = đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D; = 13,92

250 17,96 â&#x2030;&#x2C6;

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D; = 14

Cantidad de semillas alrededor del rodillo ecuaciĂłn 6-32: 62

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;Ăđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153; =

đ?&#x153;&#x2039;đ??ˇ đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x2018;&#x2018;

đ?&#x153;&#x2039;(250) = 22,87 â&#x2030;&#x2C6; 23 đ?&#x153;&#x2039;(10,93)

Cantidad de semillas por revoluciĂłn ecuaciĂłn 6-33 đ?&#x2018;˘ đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A; = 14 â&#x2C6;&#x2014; 23 = 322[ ] đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł Flujo de semillas a travĂŠs de los rodillos ecuaciĂłn 6-34. đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; =

300đ?&#x2018;&#x2DC; 1360 â&#x201E;&#x17D; â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x2014; â&#x201E;&#x17D; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; 60đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; =

6800[đ?&#x2018;˘] đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;

DespuĂŠs de determinar la cantidad de semillas que deben pasar entre los rodillos y la cantidad de semillas que se pueden descascarar en una vuelta del rodillo, se puede calcular la velocidad angular con la que debe girar el rodillo, usando la ecuaciĂłn 6-38 đ?&#x2018;˘ 6800[ } đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; đ?&#x2018;¤đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2018; = đ?&#x2018;˘ 322[đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł] đ?&#x2018;¤đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2018; = 21,18 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161; â&#x2030;&#x2C6; 22 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161;. Teniendo en cuenta que esta gira a 22 rpm y sabiendo que 1min = 60s, se calcula la velocidad en revoluciones por segundo asĂ: đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł 1đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; 11 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł đ?&#x2018;¤đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2018; = 22đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161; = 22 ( )( )= ( ) đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; 60đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201D; 30 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201D; Usando la ecuaciĂłn 6-21 se puede calcular la velocidad del rodillo con: đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026; :

velocidad angular del rodillo.

đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2026; :

igual a wrod = 30 (đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201D;)

11 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł

Remplazando 11 11 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026; = 2đ?&#x153;&#x2039; ( ) = đ?&#x153;&#x2039;( ) = 2,3038 ( ) 30 15 đ?&#x2018; đ?&#x2018; ď&#x201A;ˇ

Cargas en los rodillos

Las cargas que se producen en los rodillos dependen directamente de la resistencia al corte y la compresiĂłn de la semilla que estarĂĄ en contacto con ellos. En el caso de la semilla de jatropha entre los rodillos y esta, se presenta una fuerza de compresiĂłn, lo que lleva a la necesidad de calcular el esfuerzo de compresiĂłn en la semilla para asĂ 63

conocer las cargas en los rodillos por parte de la misma. Para esto se usa la ecuaciĂłn del esfuerzo de compresiĂłn.45 đ?&#x2018;&#x192;

đ?&#x203A;żđ?&#x2018;? = đ??´

EcuaciĂłn 7-36

Donde: đ?&#x203A;żđ?&#x2018;? : Esfuerzo de compresiĂłn. P: Fuerza de compresiĂłn en la semilla. A: Ă rea Transversal de la semilla.

[N/mm2]. [N]. [mm2]

Como la fuerza se ejerce a lo largo del rodillo es necesario calcular el esfuerzo unitario con la siguiente ecuaciĂłn: đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;? = đ?&#x203A;żđ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2026; â&#x2C6;&#x2014; tanâ&#x2C6;&#x2019;1 đ?&#x2018;&#x201C;

EcuaciĂłn 7-37

Donde: đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;? : Esfuerzo unitario. đ?&#x203A;żđ?&#x2018;? : Esfuerzo de compresiĂłn. R: Radio del rodillo. f: Coeficiente de fricciĂłn entre los rodillos y la semilla.

[N/mm]. [N/mm2] [mm]

Teniendo en cuenta las ecuaciones del diseĂąo del sistema de rodillos, y suponiendo que la horizontal existe, se tomara el lĂmite de mordedura, es decir que tan(Îą) = f y de esta manera calcular el ĂĄngulo, se tomara el coeficiente de fricciĂłn del acero, debido a que este es el material del cual se construirĂĄn los rodillos: Usando la ecuaciĂłn 6-30 Donde f=0,432 Îą = tanâ&#x2C6;&#x2019;1 đ?&#x2018;&#x201C; Îą = tanâ&#x2C6;&#x2019;1 0,432 Îą = 23,27 Conociendo el ĂĄngulo Îą ya se puede calcular el coseno del mismo, y usando la ecuaciĂłn 6-26 se determinarĂĄ el diĂĄmetro del rodillo (D), tomando como el diĂĄmetro de la semilla (d) el ancho promedio y como distancia entre rodillos (S) el diĂĄmetro aritmĂŠtico. D=a determinar d=17,96mm S=6,43mm cos Îą = cos 23,27 = 0,92 đ??ˇ+đ?&#x2018;&#x2020; > cos đ?&#x203A;ź đ??ˇ+đ?&#x2018;&#x2018; đ??ˇ+đ?&#x2018;&#x2020; > 0,92 đ??ˇ+đ?&#x2018;&#x2018; 45

SHIGLEY, J. R. (2012). DiseĂąo en ingenierĂa mecĂĄnica (Vol. 9 ediciĂłn). McGraw-Hill Interamericana.

đ??ˇ + đ?&#x2018;&#x2020; > (đ??ˇ + đ?&#x2018;&#x2018;)(0,92) đ??ˇ + đ?&#x2018;&#x2020; > 0.92đ??ˇ + 0,92đ?&#x2018;&#x2018; đ??ˇ â&#x2C6;&#x2019; 0,92đ??ˇ > 0,92đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2020; đ??ˇ(1 â&#x2C6;&#x2019; 0,92) > 0,92đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2020; 0,92 1 đ??ˇ> đ?&#x2018;&#x2018;â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2020; 0,08 0,08 đ??ˇ > 12,25đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; 12,5đ?&#x2018;&#x2020;

EcuaciĂłn 7-38 đ??ˇ > 12,25(10,93) â&#x2C6;&#x2019; 12,5(6,43) đ??ˇ > 53,5 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

Usando la ecuaciĂłn 6-36 se podrĂĄ calcular el esfuerzo de compresiĂłn en la semilla y por ende en los rodillos. đ?&#x203A;żđ?&#x2018;? =

đ?&#x203A;żđ?&#x2018;? =

đ?&#x2018;&#x192; đ??´

120.05đ?&#x2018; đ?&#x2018; = 0,78 2 154,06đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;2

Como la fuerza se ejerce a lo largo del rodillo es necesario calcular el esfuerzo unitario con la ecuaciĂłn 6-37: đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;? = đ?&#x203A;żđ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2026; â&#x2C6;&#x2014; tanâ&#x2C6;&#x2019;1 đ?&#x2018;&#x201C; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;? = 0,78 â&#x2C6;&#x2014; 38 â&#x2C6;&#x2014; tanâ&#x2C6;&#x2019;1 0,432= 692,51[ ] đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; ď&#x201A;ˇ

Sistema de transmisiĂłn de potencia.

DespuĂŠs de haber tomado la decisiĂłn de trabajar con rodillos y determinar su velocidad de giro se procede a diseĂąar la forma de hacer mover los rodillos y los componentes que aran esto posible. En primer lugar, se describen las caracterĂsticas de los rodillos a usar:

Figura. 7-4 Dimensiones del rodillo

Fuente: ROTRANS, Rodillos lisos para el transporte.

Marca: Longitud (L): Diámetro (D) Diámetro interno (Di): Peso: Espesor: Peso partes móviles (tapas, rodamientos, etc.) □

ROTRANS serie M/S25 250mm 76mm 25mm 3,35 kg. 4mm 2,27 kg.

Transmisión por cadena.

El movimiento será generado por un motorreductor eléctrico el cual estará acoplado directamente a uno de los rodillos al que llamaremos rodillo motriz. Para que el descascarado se lleve de forma correcta, los rodillos deben girar en sentido opuesto asía el centro de los mismos para lograr agarrar las semillas, para esto se usara una transmisión por cadena y piñón que permita el movimiento de los rodillos en la dirección descrita; en la figura 6-5 se puede observar cómo será esta distribución, el piñón 1 será el piñón motriz, el número 2 será el que permitirá el movimiento del rodillo 2, y el piñón 3 se usa para lograr la inversión de giro del número 2 con respecto al motriz.

3 Figura. 7-5 Transmisión por cadena Fuente: autores

□

Selección de los piñones.

Los piñones se seleccionaron de acuerdo a las disponibles en el mercado, para esto se tuvo en cuenta el diámetro del eje de los rodillos (Di), y el diámetro externo (D); como el diámetro externo de los rodillos es 76 mm, el diámetro de los piñones 1 y 2 así como su separación no pueden ser mayor a 2 veces el diámetro externo del rodillo, es decir 152mm, para que no se presenten problemas de atascamiento debido a la cercanía entre estos y el paso de la cadena. □

Calculo de las dimensiones del Piñón 1.

Para el diseño del piñón se tomará como base un diámetro externo (De) de 100 mm, esto ya que este piñón girará aproximadamente a la mitad de velocidad del piñón del rodillo 2. De acuerdo a los módulos normalizados se tomará un valor de 4mm, a partir de esto se calculará las demás dimensiones del piñón. 66

Primero se calcularĂĄ el nĂşmero de dientes usando la ecuaciĂłn đ?&#x2018;&#x161;=

đ??ˇđ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;§+2

Despejando tenemos que: đ?&#x2018;§+2=

đ??ˇđ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;&#x161;

Entonces z serĂĄ đ?&#x2018;§=

đ??ˇđ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;&#x161;

â&#x2C6;&#x2019;2

EcuaciĂłn 7-39

Remplazando valores đ?&#x2018;§=

98 â&#x2C6;&#x2019; 2 = 24,5 â&#x2C6;&#x2019; 2 = 22,5 4

Como el resultado contiene un decimal mayor o igual a 0.5 (en este caso igual), se aproxima a un nĂşmero entero, es decir, que el nĂşmero de dientes serĂĄ 23. đ?&#x2018;§ = 23 Ahora se pude determinar el paso: đ?&#x2018;&#x192; = đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x161; = 3,141592 â&#x2C6;&#x2014; 4đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x192; = 12,5663đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; Altura del diente h: h = 2,25 â&#x2C6;&#x2014; m = 2,25 â&#x2C6;&#x2014; 4 = 9 h = 9mm Altura de la cabeza del diente (hc): hc = m = 4 hc = 4mm Altura del pie del diente (hp): hp = 1,25 â&#x2C6;&#x2014; m = 1,25 â&#x2C6;&#x2014; 4 hp = 5mm Espesor del diente (e): e = 0,5 â&#x2C6;&#x2014; P = 0,5 â&#x2C6;&#x2014; 12,5663 e = 6,28mm DiĂĄmetro primitivo (Dp). đ??ˇđ?&#x2018;? = đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;§ Remplazando valores:

EcuaciĂłn 7-40

đ??ˇđ?&#x2018;? = 4 â&#x2C6;&#x2014; 23 đ??ˇđ?&#x2018;? = 92đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

DiĂĄmetro interior (Di). đ??ˇđ?&#x2018;&#x2013; = đ??ˇđ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2019; 2,5 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x161;

EcuaciĂłn 7-41

Remplazando valores: đ??ˇđ?&#x2018;&#x2013; = 92đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2019; 2,5 â&#x2C6;&#x2014; 4đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇđ?&#x2018;&#x2013; = 82đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2013;Ą

Calculo de las dimensiones del PiĂąĂłn 2

Para el piĂąĂłn 2 que es el que esta acoplado al rodillo 2, se usarĂĄn las mismas ecuaciones; ademĂĄs se debe tener en cuenta que el modulo debe ser el mismo que el piĂąĂłn motriz, para garantizar un acoplamiento correcto entre los piĂąones y la cadena, lo que significa que los Ăşnicos datos que varĂan son: el diĂĄmetro exterior, el diĂĄmetro primitivo y el nĂşmero de dientes. Para lograr un mayor contacto del piĂąĂłn del rodillo 2 con la cadena, se decidiĂł que el piĂąĂłn debe tener un diĂĄmetro externo de 54 mm; esto para garantizar que el rodillo 2 gire al doble de velocidad del rodillo1. a partir de esto podremos calcular las dimensiones faltantes: usando la ecuaciĂłn 6-39: đ??ˇđ?&#x2018;&#x2019; 54 â&#x2C6;&#x2019;2= â&#x2C6;&#x2019; 2 = 11,5 đ?&#x2018;&#x161; 4 Como el resultado contiene un decimal mayor o igual a 0.5 (en este caso igual), se aproxima a un nĂşmero entero, es decir, que el nĂşmero de dientes serĂĄ 12 đ?&#x2018;§ = 12 DiĂĄmetro primitivo (Dp) usando la ecuaciĂłn 6-40. đ?&#x2018;§=

đ??ˇđ?&#x2018;? = đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;§ = 4 â&#x2C6;&#x2014; 12 đ??ˇđ?&#x2018;? = 48đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; DiĂĄmetro interior (Di) usando la ecuaciĂłn 6-41. đ??ˇđ?&#x2018;&#x2013; = đ??ˇđ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2019; 2,5 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇđ?&#x2018;&#x2013; = 48đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2019; 2,5 â&#x2C6;&#x2014; 4đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇđ?&#x2018;&#x2013; = 38đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2013;Ą

Calculo de las dimensiones del PiĂąĂłn 3

Para el piĂąĂłn conducido, es decir, el nĂşmero 3, se usarĂĄn las mismas ecuaciones; ademĂĄs se debe tener en cuenta que el modulo debe ser el mismo que el piĂąĂłn motriz, para garantizar un acoplamiento correcto entre los piĂąones y la cadena, lo que significa que los Ăşnicos datos que varĂan son: el diĂĄmetro exterior, el diĂĄmetro primitivo y el nĂşmero de dientes. Para lograr un mayor contacto del piĂąĂłn del rodillo 2 con la cadena, se decidiĂł que el piĂąĂłn conducido debe tener un diĂĄmetro externo de 126 mm; partir de esto podremos calcular las dimensiones faltantes: Entonces la cantidad de dientes usando la ecuaciĂłn 6-39 serĂĄ: đ?&#x2018;§=

126 â&#x2C6;&#x2019; 2 = 29,5 4 68

Como el resultado contiene un decimal mayor o igual a 0.5 (en este caso igual), se aproxima a un nĂşmero entero, es decir, que el nĂşmero de dientes serĂĄ 30. đ?&#x2018;§ = 30 DiĂĄmetro primitivo (Dp), usando la ecuaciĂłn 6-40. đ??ˇđ?&#x2018;? = 4 â&#x2C6;&#x2014; 30 = 120đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; DiĂĄmetro interior (Di), usando la ecuaciĂłn 6-41. đ??ˇđ?&#x2018;&#x2013; = 120đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2019; 2,5 â&#x2C6;&#x2014; 4đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇđ?&#x2018;&#x2013; = 110đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2013;Ą

Calculo de las dimensiones del PiĂąĂłn del dosificador (p4)

Para el piĂąĂłn del dosificador, es decir, el nĂşmero 4, se usarĂĄn las mismas ecuaciones; ademĂĄs se debe tener en cuenta que el modulo debe ser el mismo que el piĂąĂłn motriz, para garantizar un acoplamiento correcto entre los piĂąones y la cadena, lo que significa que los Ăşnicos datos que varĂan son: el diĂĄmetro exterior, el diĂĄmetro primitivo y el nĂşmero de dientes. Para poder calcular estos parĂĄmetros, se debe tener en cuenta la relaciĂłn de velocidades del rodillo motriz y el dosificador, sabiendo que la motriz gira a una velocidad de 2,3038 Rad/seg, y el tornillo dosificador debe girar a 5,77 rad/seg la relaciĂłn de hace usando la ecuaciĂłn: đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; = đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x161; =

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?

EcuaciĂłn 7-42

Donde: Vc: Velocidad del piĂąĂłn conducido. Vm: Velocidad del piĂąĂłn motriz. Zc: nĂşmero de dientes del engranaje arrastrado o conducido. Zm: nĂşmero de dientes del engranaje motriz. Despejando el nĂşmero de dientes del engranaje conducido tenemos que: đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? =

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?

Donde: Vc: Velocidad del piĂąĂłn conducido = 5,77rad/seg Vm: Velocidad del piĂąĂłn motriz. = 2,3038 rad/seg Zc: nĂşmero de dientes del engranaje arrastrado o conducido. Zm: nĂşmero de dientes del engranaje motriz. =23 Entonces la cantidad de dientes del piĂąĂłn del dosificador serĂĄ: 23 â&#x2C6;&#x2014; 2,3028 đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? = 5,77 đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? = 9,23 69

Aproximando a un nĂşmero entero, el nĂşmero de dientes del piĂąĂłn del dosificador serĂĄ 10. Las dimensiones de los engranajes se presentan a continuaciĂłn: Tabla 7-4 Dimensiones calculadas de los engranajes Dimensiones PiĂąĂłn 1 PiĂąĂłn 2 Modulo (m) 4mm 4mm Paso (P) 12,5663mm 12,5663mm NÂş de Dientes (z) 23 12 DiĂĄmetro exterior (De) 98mm 54mm DiĂĄmetro interior (Di) 92mm 48mm DiĂĄmetro Primitivo (Dp) 82mm 38mm Altura del diente (h) 9mm 9mm Altura de la cabeza del diente (hc) 4mm 4mm Altura del pie del Diente (hp) 5mm 5mm Espesor del diente (e) 6,28mm 6,28mm DiĂĄmetro del eje 25mm 25mm Fuente: autores. ď&#x192;&#x2DC; Calculo de la potencia, inercia y selecciĂłn del motor.

PiĂąĂłn 3 4mm 12,5663mm 30 126mm 110mm 120mm 9mm 4mm 5mm 6,28mm 25mm

PiĂąĂłn 4 4mm 12,56663 10 48mm 40mm 30mm 9mm 4mm 5mm 6,28mm 16mm

Para que la maquina se mueva y entre en funcionamiento, es necesario vencer la inercia de todos, los elementos que interactĂşan en el sistema de potencia. Dependiendo del tipo de elemento que interactĂşe se debe calcular su inercia y luego calcular la total, para poder determinar la potencia que debe tener el motor a usar. En primer lugar, debemos calcular la inercia de todos los elementos, para asĂ calcularla potencia que debe tener el motor. Para calcular el momento de inercia de cada uno de los elementos se debe conocer su masa, pero como no se conoce este valor, se calcularĂĄ usando la Densidad del material con el cual estĂĄn construidos que para el caso de los rodillos es acero con una densidad de 7,85 gr/cm3 y peso especĂfico de 76,93 N/m3.

ď&#x201A;ˇ

MĂłdulo de inercia de los piĂąones

Para el cĂĄlculo de los momentos de inercia de los piĂąones se usa la ecuaciĂłn el mĂłdulo de inercia de un disco hueco: 1 đ??źđ?&#x2018;?1 = 2 đ?&#x153;&#x152; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; đ??żđ?&#x2018;?1 (đ?&#x2018;&#x2026;1 4 â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2026;2 4 ) EcuaciĂłn 7-43 â&#x2013;Ą

MĂłdulo de inercia del PiĂąĂłn 1.

đ??źđ?&#x2018;? :

Inercia del piĂąĂłn

đ?&#x153;&#x152;:

Densidad del material

= 7850 Kg/m3

đ??żđ?&#x2018;?1 :

Grosor del piĂąĂłn

= 7mm = 0,007m

R1:

Radio exterior del piĂąĂłn.

= 49mm = 0,049m

R2:

Radio interior del piĂąĂłn.

= 12,5mm =0,0125m

Remplazando tenemos que: 1 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;?1 = 7850 ( 3 ))đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; 0,007đ?&#x2018;&#x161;(0,049đ?&#x2018;&#x161;4 â&#x2C6;&#x2019; 0,0125đ?&#x2018;&#x161;4 ) 2 đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;?1 = (3925 ( 3 )) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; 0,007đ?&#x2018;&#x161;(0,00000574đ?&#x2018;&#x161;4 ) đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;?1 = 12330.75 ( 3 ) â&#x2C6;&#x2014; 0,0000000401đ?&#x2018;&#x161;5 ) đ?&#x2018;&#x161;

â&#x2013;Ą

đ??źđ?&#x2018;?1 = 0,00049đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 MĂłdulo de inercia del PiĂąĂłn 2.

đ??źđ?&#x2018;?2 :

Inercia del piĂąĂłn

đ?&#x153;&#x152;:

Densidad del material

= 7850 Kg/m3

đ??żđ?&#x2018;?2 :

Grosor del piĂąĂłn

= 7mm = 0,007m

R1:

Radio exterior del piĂąĂłn.

= 27mm = 0,027m

R2:

Radio interior del piĂąĂłn.

= 12,5mm =0,0125m

Remplazando tenemos que: 1 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;?2 = 7850 ( 3 ))đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; 0,007đ?&#x2018;&#x161;(0,027đ?&#x2018;&#x161;4 â&#x2C6;&#x2019; 0,0125đ?&#x2018;&#x161;4 ) 2 đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;?2 = (3925 ( 3 )) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; 0,007đ?&#x2018;&#x161;(0,000000507đ?&#x2018;&#x161;4 ) đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;?2 = 12330.75 ( 3 ) â&#x2C6;&#x2014; 0,000000003549đ?&#x2018;&#x161;5 ) đ?&#x2018;&#x161;

â&#x2013;Ą

đ??źđ?&#x2018;?2 = 0,00004376đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 MĂłdulo de inercia del PiĂąĂłn 3.

đ??źđ?&#x2018;?3 :

Inercia del piĂąĂłn

đ?&#x153;&#x152;:

Densidad del material

= 7850 (đ?&#x2018;&#x161;3 )

đ??żđ?&#x2018;? :

Grosor del piĂąĂłn

= 7mm = 0,007m

R1:

Radio exterior del piĂąĂłn.

= 63mm = 0,063m

R2:

Radio interior del piĂąĂłn.

= 12,5mm =0,0125m

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;

Remplazando tenemos que: 1 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;?3 = (7850 ( 3 ))đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; 0,007đ?&#x2018;&#x161;(0,063đ?&#x2018;&#x161;4 â&#x2C6;&#x2019; 0,0125đ?&#x2018;&#x161;4 ) 2 đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;?3 = (3925 ( 3 )) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; 0,007đ?&#x2018;&#x161;(0,000016đ?&#x2018;&#x161;4 ) đ?&#x2018;&#x161; đ??źđ?&#x2018;?3 = 12330.75 (

ď&#x201A;ˇ

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; )) â&#x2C6;&#x2014; 0,00000011đ?&#x2018;&#x161;5 ) đ?&#x2018;&#x161;3

đ??źđ?&#x2018;?3 = 0,001356đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 Calculo de la inercia de los rodillos.

Para este cĂĄlculo se debe tener en cuenta las rodillos: Marca: Longitud (L): DiĂĄmetro (D) DiĂĄmetro interno (Di): Peso: Espesor (e): Peso partes mĂłviles (tapas, rodamientos, etc.)

caracterĂsticas y dimensione de los ROTRANS serie M/S25 250mm 76mm 25mm 3,35 kg. 4mm 2,27 kg.

Para el rodillo 1 y 2 los elementos que interactĂşan son: Cilindro hueco, eje central, 2 tapas laterales y el piĂąĂłn motriz. Como los dos rodillos estĂĄn compuestos por los mismos elementos la inercia estĂĄ dada por: đ??źđ?&#x2018;&#x2026;1 = đ??źđ??śâ&#x201E;&#x17D; + đ??źđ?&#x2018;&#x2019; + 2đ??źđ?&#x2018;Ą + đ??źđ?&#x2018;?1 đ??źđ?&#x2018;&#x2026;2 = đ??źđ??śâ&#x201E;&#x17D; + đ??źđ?&#x2018;&#x2019; + 2đ??źđ?&#x2018;Ą + đ??źđ?&#x2018;?2 Donde: đ??źđ?&#x2018;&#x2026;1 : Inercia del rodillo 1. đ??źđ?&#x2018;&#x2026;2 : Inercia del rodillo 2. đ??źđ??śâ&#x201E;&#x17D; : Inercia del cilindro hueco. đ??źđ?&#x2018;&#x2019; : Inercia del eje. đ??źđ?&#x2018;Ą : Inercia de la tapa lateral. đ??źđ?&#x2018;?1 : Inercia del piĂąĂłn motriz đ??źđ?&#x2018;?1 : Inercia del piĂąĂłn del rodillo 2

EcuaciĂłn 7-44

â&#x2013;Ą La inercia del cilindro hueco. Se calcula mediante la siguiente ecuaciĂłn: 1

đ??źđ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D; = 2 đ?&#x153;&#x152; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; đ??żđ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D; (đ?&#x2018;&#x2026;1 4 â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2026;2 4

EcuaciĂłn 7-45

Donde: đ?&#x153;&#x152;: đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D; :

densidad del material. Masa del cilindro. 72

đ??żđ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D; :

Longitud del cilindro hueco.

R1:

Radio exterior del cilindro.

R2:

Radio interior del cilindro.

Teniendo en cuanta que: El radio exterior es la mitad del diĂĄmetro del rodillo y el radio interior es diĂĄmetro exterior menos el espesor del rodillo dividido 2, esto es: đ?&#x2018;&#x2026;1 = đ?&#x2018;&#x2026;2 =

đ??ˇ = 38đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;; 2

đ??ˇ â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2019; 76đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2019; 4đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; = = 36đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;; 2 2

Donde: R1:

Radio exterior del cilindro.

R2:

Radio interior del cilindro.

diĂĄmetro exterior del rodillo.

espesor del rodillo.

Remplazando valores en la ecuaciĂłn 6-44 R1=38mm=0,038m R2=36mm=0,036m đ?&#x153;&#x152;= 7850 Kg/m3 đ??żđ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D; = 250đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; = 0,25đ?&#x2018;&#x161; Entonces 1 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D; = (7850 ( 3 )) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; (0,25đ?&#x2018;&#x161;)(0,038đ?&#x2018;&#x161;4 â&#x2C6;&#x2019; 0,036đ?&#x2018;&#x161;4 ) 2 đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D; = (3925 ( 3 )) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; (0,25đ?&#x2018;&#x161;)(0,00000041đ?&#x2018;&#x161;4 ) đ?&#x2018;&#x161;

â&#x2013;Ą

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D; = 12330.75 ( 3 ) â&#x2C6;&#x2014; (0,0000001đ?&#x2018;&#x161;5 ) = 0,001233đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 đ?&#x2018;&#x161; Inercia del eje.

La inercia del eje se calculando usando la ecuaciĂłn de cĂĄlculo de un cilindro rĂgido: 1

đ??źđ?&#x2018;&#x2019; = 2 đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; đ??żđ?&#x2018;&#x2019; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2026; 4

EcuaciĂłn 7-46 73

Donde: đ?&#x153;&#x152;:

densidad del material= 7850 Kg/m3

đ??żđ?&#x2018;&#x2019; :

Longitud del eje=380mm=0,38m

Radio del eje=

đ??ˇđ?&#x2018;&#x2013; 2

25đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 2

= 12,5đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; = ,0125đ?&#x2018;&#x161;

Remplazando: 1 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;&#x2019; = (7850 ( 3 )) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; (0,38đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; 0,01254 ) 2 đ?&#x2018;&#x161; đ??źđ?&#x2018;&#x2019; = 3925 (

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; ))đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; (0,000009đ?&#x2018;&#x161;4 ) đ?&#x2018;&#x161;3

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;&#x2019; = 12330.75 ( 3 ) â&#x2C6;&#x2014; (0,000009đ?&#x2018;&#x161;5 ) = 0,11097 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x161;2 đ?&#x2018;&#x161; Inercia de las tapas.

â&#x2013;Ą

La inercia de las tapas se calcula mediante la ecuaciĂłn 6-43 del cĂĄlculo del mĂłdulo de inercia de un disco hueco. 1

đ??źđ?&#x2018;Ą = 2 đ?&#x153;&#x152; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; đ??żđ?&#x2018;Ą (đ?&#x2018;&#x2026;1 4 â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2026;2 4 ) Donde: đ?&#x153;&#x152;:

Densidad del material= 7850 Kg/m3

đ??żđ?&#x2018;Ą :

Grosor de la tapa = 4mm = 0,004m

R1:

Radio exterior de la tapa = 36mm = 0,036m

R2:

Radio interior de la tapa =12,5mm = 0,0125m

Remplazando tenemos que: 1 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;Ą = (7850 ( 3 )) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; 0,004đ?&#x2018;&#x161;(0,036đ?&#x2018;&#x161;4 â&#x2C6;&#x2019; 0,0125đ?&#x2018;&#x161;4 ) 2 đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;Ą = (3925 ( 3 )) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; 0,004đ?&#x2018;&#x161;(0,0000017đ?&#x2018;&#x161;4 ) đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ??źđ?&#x2018;Ą = 12330.75 ( 3 ) â&#x2C6;&#x2014; 0,0000000068đ?&#x2018;&#x161;5 ) = 0,000083 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 đ?&#x2018;&#x161; â&#x2013;Ą

Calculo de la inercia total del rodillo 1.

Usando la ecuaciĂłn 6-44 se puede calcular la inercia total del rodillo 1. đ??źđ?&#x2018;&#x2019; = 0,11097đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 74

đ??źđ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D; = 0,001233đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 đ??źđ?&#x2018;Ą = 0,000083 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 đ??źđ?&#x2018;? = 0,00049đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 đ??źđ?&#x2018;&#x2026;1 = 0,11097đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 + 0,001233đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 + 2(0,000083 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 ) + 0,00024đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 đ??źđ?&#x2018;&#x2026;1 = 0,112864đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 â&#x2013;Ą Inercia del rodillo 2: Al igual que para el rodillo 1, se usa la ecuaciĂłn 6-44. đ??źđ?&#x2018;&#x2026;2 = đ??źđ??śâ&#x201E;&#x17D; + đ??źđ?&#x2018;&#x2019; + 2đ??źđ?&#x2018;Ą + đ??źđ?&#x2018;? đ??źđ?&#x2018;&#x2019; = 0,11097đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 đ??źđ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D; = 0,001233đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 đ??źđ?&#x2018;Ą = 0,000083 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 đ??źđ?&#x2018;?2 = 0,00004376đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 đ??źđ?&#x2018;&#x2026;2 = 0,11097đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 + 0,001233đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 + 2(0,000083 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 ) + 0,00004376đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 đ??źđ?&#x2018;&#x2026;2 = 0,1124đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 ď&#x201A;ˇ

DeterminaciĂłn de la velocidad angular de cada piĂąĂłn.

Teniendo en cuenta los datos anteriores se puede calcular la velocidad angular de cada uno de los piĂąones. Como el piĂąĂłn uno estĂĄ anclado al mismo eje del rodillo motriz, su velocidad angular serĂĄ la misma de este: 2,3038đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;?1 = đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026; = đ?&#x2018; Donde: đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;?1 : Velocidad angular del piĂąĂłn 1 đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026; : Velocidad angular del Rodillo. Para calcular la velocidad del piĂąĂłn 2 se usa la ecuaciĂłn 6-42 Donde: đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;?2 : Velocidad angular del piĂąĂłn 2 đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;?1 :

Velocidad angular del piĂąĂłn 1.

2,3038đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?2 : đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?1 :

NĂşmero de dientes del piĂąĂłn 2. NĂşmero de dientes del piĂąĂłn 1.

12 23

Conociendo el nĂşmero de dientes de cada piĂąĂłn podremos calcular la relaciĂłn de velocidades y asĂ conocer la velocidad del piĂąĂłn 2 con relaciĂłn al 1.

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?2 đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?1 2,3038đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; 12 1,20đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x192;2 = â&#x2C6;&#x2014; = đ?&#x2018; 23 đ?&#x2018; Para calcular la velocidad del piĂąĂłn 3 tambiĂŠn se usarĂĄ la ecuaciĂłn 6-42. Donde: đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;?3 : Velocidad angular del piĂąĂłn 3 đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x192;2 = đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;?1 â&#x2C6;&#x2014;

đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;?1 :

Velocidad angular del piĂąĂłn 1.

2,3038đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?3 : đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?1 :

NĂşmero de dientes del piĂąĂłn 3. NĂşmero de dientes del piĂąĂłn 1.

30 23

Conociendo el nĂşmero de dientes de cada piĂąĂłn podremos calcular la relaciĂłn de velocidades y asĂ conocer la velocidad del piĂąĂłn 3 con relaciĂłn al 1. đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?3 đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x192;3 = đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;?1 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?1 2,3038đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; 30 3đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x192;3 = â&#x2C6;&#x2014; = đ?&#x2018; 23 đ?&#x2018; ď&#x201A;ˇ

Calculo de la potencia para los rodillos.

Para el cĂĄlculo de la potencia requerida para lograr el movimiento en los rodillos 1 y 2, en primer lugar, se debe calcular la aceleraciĂłn que se produce durante el encendido, esta se determina mediante la siguiente ecuaciĂłn. đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C;

đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161; = đ?&#x2018;Ą

EcuaciĂłn 7-47

Velocidad angular AceleraciĂłn media producida durante el encendido. Tiempo de arranque del motor

[rad/s] [rad/seg2] [s]

đ?&#x2018;&#x201C;

Donde: Wf: đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161; : đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x201C; :

Conociendo la aceleraciĂłn media del rodillo es posible calcular el torque necesario para vencer la inercia, esto usando la ecuaciĂłn đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013; = đ??źđ?&#x2018;&#x2021; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;

EcuaciĂłn 7-48

Donde: Ti: Torque necesario para vencer la inercia IT : Inercia de los elementos. đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161; : Aceleracion media producida durante el encendido.

[Nm] [kgm2] [rad/seg2]

La potencia requerida para vencer la inercia del rodillo se calcula mediante la ecuaciĂłn. đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013; = đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C;

EcuaciĂłn 7-49

Donde: 76

Pi: Ti: Wf:

Potencia para vencer la inercia de los elementos Torque necesario para vencer la inercia Velocidad angular del elemento â&#x2013;Ą

[W] [Nm] [rad/s]

AceleraciĂłn media de los rodillos.

El tiempo de arranque del motor es el tiempo en el cual el sistema se estabiliza el cual se plantea sea de 1 segundo, de esta manera la aceleraciĂłn media del rodillo 1 (đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2026; ) usando la ecuaciĂłn 6-47 es: đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026; 2,3038 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2026; = 2 = = 2,3038( 2 ) 2 đ?&#x2018; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x201C; 1 Para el cĂĄlculo de la aceleraciĂłn media ( đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2026;2 ) del rodillo 2, se debe tener en cuenta que la velocidad angular de este es igual a la calculada para el piĂąĂłn 2, de acuerdo con esto la aceleraciĂłn media calculada mediante la ecuaciĂłn 6-47 es: 1,2 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2026;2 = 2 = 1,2( 2 ) đ?&#x2018; 1

â&#x2013;Ą

Torque necesario para vencer la inercia.

Conociendo la aceleraciĂłn media de cada rodillo es posible calcular el torque necesario para vencer la inercia, esto usando la ecuaciĂłn 6-48 Torque para el rodillo 1. Donde: đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; : Torque necesario para vencer la inercia đ??źđ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2026; : Inercia del rodillo 1 đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2026; : AceleraciĂłn media producida durante el encendido.

[Nm] [kgm2] [rad/seg2]

Entonces el torque (đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; ) necesario para vencer la inercia del rodillo es: đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; = đ??źđ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2026; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; = 0,112529đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 â&#x2C6;&#x2014; 2,3038 2 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; = 0,2592đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 â&#x2C6;&#x2014; 2 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; = 0,2592 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; Torque para el rodillo 2 đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2 : Torque necesario para vencer la inercia đ??źđ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2026;2 : Inercia del rodillo 1 đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2026;2: AceleraciĂłn media producida durante el encendido.

[Nm] [kgm2] [rad/seg2]

Entonces el torque (đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2 ) necesario para vencer la inercia del rodillo 2 es: đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2 = đ??źđ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2026;2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2026;2 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2 = 0,1124đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 â&#x2C6;&#x2014; 2,3038 2 đ?&#x2018;

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2 = 0,2589đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 â&#x2C6;&#x2014;

đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018; 2

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2 = 0,2589 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;

â&#x2013;Ą

Potencia requerida para vencer la inercia.

Conociendo el torque necesario, ya se puede calcular la potencia requerida para vencer la inercia usando la ecuaciĂłn 6-49. Potencia para el rodillo 1. La potencia requerida (đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; ) serĂĄ: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; = đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; = 0,597 đ?&#x2018;&#x160; = 0,0008005đ??ťđ?&#x2018;&#x192; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; = 0,2592đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; 2,3038

Donde: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; : Potencia para vencer la inercia de los elementos đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; : Torque necesario para vencer la inercia đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026; : Velocidad angular del rodillo

[W] [Nm] [rad/s]

Potencia para el rodillo 2. La potencia requerida (đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2 ) serĂĄ: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2 = đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026;2 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018; = 0,31068 đ?&#x2018;&#x160; = 0,0004166đ??ťđ?&#x2018;&#x192;

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2 = 0,2589đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; 1,2 đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2

[W] [Nm] [rad/s]

Calculo de la potencia para el piĂąĂłn 3.

Para el cĂĄlculo de la potencia requerida para lograr el movimiento en el piĂąĂłn, se debe calcular la aceleraciĂłn que se produce durante el encendido, Para el cĂĄlculo de la aceleraciĂłn media ( đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?3 ) del piĂąĂłn 3, se debe tener en cuenta la velocidad angular de este, la aceleraciĂłn media calculada mediante la ecuaciĂłn 647 es: 3 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?3 = 2 = 3( 2 ) đ?&#x2018; 1 Conociendo la aceleraciĂłn media del piĂąĂłn, es posible calcular el torque necesario para vencer la inercia, esto usando la ecuaciĂłn 6-48.

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?3 : Torque necesario para vencer la inercia đ??źđ?&#x2018;?3 : Inercia del piĂąĂłn đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?3 : AceleraciĂłn media producida durante el encendido.

[Nm] [kgm2] [rad/seg2]

Entonces el torque (đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?3 ) necesario para vencer la inercia del piĂąĂłn 3 es: đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?3 = đ??źđ?&#x2018;?3 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x203A;źđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?3 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?3 = 0,001356đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 â&#x2C6;&#x2014; 3 2 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?3 = 0,004068đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x161;2 â&#x2C6;&#x2014; 2 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?3 = 0,004068 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; La potencia requerida para vencer la inercia del piĂąĂłn se calcula mediante la ecuaciĂłn 6-49 Donde: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x192; : Potencia para vencer la inercia del piĂąĂłn [W] đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x192; : Torque necesario para vencer la inercia [Nm] đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026; : Velocidad angular del piĂąon [rad/s] La potencia requerida (đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x192; ) serĂĄ: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x192; = đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x192; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x192; = 0,012204 đ?&#x2018;&#x160; = 0,0000163658đ??ťđ?&#x2018;&#x192; ď&#x192;&#x2DC; DeterminaciĂłn de la potencia total del motor. đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x192; = 0,004068đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; 3

Para determinar la potencia del motor se debe sumar cada una de las potencias, luego multiplicar este valor por 1,5 para correcciones de errores. La potencia para el rodillo 1 es: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026; = 0,597 đ?&#x2018;&#x160; = 0,0008005đ??ťđ?&#x2018;&#x192; La potencia para el rodillo 2 es: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2026;2 = 0,31068 đ?&#x2018;&#x160; = 0,0004166đ??ťđ?&#x2018;&#x192; La potencia del piĂąĂłn 3 es: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x192; = 0,012204 đ?&#x2018;&#x160; = 0,0000163658đ??ťđ?&#x2018;&#x192; La potencia del dosificador es: đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x153; = 0,245975đ?&#x2018;&#x160; = 0,0003299đ??ťđ?&#x2018;&#x192; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122; = 0,597 + 0,31068 + 0,012204 + 0,245975 = 1,1659đ?&#x2018;&#x160; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D; = 1,1659đ?&#x2018;&#x160; â&#x2C6;&#x2014; 1,5 = 1,7488đ?&#x2018;&#x160; Luego de realizar los cĂĄlculos correspondientes se determinĂł la potencia que debe tener el equipo, considerando un factor de seguridad de 2 la potencia mĂnima real de diseĂąo que debe tener el equipo es: đ?&#x2018;&#x192;đ??ˇđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;Ăąđ?&#x2018;&#x153; = 1,7488đ?&#x2018;&#x160; â&#x2C6;&#x2014; 2 = 3,4976đ?&#x2018;&#x160; = 0,004691đ??ťđ?&#x2018;&#x192; Esta potencia es la potencia de salida que debe tener el motorreductor a usar. SelecciĂłn de la cadena.

Las maquinas conducidas, tienen formas particulares de funcionamiento, por lo que se debe prevenir inconvenientes relacionados con fallas debido a la fatiga, golpes, vibraciones o tirones, estos factores se consideran atreves de un factor de servicio, el cual se multiplica por la potencia a transmitir, para asĂ obtener la potencia de diseĂąo, la que finalmente permitirĂĄ determinar la fuerza tangencial transmitida por la cadena al piĂąĂłn motriz, La potencia de diseĂąo PdiseĂąo es de Usando la ecuaciĂłn: đ??šđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x; =

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;Ăąđ?&#x2018;&#x153; đ??ˇđ?&#x2018;?1 đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x192;1 â&#x2C6;&#x2014; ( 2 )

Donde: đ??šđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x;: fuerza tangencial. đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x192;1 : Velocidad angular del piĂąĂłn motriz. đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;Ăąđ?&#x2018;&#x153; : Potencia de diseĂąo. đ??ˇđ?&#x2018;?1: DiĂĄmetro del piĂąon 1

[N]. [rad/s] [W] [m].

Remplazando: đ??šđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x; =

3,4976 0,1 2,3038 â&#x2C6;&#x2014; ( ) 2

đ??šđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x; = 30,38đ?&#x2018; Una vez determinada la fuerza tangencial y considerando que el paso de los piĂąones es de 12,56 mm se observa la tabla de diferentes fabricantes y se decidiĂł usar una cadena No 41 la cual tienen un paso de 12,7 mm y una fuerza de rotura de 6,7 kN. Sistema de separaciĂłn Para el sistema de separaciĂłn se decidiĂł trabajar con un separador neumĂĄtico, esto debido a que al ser descascarada la semilla el tamaĂąo de algunos trozos de la cascara son de un tamaĂąo aproximado al de la almendra, lo que imposibilita el uso de un sistema mecĂĄnico, el sistema manual no se considera tampoco ya que uno de los objetivos es reducir la intervenciĂłn de las personas y reducir tiempos. El uso de un sistema hidrĂĄulico tampoco se considera ya que este usa agua para realizar la separaciĂłn mĂŠdiate densidad, pero el uso de este genera un gasto exagerado de agua.

Figura. 7-6 separador neumático Fuente: UBA, U. d. (enero de 2015). Separacion de solidos de solidos. Industrias I. Buenos Aires, Argentina. http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/07_Apunte%20Separaciones.pdf

Por estas razones se escogió el neumático, al ser muy práctico al realizar la separación de la cascara y la almendra mediante una columna de aire la cual al entrar en contacto con el producto expulsa la cascara al arrastrar esta hacia la salida que tiene en la parte superior al ser la cascara más liviana que la almendra, por lo que esta última no alcanza a ser transportada por la columna de aire y baja por acción de gravedad hasta el deposito final. En la figura 6-4 se puede ver un esquema de como es el diseño de esta etapa. Para introducir la columna de aire n el conducto de separación se usará un ventilador centrifugo que se encuentre en el mercado. El transporte neumático se usa con éxito en la industria desde hace muchos años, puede transportarse desde harina a granos, desde pellets plásticos hasta carbón. Al comienzo se utilizaba aire a alta velocidad para transportar pocos sólidos que quedan suspendidos por el aire (transporte en fase diluida), sin embargo, este método requiere altos caudales de aire. Desde los años 1960 se presta atención al transporte en fase densa donde los sólidos no están totalmente suspendidos, pero los requerimientos de aire se reducen drásticamente.46 Estructura de soporte. Para calcular la estructura se debe considerarlos elementos que soportan las cargas más representativas, en este caso los soportes del motor del sistema de potencia y los soportes de los rodillos. Los soportes del motor soportaran el peso del mismo, este es de aproximadamente 30 kg. Los soportes de los rodillos, no solo soportaran el peso de estos que es de

UNS. (2013). Procesamiento de sólidos. Universidad departamental del Sur., Ingeniería química, Argentina. Recuperado el septiembre de 2016

aproximadamente 8kg, sino que además soportaran el peso de la tolva que es alrededor de 30 kg.

Figura. 7-7 estructura de soporte Fuente: autores Elaborado mediante Autodesk Inventor.

La estructura estará construida con perfil en L de 30*30 mm 7.2

Modulo eléctrico.

En este módulo se describirá los componentes utilizados en una arquitectura de control, un plano eléctrico describiendo las conexiones de los equipos.  Arquitectura de control. En la siguiente figura se puede apreciar cómo será la arquitectura de control de la descascaradora, adicionalmente en los anexos se incluirán el plano eléctrico y de conexión del equipo.

Figura. 7-8 Arquitectura de control. Fuente: Autores.

 PLC Para el control de la maquina descascaradora de semillas, se optó por un PLC, porque es un dispositivo que nos permite hacer el control de la máquina, de forma eficaz y además su programación es bastante sencilla. Teniendo en cuenta el número de entradas y salidas que son necesarias, según la tabla 7-5, se decidió utilizar un PLC de 20 puntos, es decir 12 entradas y 8 salidas, pues el número de salidas necesarias son 5, pero si en trabajos futuros se requiere visualizar variables para mostrarlas se puede hacer perfectamente con las 3 salidas sobrantes.

Tabla 7-5 Señales de entradas PLC.

SEÑALES BOTONERA 1 Señal botón Start 1 Señal botón Stop 1 Señal Paro Emergencia SEÑALES VARIADOR 1 Señal variador en estado OK. SEÑALES SENSORES 1 Señal nivel de semillas Fuente: Autores.

Tabla 7-6 Señales de salidas PLC.

SEÑALES ALARMAS 1 Señal alarma sonora SEÑALES VARIADOR 1 Señal start motor 1 Señal stop motor 1 Señal de reset variador SEÑALES VENTILADOR DE SOPLADO 1 Señal encendido ventilador. Fuente: Autores.

 Botonera La botonera de control está compuesta por 1 selector, de encendido y apagado de la máquina; un botón de Start de la máquina, uno de Stop; y por último un paro de emergencia. Al selector va la alimentación principal para energizar la máquina. Las señales de el botón de encendido y el botón de apagado, van al PLC, estas son señales de 24VDC. Los botones son de contacto normalmente abierto. El paro de emergencia, cuanta con dos contactos normalmente cerrados uno que va al PLC y otro al variador de velocidad. La botonera ira en la parte derecha de la máquina facilitando su acceso a los diferentes botones.  Sensor Fotoeléctrico El sensor utilizado, es para determinar el nivel de llenado de la tolva, si esta se encuentra por debajo de 10Kg de semillas, sonará. Se escogió este sensor pues es un sensor auto réflex óptico, el cual detecta las semillas a una distancia de 3cm, cuando no detecta nada cambia su estado, esta señal es la que nos permite saber que el nivel de la tolva está por debajo del límite dado.  Alarma sonora La alarma sonora es de 24VDC, su única función es sonar cuando el nivel de llenado se encuentre por debajo del permitido.  Ventilador de soplado El ventilador se utiliza para separar la cascara de la semilla, dejando pasar únicamente la almendra de esta. Este ventilador es de 24VDC.

 Motorreductor El motorreductor seleccionado según los cálculos realizados es uno de 0,5Hp, con las siguientes características: Tipo SK372.1-IEC71-71L/4 Potencia del motor 0,37 kW – 0,5 HP Velocidad de salida 3430/53 1/min Par de salida 138 Nm Factor de servicio 1,3 Reducción 64,06 Servicio S1 Clase de aislamiento F Grado de protección: IP 55 Tensión 220/380 V, 60 Hz Eje de salida Diámetro Ø = 25 mm, Longitud = 50 mm Posición de la caja de bornes 1 Entrada de cables I Lubricante Aceite Mineral ISO VG 220, aprox. 0,45 Litro Pinturas Carcasa de aluminio resistente a la corrosión

Figura. 7-6 Motorreductor. Fuente: Motorreductores. 23-09-16 Cotización JC16 - 0923.

 Guardamotor El guardamotor lo utilizamos para la protección del motor cuando este arranque, de las curvas del disparo y las sobre intensidades.  Variador El variador utilizado es un MX2-Series V1 type, marca OMRON. Se seleccionó este variador ya que queremos variar la velocidad en función de la frecuencia. Se necesita variar la velocidad ya que el motor seleccionado tiene 53rpm y para nuestro sistema tiene que ser de 49rpm, además de esto cu3nta con un sistema STO, el cual sirve para detener el motor completamente en caso de una parada de emergencia. No se seleccionó arrancador, por las siguientes razones de la tabla 7-6 85

Tabla 7-7 Diferencias variador respecto a un arrancador.

CARACTERÍSTICAS

VARIADOR

ARRANCADOR

Alto control del motor

Más económico

Regulación velocidad de giro del motor (en cada sentido de giro)

No puedes variar la frecuencia

Suavidad en arranque

Control de arranque

Suavidad en parada

Control parada

Fuente: (Contaval, 2016).

Es importante tener un control de parada fuerte por si en algún caso, hay algún atrapamiento por parte de un objeto o persona, esta se detenga completamente, evitando algún daño en la persona.

Figura. 7-7 Variador. Fuente: OMRON. 15-09-16 Cotización OMRCN-160943-01.

7.3

Mรณdulo de control

Figura. 7-8 Diagrama de flujo. Fuente: Autores.

El funcionamiento de la maquina se basa en el programa que tiene en el PLC, el cual funciona como se ve en el diagrama de flujo. Antes que nada, la maquina se tiene que energizar desde la botonera con el selector. Después de esto la maquina entra a un estado de espera, si el paro de emergencia este puesto, no funcionara la máquina, si se presiona el botón Start comenzará a funcionar, al tiempo que una variable, la del nivel de llenado de la tolva está en ejecución, preguntando si el nivel está en el requerido, en este caso 10Kg por mínimo. Si no se encuentra en el nivel indicado, activara la alarma sonora, esperando que la tolva sea llenada de nuevo, si después de un minuto esta no se ha llenado, se detendrá la maquina automáticamente. Para volver a iniciarla se debe presionar de nuevo el botón Start. La otra forma de detener la máquina es mediante el botón Stop, el cual detendrá la máquina. Si se presiona la parada de emergencia, esta manda una señal al PLC para detener el programa en ejecución, y al tiempo una señal al variador, para detener el motor fuertemente.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Durante el desarrollo del proyecto se llevaron a cabo diferentes cálculos para obtener cada una de las variables de diseño necesarias para la descascaradora de semillas. También se realizó una revisión de la literatura de los diferentes equipos que se encuentran en el mercado, lo que llevo a los siguientes resultados:

Figura. 8-1 Despiece y ensamblaje de la descascaradora Fuente: autores Elaborado mediante Autodesk Inventor.

La selección de la tolva: Una tolva rectangular tiene un costo y un tiempo de elaboración menor que una circular, además de la facilidad que tiene su elaboración; esta tolva se diseñó con las siguientes dimensiones: Área de la base 360000mm2 es decir 600mm X 600mm; área de la tapa (lugar de salida de las semillas de la tolva) 11552mm2 es decir 76mm X 152mm, y una altura de 620mm. Estas dimensiones permiten que la tolva pueda albergar en su interior un volumen de 76913387,2 mm3; teniendo en cuenta que el volumen que ocupa un kilogramo de semillas de jatropha es de 1280871mm3, la tolva tiene la capacidad de contener 60Kg de semilla. Para el sistema de dosificación se diseñó un dosificador de tornillo sin-fin, este tendrá un área de relleno de 0,00159mm2, y un paso de 0,076mm. Teniendo en cuenta que la densidad de la semilla es de 780,7 Kg/m3, y que el tornillo gira a una velocidad de 55 rpm, se dosificara una cantidad de 5 kg de semilla por minuto, es decir 300 kg por hora. La operación de descascarado se llevará específicamente en los rodillos, estos tendrá 76 mm de diámetro externo y una longitud de 250mm, y estarán distanciados a 6,4mm entre sí, el rodillo motriz girara a una velocidad de 22 rpm mientras que el otro girara a 1,9 veces la velocidad del anterior, es decir a 42rpm, lo que permite un flujo de semillas entre los rodillos de 6800 semillas por minuto, teniendo en cuenta que en un kilogramo de semillas hay aproximadamente 1360 unidades, los rodillos descascararán una cantidad máxima de 5kg por minuto, es decir 300 kg por hora, lo que es ideal considerando que la cantidad dosificada es de 5 kg también, cumpliendo de esta manera con la capacidad de procesamiento planteada inicialmente. La separación de la cascara de la almendra luego d pasar por los rodillos, se realiza con una zaranda vibratoria que hará fluir los residuos hasta un ducto, por el cual circulará una columna de aire verticalmente, la cual separa la cascara expulsándola por la parte superior permitiendo que la almendra caiga por acción de la gravedad a la boquilla de salida ubicada en la parte inferior. La densidad de la almendra es de aproximadamente 546,5 kg/m3, y de la cascara es de aproximadamente 296,8 Kg/m3; esto significa que la columna de aire será capaz de transportar la cascara con gran facilidad sin llevar consigo la almendra.  Análisis de tensión y factor de seguridad Para determinar si el diseño es el apropiado, se decidió realizar un análisis de tensiones y esfuerzos, usando el programa de diseño Autodesk Inventor Professional este permitió realizar un análisis por elementos finitos de las piezas que más esfuerzos van a soportar, el primer lugar se realizó el análisis a la estructura de soporte.

Figura. 8-2 Fuerzas presentes en la estructura Fuente: autores Elaborado mediante Autodesk Inventor.

La estructura tiene tres puntos de presión importante, en la parte superior soportara el peso de la tolva, el dosificador y los rodillos, estos ejercerán una fuerza aproximada de 600 N, luego de determinar las cargas se realizó el análisis de tensión de Von mises

Figura. 8-3 Análisis de tensión de la estructura. Fuente: autores Elaborado mediante Autodesk Inventor.

Análisis que nos arrojó que la estructura presenta los mayores esfuerzos en la parte superior, pero las cargas presentes no generan grandes flexiones, de igual manera se puede apreciar que la tensión máxima que puede soportar la estructura es de 28,5 Mpa y teniendo en cuenta que el material es acero suave, se puede observar que estamos por debajo del límite de elasticidad del mismo. En la siguiente tabla tenemos un resumen de todo el análisis realizado a esta pieza. Tabla 8-1 Resultados de análisis de cargas a la estructura

Nombre

Mínimo

Máximo

Volumen

1404740 mm^3

Masa

11,0272 kg

Tensión de Von Mises

0,0000547919 MPa

28,5031 MPa

Primera tensión principal

-2,54673 MPa

34,2187 MPa

Tercera tensión principal

-27,2599 MPa

5,0375 MPa

Desplazamiento

0 mm

0,228592 mm

Coeficiente de seguridad

7,26236 su

15 su

Tensión XX

-19,558 MPa

28,391 MPa

Tensión XY

-8,89263 MPa

10,7667 MPa

Tensión XZ

-14,408 MPa

10,2653 MPa

Tensión YY

-12,445 MPa

18,9703 MPa

Tensión YZ

-5,43796 MPa

5,38247 MPa

Tensión ZZ

-12,8161 MPa

11,4062 MPa

Desplazamiento X

-0,117649 mm

0,018741 mm

Desplazamiento Y

-0,203383 mm

0,00250607 mm

Desplazamiento Z

-0,0480438 mm

0,0840292 mm

Deformación equivalente

0,000000000227839 su 0,000118616 su

Primera deformación principal -0,000000699683 su

0,000141185 su

Tercera deformación principal -0,000118317 su

0,000000371718 su

Deformación XX

-0,0000939662 su

0,000107411 su

Deformación XY

-0,0000515368 su

0,0000623977 su

Deformación XZ

-0,0000835009 su

0,0000594923 su

Deformación YY

-0,0000533044 su

0,0000643931 su

Deformación YZ

-0,0000315154 su

0,0000311939 su

Deformación ZZ

-0,0000484011 su

0,0000445172 su

Presión de contacto

0 MPa

97,3264 MPa

Presión de contacto X

-55,7781 MPa

20,7337 MPa

Presión de contacto Y

-10,3596 MPa

20,9113 MPa

Presión de contacto Z

-18,2128 MPa

96,7716 MPa

Fuente: autores

De igual manera se realizó un análisis a la tolva de almacenamiento, ya que esta soportara en su interior 60kg de semilla 91

Figura. 8-4 Análisis de cargas en la tolva Fuente: autores Elaborado mediante Autodesk Inventor.

El análisis de tensión en la tolva de la tolva permitió observar que las mayores tensiones se presentan en las aristas donde se unen las diferentes caras de la misma, de igual manera podemos observar que la presión máxima permisible por la tolva será de 27 MPa, en la siguiente tabla se presenta el resumen de los análisis. Tabla 8-2 Resultados de análisis de tensión de la tolva.

Nombre

Mínimo

Máximo

Volumen

2831110 mm^3

Masa

22,2242 kg

Tensión de Von Mises

0,128458 MPa

27,0902 MPa

Primera tensión principal

-7,87649 MPa

26,7923 MPa

Tercera tensión principal

-28,286 MPa

8,38391 MPa

Desplazamiento

0 mm

1,18626 mm

Coeficiente de seguridad

7,64113 su

15 su

Tensión XX

-25,9662 MPa

21,9756 MPa

Tensión XY

-6,65814 MPa

6,84691 MPa

Tensión XZ

-9,87472 MPa

9,87693 MPa

Tensión YY

-11,1838 MPa

8,96856 MPa

Tensión YZ

-7,7574 MPa

7,62189 MPa

Tensión ZZ

-25,452 MPa

21,4402 MPa

Desplazamiento X

-1,09448 mm

1,09428 mm

Desplazamiento Y

-0,467608 mm

0,0140196 mm

Desplazamiento Z

-0,483161 mm

0,481993 mm

Deformación equivalente

0,000000497513 su 0,000108091 su

Primera deformación principal -0,000000868331 su 0,000101226 su Tercera deformación principal -0,000117404 su

0,000000846817 su

Deformación XX

0,0000891242 su

-0,000104519 su

Deformación XY

-0,0000385869 su

0,0000396809 su

Deformación XZ

-0,0000572285 su

0,0000572413 su

Deformación YY

-0,0000208547 su

0,0000216689 su

Deformación YZ

-0,0000449577 su

0,0000441723 su

Deformación ZZ

-0,000101562 su

0,0000862123 su

Fuente: autores

Como podemos observar en la tabla 8-1 y la tabla 8-2, el factor de seguridad mínimo es superior a 7, lo que garantizara que la maquina soportara bastantes esfuerzos y el diseño es adecuado, aunque está un poco sobredimensionado, es necesario, debido a que el tamaño de la tolva es bastante grande en comparación a las otras piezas, por lo que puede generar algo de inestabilidad en la estructura, de igual manera la tolva cumple con los criterios de diseño, y asegura que pueda contener los 60 kg de semillas sin presentar ningún tipo de deformación.

CONCLUSIONES

Las propiedades físicas y mecánicas que se determinaron de la semilla de jatropha, brindan una información importante para el diseño de la descascaradora. Se diseñó una descascaradora capaz de procesar una cantidad de semillas 100 veces mayor que el proceso manual usado actualmente en el cual se expone la salud física de quien realiza la labor. Se concluyó que para que el descascarado se realice de manera de correcta y eficiente, la distancia entre los rodillos debe ser menor que el valor del menor diámetro promedio de las semillas, para garantizar que las semillas que se encuentren por debajo de este, también sean descascaradas. El equipo puede descascarar entre 200 y 300 kilogramos de semillas por hora, esto garantiza gran disponibilidad de materia prima para la extracción del aceite, lo que reduciría tiempos al tener en stand by material suficiente, y permitiendo así cumplir con el objetivo general del proyecto. El diseño de la descascaradora beneficia no solo al laboratorio de biocombustibles de Uniagraria, sino también es un equipo de gran ayuda para los pequeños y medianos productores de aceite de jatropha. Los cálculos realizados para el diseño permiten un sobredimensionamiento de los parámetros establecidos, esto quiere decir que usando los mismos cálculos se puede modificar algunas características y partes de la descascaradora, como por ejemplo la capacidad de almacenamiento, y porque no la dimensión de algunas piezas. La elaboración de Biocombustibles es una producción que ha venido en aumento en los últimos años, debido a la necesidad de reducir los daños ambientales y el calentamiento global, razón por la cual, el diseño de una descascaradora de semillas de jatropha permitirá un desarrollo y avance en esta industria. 93

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ANEXOS

11 MANUAL DE ENSAMBLAJE El presente manual tiene por objetivo describir el ensamblaje de la descascaradora de semillas de jatropha para el sector de biocombustibles, permitiendo saber las partes del sistema, y como instalarlas. PARTES DEL SISTEMA PARTE 1. Tolva de almacenamiento de semillas

FOTO

COMPONENTES  Tolva en lamina de acero inoxidable.  Sensor fotoelectrico.

2. Tornillo de sinfin



Tornillo sinfín en acero inoxidale.

3. Dosificador de semillas



Dosificador lamina aluminio.

en de

4 Zona de descascaramiento.



Cajon donde descascaran semillas lamina aluminio.

5. Rodillos



Rodillos seleccionados según cálculos.



Badeja receptora en donde caen las semillas descascaradas. Motor de soplado.

6. Bandeja recepcion.



7. Estructura



se las en de

Estructura en perfil de aluminio. Motorreductor.

Fuente: Autores.

ENSAMBLAJE

3 2 5

7 Ilustraci贸n 1.Ensamblaje Fuente: Autores.

1. Acople la bandeja de recepci贸n y el motor de soplado con la estructura de perfil de aluminio.

7 Ilustraci贸n 2. Acople Bandeja de recepci贸n con la estructura. Fuente: Autores.

100

2. Acople los rodillos en la zona de descascaramiento.

Ilustración 3. Acople rodillos con zonda de descascaramiento Fuente: Autores.

3. Acople el tornillo sinfín con el dosificador de semillas. 3

2 Ilustración 4. Acople tornillo sinfín y dosificador. Fuente: Autores.

4. Una la tolva de almacenamiento con el dosificador de semillas.

Ilustración 5. Unión tolva y dosificador de semillas. Fuente: Autores.

101

5. Una el dosificador de semillas, con la zona de descascaramiento, y esta a su vez a la estructura de perfil de aluminio.

Ilustraciรณn 6. Uniรณn del dosificador, zona descascaramiento y estructura de perfil de aluminio. Fuente: Autores.

6. Acople el motor, con los rodillos de la zona de descascaramiento.

Ilustraciรณn 7. Acople motorreductor con zona de descascaramiento Fuente: Autores.

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7. Acople el sensor fotoeléctrico a la tolva de almacenamiento.

1 Posición sensor

Ilustración 8. Posición sensor en la tolva de almacenamiento. Fuente: Autores.

8. Ensamblaje final

Ilustración 9. Ensamblaje final Fuente: Autores.

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