Diseño de Pulidora 2017

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Tema: Diseño Tema: Diseño del eje y selección de rodamientos de una pulidora de arroz Curso: Diseño Curso: Diseño de elementos de maquina II Docente: Ing. Docente: Ing. Tello Rodríguez Jorge Rolando Integrantes: Balcázar Integrantes: Balcázar Alania Gianfranco Lluén Mejía Antonny Sipión Zapata Joao Ciclo: 2017 Ciclo: 2017 – I

Lambayeque, diciembre 2017

Diseño de Elementos de Maquina II

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Diseño del eje y selección de rodamientos de una Pulidora de Arroz.

Diseño del eje de una Prensa Excéntrica

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AGRADECIMIENTO En primer lugar, dar gracias a Dios por permitirnos la vida y desarrollar este trabajo, para el docente de Diseño de elementos de maquina II, el Ing. Tello Rodríguez Jorge, por su ayuda y asesoramiento durante el desarrollo de este proyecto. Nos ha mostrado el camino para afrontar este reto y presentar un informe detallado y preciso. Para el Ing. Rodríguez Carlos Elmer Arturo, gerente de la empresa: “Molinera Angie S.A.C.” a quien agradecemos por facilitar nuestras visitas técnicas para poder obtener datos precisos y realizar este proyecto.


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DEDICATORIA Queremos dedicar este trabajo principalmente principalmente a Dios quien nos da la salud y las fuerzas que necesitamos para seguir adelante en nuestra formación académica. A nuestros padres, porque ellos siempre están a nuestro lado bridándonos su apoyo incondicional para hacer de nosotros mejores personas. A nuestros docentes universitarios, quienes se toman el arduo trabajo de transmitirnos sus conocimientos de los temas que corresponden a nuestra profesión.


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AGRADECIMIENTO .................................................................................................................................. 3 DEDICATORIA .......................................................................................................................................... 4 Capítulo I: Memoria Descriptiva ............................................................................................................. 7 OBJETIVO ............................................................................................................................................ 7 DESCRIPCIÓN ...................................................................................................................................... 7 Capítulo II: Datos Generales ................................................................................................................... 8 DATOS GENERALES DE LA EMPRESA .................................................................................................. 8 UBICACIÓN.......................................................................................................................................... 9 Capitulo III: Industria Molinera en el Perú ............................................................................................ 10 PRODUCCIÓN DE ARROZ EN EL PERÚ ............................................................................................... 10 PRINCIPALES REGIONES PRODUCTORAS .......................................................................................... 11 Capitulo IV: Flujograma y Descripción del proceso productivo ............................................................ 12 FLUJOGRAMA ................................................................................................................................... 12 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO ...................................................................................... 14 Capítulo V: Fundamento teórico de la Maquina a diseñar ................................................................... 25 PULIDORAS MODERNAS ................................................................................................................... 25 Capítulo VI: Especificaciones de la Maquina a Diseñar......................................................................... 27 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ........................................................................................................... 27 Capítulo VII: Diseño del eje de la pulidora ............................................................................................ 29 Capítulo VIII: Selección de Rodamientos para la pulidora .................................................................... 44 Capítulo IX: Conclusiones y Bibliografía ................................................................................................ 49


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Capítulo I: Memoria Descriptiva OBJETIVO El objetivo de este proyecto es diseñar los elementos de transmisión (Rodamientos y ejes), para una pulidora de arroz de la empresa “Moliner Angie S.A.C.” – Carretera Ferreñafe. Para ello debemos tener la capacidad de evaluar el funcionamiento de esta máquina y a que esfuerzos está sometido los elementos de transmisión. DESCRIPCIÓN En este proyecto, en primer lugar, se debe llevar a cabo visitas técnicas a la empresa y recopilar todos los datos necesarios para el cálculo de los elementos del sistema de transmisión de la prensa excéntrica. Aplicaremos todos los métodos de cálculo estudiados en diferentes asignaturas relacionadas con el curso de diseño de elementos de máquina.


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Capítulo II: Datos Generales DATOS GENERALES DE LA EMPRESA Ruc: 20488137809 Razón Social: Molinera Angie S.A.C. Tipo de empresa: Empresas Individuales de Responsabilidad Limitada. Condición: Activo. Fecha de Inicio: 01/09/2012. Actividad Comercial: Elaboración de Productos de Molinera. Tipo de Empresa: Sociedad Anónima Cerrada. Marca de actividades con el comercio exterior: Sin actividad.


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UBICACIÓN Dirección: Car. Chiclayo - Ferreñafe Nro. Uc14 Pr Vista Alegre y Anexos (Sector Laurel- Km 4) Departamento: Lambayeque Provincia: Chiclayo


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Capitulo III: Industria Molinera en el Perú PRODUCCIÓN DE ARROZ EN EL PERÚ La producción de arroz cáscara genera 28 millones de jornales, tanto en el campo y en la industria molinera, aportando, en el año 2009, con el 5.6% del Valor Bruto de la Producción Agropecuaria equivalente a 2 182 millones de soles. En el Valor Bruto de la Producción del subsector agrícola, el arroz cáscara ocupa el segundo lugar después de la papa, con una participación de 9,6% en el año 2009. La mayor producción de arroz cáscara que se tiene registrada corresponde al año 2009, año récord en el que se obtuvo 2 991 mil de toneladas, esto significa un crecimiento de 7,1% respecto del año 2008. La producción nacional de arroz cáscara ha crecido durante los años 2000 al 2009 a una tasa promedio de 5,2 % anual, debido al incremento de las áreas cultivadas en 123 824 ha en la costa norte (Piura), Selva (San Martín, Amazonas, Loreto y Ucayali) y Costa Sur (Arequipa). Producción de Arroz


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PRINCIPALES REGIONES PRODUCTORAS Las principales regiones productoras de arroz cáscara en el país son: San Martín, Piura, Lambayeque, La Libertad y Arequipa, principalmente. El arroz cáscara es procesado en los molinos, donde se realiza el pilado del arroz, antes que llegue a los mercados. Actualmente se cuenta con 631 molinos a nivel nacional, donde el 56% se ubica en la costa (356) y el 44% se ubica en la selva (275).

En la última década, la región San Martín es la que más ha destacado en producción, aunque su rendimiento se encuentra todavía por debajo del promedio nacional.


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Capitulo IV: Flujograma y Descripción del proceso productivo FLUJOGRAMA Ingreso del Material Cantidad, variedad y peso

Limpieza Los granos son separados de las impurezas

Descascaradora Separación del arroz integral con la cascara

Separación PADDY Lo mezcla es separada en Arroz mixto y Arroz Integral

Pulido Deja el arroz blanco y libre de ralladuras


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Clasificación El arroz es separado de acuerdo con el tamaño (Cilindro de alvéolos).

Selector de Color El arroz es separado de materia extraña de color diferente.

Ensaque Cada saco se llena con 50 kg de arroz ya procesado.

Almacenaje Se almacena hasta su posterior salida


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DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO Ingreso de la materia prima: La mezcla de arroz paddy e impurezas son descargados en una tolva de recibo. La tolva es un dispositivo similar a un embudo de un gran tamaño destinada al almacenamiento y canalización de materiales granulares o pulverizados.


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Pre-limpieza/Limpieza: La pre-limpiadora se encarga de retirar solidos de gran tamaño como piedras, palo y elementos metálicos que es recibido del campo, estas pueden dañar los equipos que siguen en el proceso


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Descascaradora: Una vez limpio el paddy es transportado hacia la tolva del descascarado en donde es dosificada hacia los cilindros en movimientos, mediante un proceso de abrasión entre la cascarilla de paddy y la superficie de caucho de los rodillos, es liberada la capa más externa del arroz (cascarilla). El descascarado se realiza por la combinación de tres efectos: presión de los rodillos, efecto de la velocidad diferencial de los mismo e impacto contra la platina puesta debajo de la descarga de los rodillos.


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Separación de Paddy: Esta mezcla es separada mediante una mesa densimetría o separador de paddy, del cual salen dos productos por diferentes líneas: el arroz integral se envía hacia los conos de blanqueo y el paddy retorna a la tolva de la descascaradora, en el caso del separador de paddy hay una tercera línea que retorna la mezcla no separada a la entrada del separador.


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Pulido: Pasando este arroz al pulidor, que funciona con la superficie de contacto suave, se da el brillo deseado dejando el arroz blanco y libre de las ralladuras.


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Clasificación: Posteriormente el arroz blanqueado es llevado a las clasificadoras, donde se separa de acuerdo con el tamaño, según el producto final que se quiera obtener. Esto se realiza en un cilindro de alvéolos. A través de una caja de entrada, el arroz fluye al interior del cilindro rotativo, cuya cubierta esta provista con alvéolos de diseño especial: esférica, para la separación según su longitud.


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Selector de color: El arroz después de ser clasificado es llevado a través de un elevador y faja transportadora hacia la etapa de seleccionado por color, con la finalidad de separar los granos yesosos, manchados, o materia extraña de color diferente.


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Ensaque: Es la parte final del proceso productivo, es decir, sólo queda llenar los sacos de acuerdo con la calidad de arroz los cuales estarán colocados a la salida de las tolvas de recepción, listos para ser llenados en sacos de 49 – 50 kg. Se cosen los sacos para asegurar que la cantidad de arroz permanezca constante, luego son almacenados y posteriormente transportados para su distribución.


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Almacenaje: Se almacena hasta su posterior comercialización.


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Capítulo V: Fundamento teórico de la Maquina a diseñar PULIDORAS MODERNAS Las máquinas modernas de pulido ahora ofrecen una mejora significativa en eficiencia y reducción de desperdicio. Sin embargo, hay un número de factores que afectan al rendimiento. Los granos rotos de arroz pueden poner en peligro el proceso de pulido porque el fraccionamiento de la superficie no se puede lograr si los granos se intercalan entre granos rotos. Los efectos de pulido se mejoran si se tamizan de antemano los ‛‛quebrados”. El tiempo de pulido es un factor decisivo tanto para la sedosidad como para las roturas. Un tiempo de pulido más corto resulta en menos sedosidad. Un tiempo más largo mejora la suavidad, pero aumenta el riesgo de roturas.


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La distancia entre la cesta del tamiz y la leva influye en el grado de pulido. La cesta del tamiz que cubre los rodillos de leva permite una distancia predeterminada entre ellos; con una distancia mayor (es decir, una cámara más amplia) se reduce el grado de pulido. La velocidad de rotación determina el grado de pulido. Una velocidad de rotación más alta aumenta el número de impactos individuales, lo que resulta en un mayor grado de pulido. Sin embargo, también aumenta la cantidad de roturas del arroz. La succión de aire se utiliza para compactar y enfriar el arroz. Si el volumen de aire utilizado es excesivo, puede reducir la compacidad y la eficacia del proceso de pulido, lo que reduce el brillo del arroz.

1.2.3.4.5.6.7.8.-

Eje de Pulidora Tapa Cono Pulidor Soporte de Hierro Arrastrador de Arroz Polea Receptora Cojinete de Centro Volante Regulador


09.10.11.12.13.14.15.-

Tornillo de Fijar Cono Tornillo de Fijador de Columnas Regulador de Frenos Freno Creceta Motor Polea Motriz

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Capítulo VI: Especificaciones de la Maquina a Diseñar ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Imagen de la placa del Motor


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Imagen de la Polea Mayor unida al Eje

Con esto obtenemos datos precisos para nuestro desarrollo Motor Potencia del Motor

20HP

RPM del Motor

1165 RPM

Factor de servicio

1.15 Polea

Diámetro de la Polea Menor (D)

18 cm = 7.0866 pulg.

Diámetro de la Polea Mayor (d)

80 cm = 31.4960 pulg.

Distancia entre Centro de las Poleas (C)

C = 90 cm = 35.43 pulg.

Peso (w)

30 kg = 66.12 lb


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Capítulo VII: Diseño del eje de la pulidora Primero comenzamos con analizar la Polea mayor, revisamos todas las fuerzas que ejerce sobre el eje, donde Β = 25°.

W = 66 lb

β

β

F1 (cos25°)

(cos25°) F2 F1

F1 (sen25°)

F2

F2 (sen25°)

Momento Torsional

= 63000  = 630001165 20 =1081.55 . Diseño del eje de una Prensa Excéntrica

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Fuerza producida por la Faja (F t) d= diámetro de la polea menor en pulg. T = Momento Torsional.

=  2   =   2 = 1081.7.086655  2 =305.24   − = .  Relación de tensiones: f: Coeficiente de fricción (material de la polea y la faja)



: Ángulo de contacto en radianes


 = .

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Diseño de Elementos de Maquina II Calculo de

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

D = diámetro de la polea Mayor en pulg. d = diámetro de la polea Menor en pulg.

=−2− 2  0 866 =−2(31.4960−7. 235.43 ) =2.44   =.  =.  .   =.  

Sustituimos:

Por lo tanto:

 =2.08  − = 305.24 

.....................(1) ..........(2)

 = .    = .  

Con estos resultados podemos hallar todas las fuerzas en la polea


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Diagrama de cuerpo libre de la Polea

W = 66.12 lb

532.79 lb

β

β

F1

248.44 lb

256,15 lb

F2

119.44 lb

129 lb

855.06lb


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Análisis de la fuerza cortante y el momento flector Plano XZ (DCL) 855.06 lb

RA

RD 22 pulg

4 pulg

∑= ∑  =

 + =855.06  0=−855.06 4 +26  =.   =. 


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Hallamos fuerza cortante y momento flector 1.- Sección 0 < x < 4

V

M1

723.51 lb x

Fuerza Cortante:

Momento flector:

Reemplazamos:

=723.51   =723.51  =0,  =0 .  =4,  =2894.04 .


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2.- Sección 4
M2 V

723.51 lb 4

x

Fuerza Cortante:

Momento flector:

Reemplazamos:

+855.06=723.51  =−131.55  0= −723.51 +855.06−4  =−131.55 +3420.24  =4,  =2894.04 .  =26,  =− 0.06 .


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Diagrama de fuerza cortante:

723.51 lb

0

26

4 -131.55 lb

Diagrama de momento flector:

2894.04 lb. pulg

0

4

26 -0.06 lb. pulg


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Plano XY (DCL) 129 lb

RA

RD 22 pulg

4 pulg

∑= ∑  =

 + =129  0=−129 4 +26  =.   =. 


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Hallamos fuerza cortante y momento flector 1.- Sección 0 < x < 4

V

M1

109.15 lb x

Fuerza Cortante:

Momento flector:

Reemplazamos:

=109.15   =109.15  =0,  =0 .  =4,  =436.6 .


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2.- Sección 4
M2 V

109.15 lb 4 x

Fuerza Cortante:

Momento flector:

Reemplazamos:

+129=109.15  =−19.85  0= −109.15 +129−4  =−19.85 +516  =4,   =436.6 .  =26   =−0.1 .


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Diagrama de fuerza cortante:

109.15 lb

0

4

25 -19.85 lb

Diagrama de momento flector:

436.6 lb. pulg

0

4

25 -0.1 lb. pulg


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Cálculo del Diámetro del Eje: Usaremos la siguiente formula según el Código ASME:

    16   1+    = 1−   ∗  + 8  +  ∗  Donde:

S =Esfuerzo Permisible K =Factor Combinado de carga y fatiga aplicando momento torsor M =Momento Torsor K =Factor Combinado de carga y fatiga aplicando el momento flector = ⁄ M =Momento flector α=Factor de columna o carga axial F =Fuerza axial  =  ⁄ Entonces nuestras variables son:

................. Acero Comercial (Ejes con canales chaveteros)


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 =.  =. = ;

;

.......... Para ejes de rotación y carga aplicada gradualmente

Momento Flector (MAX):

Sustituyendo:

 = 2894.04 + 436.6  =2926.79 lbs.pulg 16   [1.5 ∗ 2485.13] +  1 ∗ 1081.55  = 6000  =3.8379 =. 

Seleccionamos un Diametro estandar, para ello usamos la siguiente tabla:


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Diseño de Elementos de Maquina II Elegimos el diámetro estándar de

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1.5625 ≅40 

Calculo de la Deformación Torsional: Utilizaremos la ecuación siguiente para deformación de torsión sobre una sección circular solida

= 584   Donde:

=Angulo de Grado Sexagesimal L=Longitu del eje pulg M =Momento Torsional lb.pulg =ó  í d =Diámetro Estandar L=26 pulg M =1081.54 lb.pulg =9.9  10 d =1.5625 pulg (psi)

Nuestras Variables son:

Sustituyendo obtenemos:

5 4  26 = 5849.910 1081.   1.5625 =.


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Capítulo VIII: Selección de Rodamientos para la pulidora Realizamos el cálculo respectivo Punto A

Punto D 131.55 lb

723.51 lb

FRA

109.15 lb

 = 723.51 +109.15  =731.70 

FRD

19.85 lb

 = 19.85 +131.55  =133.04 

Hallamos la Carga Dinámica equivalente: Punto A

 =  .. +  =  1  1  731.70  +0  =731.70    =. 

....... Como no existe fuerza Axial F A = 0, V= 1

Reemplazando:


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Punto D

 =   ..  +  =  1  1  133.04  +0  =133.04   =. 

....... Como no existe fuerza Axial F A = 0, V= 1

Reemplazando:

Datos adicionales de la pulidora Horas de trabajo diario: 8 horas RPM (Promedio): 800 rpm

 =10 Por lo tanto:

= 60..  = 6080030000 10 =1440    Capacidad de Carga Dinámica:

 =

............. a =3, cojinetes de bolas, por lo tanto:

= √   

Punto A

  = √       = √   .   =.  Diseño del eje de una Prensa Excéntrica

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Punto D

 = √     = √   .  =. 


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Una vez obtenido los resultados seleccionamos el tipo de Rodamiento del Catalogo de la Empresa SKF.


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PARA EL RODAMIENTO EN EL PUNTO “A”:

  =.  d = 40 mm D= 90 mm B= 23 C= 40.50 KN DESIGNACION: 6308 PARA EL RODAMIENTO EN EL PUNTO “D”

  =.  d = 40 mm D= 52 mm B= 7 C= 6.35 kN DESIGANCION: 6808


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Diseño de Pulidora 2017

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