- Uni Universid versidad ad Nacional Pedro Ruiz Gallo Gallo -Facul -Facultad tad de Ingeniería Mecánic Mecánica a Eléctr Eléctricaica-
DISEÑO DISEÑO DE EJE EJ E PRINCIPAL PRINCIPAL Y SELECCIÓN DE RODAMIENTOS RODAMIENTOS DE UNA UNA PULIDORA PUL IDORA DE ARROZ Trabajo Trabajo de d e Investigación Investigación Est. Fidel Ordino Ordi nola la Carlo Carloss (GRUPO (GRUPO A) Est. Jian Edgar Tineo Soto (GRUPO A) Est. Max Núñ ez Huaman Huamanta ta (GRUPO (GRUPO A) Est. Raúl Raúl Giovani Gio vani An ticon tic ona a Malqu Malque e (GRUP (GRUPO O B)
Aseso As esor: r:
Ing. Tello Rodríguez Jorge
Lambayeque – Lambayeque – Perú Perú
14 de Agosto del del 2017
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AGRADECIMIENTOS Este trabajo no se hubiera podido realizar, sin el apoyo incondicional de la empresa DESPENSA PERUANA S.A., que no abrió las puertas de su local ubicado en la Panamericana Norte Km 7, se nos brindó todos los recursos disponibles para que pudiéramos recolectar la información necesaria para el desarrollo de nuestro trabajo de investigación. Es por ello que en necesario para nosotros acercarles nuestro agradecimiento al personal de la división de molino:
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1.
CAPITULO I. DISEÑO Y METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN .......................................6 1.1. Realidad Problemática.......................................................................................................6 1.2. Formulación del Problema ................................................................................................6 1.3. Objetivos del trabajo de Investigación ..............................................................................6 1.3.1. Objetivo General ........................................................................................................6 1.3.2. Objetivos Específicos ..................................................................................................6 1.4. Justificación e Importancia del trabajo de Investigación ...................................................7 1.5. Alcances y Limitaciones de la Investigación ......................................................................7 1.5.1. Alcances......................................................................................................................7 1.5.2. Limitaciones................................................................................................................7 1.6. Clasificación de la Investigación ........................................................................................7 1.7. Hipótesis ............................................................................................................................7 1.8. Variables ............................................................................................................................8 1.8.1. Variable Independiente ..............................................................................................8 1.8.2. Variable Dependiente .................................................................................................8
2.
CAPITULO II. INFORMACION DE EMPRESA DESPENSA DESPENSA PERUANA S.A ............................9 –
2.1. DESPENSA PERUANA S.A / DEPSA .....................................................................................9 2.1.1. Información general ...................................................................................................9 2.1.2. Historia .....................................................................................................................10 2.2. Organigrama de la empresa: ...........................................................................................11 2.3. Ubicación geográfica .......................................................................................................12 2.3.1. Cede principal ...........................................................................................................12 2.3.2. Sucursales .................................................................................................................12 2.4. Productos y Servicios .......................................................................................................14 2.4.1. Pilado y Molienda de Arroz ......................................................................................14 2.4.2. Venta de abarrotes. ..................................................................................................14 2.5. Leyes y reglamentos vigentes ..........................................................................................14 2.5.1. Concepto y Operaciones Gravadas – IVAP ................................................................14 2.5.2. Tasa del Impuesto ....................................................................................................15 2.5.3. Declaración y Pago del Impuesto- IVAP ....................................................................15 2.5.4. Otras Obligaciones Formales – IVAP .........................................................................15 3.
CAPITULO III. INSDUSTRIA MOLINERA ......................................................................... 16 3.1. Industria Molinera ...........................................................................................................16 3.1.1. Historia .....................................................................................................................16 3.1.2. Industria Molinera Peruana ......................................................................................17
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3.2. Partes de la Industria Molinera .......................................................................................20 3.2.1. Recolecta de materia prima: ....................................................................................20 3.2.2. Secado: .....................................................................................................................20 3.2.3. Almacenamiento: .....................................................................................................20 3.2.4. Prelimpieza: ..............................................................................................................21 3.2.5. Limpieza: ..................................................................................................................21 3.2.6. Descascarado:...........................................................................................................22 3.2.7. Pulimento: ................................................................................................................22 3.2.8. Clasificación: .............................................................................................................22 4.
CAPITULO IV. PROCESO PRODUCTIVO INDUSTRIAL DEL ARROZ-DESPENSA PERUANA S.A. 23 4.1. Flujograma de Producción ...............................................................................................23 4.2. Plano de Proceso de Pilado .............................................................................................26 4.3. Guías de Ingreso ..............................................................................................................27 4.4. Control de Calidad ...........................................................................................................27 4.5. Proceso Transformativo de la Materia Prima ..................................................................27 4.5.1. Recepción .................................................................................................................27 4.5.2. Secado natural ..........................................................................................................29 4.5.3. Almacenamiento ......................................................................................................29 4.5.4. Prelimpieza / Limpieza .............................................................................................30 4.5.5. Descascaradora ........................................................................................................31 4.5.6. Mesa Paddy ..............................................................................................................32 4.5.7. Pulidora Destroncadora (Pulido por abrasión) .........................................................33 4.5.8. Abrillantadora...........................................................................................................34 4.5.9. Zaranda Rotativa ......................................................................................................35 4.5.10. Clasificadores (Dosificadores) .................................................................................36 4.5.11. Selectora por color .................................................................................................37 4.5.12. Envasadora .............................................................................................................38
5.
CAPITULO V. ESPECIFICACIONES DE LA MÁQUINA SELECCIONADA ............................... 39
6.
CAPITULO VI. DISEÑO DEL EJE DE UNA PULIDORA DE ARROZ ....................................... 41 6.1. Cálculos Justificados de diseño ........................................................................................41 6.2. Análisis de Fuerza Cortante y Momento Flector mediante Diagrama de Cuerpo Libre(DCL) ...............................................................................................................................43 6.2.1. DCL Plano (XZ) ..........................................................................................................43 6.2.2. DCL Plano XY .............................................................................................................47
7.
CAPITULO VII. SELECCIÓN DE RODAMIENTOS PARA UNA PULIDORA DE ARROZ ............ 53
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8.
CAPITULO VIII. PRESUPUESTO.....................................................................................57 8.1. COSTOS EJE:.....................................................................................................................57 8.2. COSTOS DE RODAMIENTOS: ............................................................................................57 8.3. COSTOS DE OTROS MATERIALES: ....................................................................................57 8.4. COSTO TOTAL DEL PROYECTO: ........................................................................................58
9.
CAPITULO IX. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................. 59 9.1. CONCLUSIONES ...............................................................................................................59
9.2. RECOMENDACIONES .......................................................................................................60 10. CAPITULO X REFERENCIAS .......................................................................................... 61 11. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................62 12. CARTA DE PRESENTACIÓN .......................................................................................... 63
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Guías de aprendizaje Se especificará los parámetros bases que han dado origen a la investigación y que serán la guía que conduzca el desarrollo del trabajo.
1.1. Realidad Probl emática El diseño de elementos de máquinas representa un conocimiento significativo en la preparación pre profesional de los estudiantes universitarios en la carrera de Ingeniería Mecánica y Eléctrica(FIME). Este estudio debe ser llevado de manera teórico – práctica, fortaleciendo lo aprendido mediante prácticas preprofesionales, visitas técnicas y capacitación en las diferentes empresas industriales existentes en la región. Pese a esta necesidad, existen estudiantes universitarios que no cuentan con los conocimientos adecuados sobre el tema, debido a desinterés o la escasez de oportunidades. Es por esta razón que el presente trabajo de investigación muestra el diseño de ejes y selección de rodamientos de una pulidora de arroz, obtenido de una experiencia proporcionada por la empresa industrial DESPENSA PERUANA S.A.
1.2. Formulación del Problema ¿Qué se puede hacer para fortalecer el aprendizaje en torno al diseño de elementos de máquinas y tener recursos para la investigación en diseño de ejes y selección de rodamientos?
1.3. Objetivos del trabajo de Investigació n 1.3.1. Objetivo General
Diseñar el eje principal y seleccionar los rodamientos de una pulidora de arroz.
1.3.2. Objetivos Específicos
Contribuir en las actividades en investigación de los estudiantes de pregrado en el ámbito del Diseño de elementos de máquinas, inmersos en del proceso productivo del arroz.
Realizar visitas técnicas y recibir capacitación de la empresa industrial, sede donde se realizó la investigación.
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Familiarizarse con los diferentes procesos que se desarrollan en una empresa industrial (Molino de Arroz), además de obtener experiencia pre-profesional en la zona laboral de Lambayeque.
1.4. Justific ación e Importancia del tr abajo de Investigación Es de vital importancia que los estudiantes de pregrado tengan los conocimientos necesarios sobre el diseño de elementos de máquinas, además que estén familiarizados con los diferentes procesos que se llevan a cabo en una empresa industrial.
1.5. Alcances y Limitacion es de la Investig ación 1.5.1. Alcances La investigación permite trabajar con las diferentes variables y formulas inmersas en el diseño de elementos de máquinas, aplicadas a una maquina pulidora de arroz.
1.5.2. Limitaciones El cálculo realizado para las variables bajo estudio, en la pulidora de arroz, solo está destinada para el diseño de eje principal y rodamientos, el cálculo de los demás componentes de la maquinas se desestimarán.
1.6. Clasificación de la Investigación
Origen de la investigación: Investigación Tecnológica, puesto que se apoya en teorías y conocimientos de la ciencia para aplicarlos en la transformación de bienes y servicios útiles para la sociedad. Enfoque de la investigación: Es una Investigación De Enfoque Mixto Cuantitativo y Cualitativo. Según el método de investigación: Es una Investigación Documental y de Campo.
1.7. Hipótesis El diseño de un eje principal y selección de rodamientos de una maquina pulidora de arroz, guiado por la visita técnica y capacitación en una empresa industrial (Molino de Arroz). Permitirá fortalecer el aprendizaje en torno al diseño de elementos de máquinas y tener recursos para la investigación en diseño de ejes y selección de rodamientos
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1.8. Variables 1.8.1. Variable Independiente
Diseño de eje principal y selección de rodamientos de una pulidora de arroz
1.8.2. Variable Dependiente
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Fortalecer el aprendizaje en torno al diseño de elementos de máquinas y tener recursos para la investigación en diseño de ejes y selección de rodamientos.
Guías de aprendizaje Es de notable interés que el investigador pueda familiarizarse con las diferentes líneas de trabajo que abarca una empresa industrial, con el objetivo de poder conocer las diferentes necesidades de la empresa, de manera que se plantee didácticas soluciones ante los diferentes problemas que se presenten. Es por esta razón que en el siguiente capítulo se expondrá toda la información administrativa, económica, jurídica y legal de la empresa industrial donde se llevó a cabo el estudio.
2.1. DESPENSA PERUANA S.A / DEPSA La empresa inició operaciones en 1995, se encuentra empadronada en el Registro Nacional de Proveedores, Cuenta con más de 20 años en el servicio de abarrotes, además de iniciar recientemente (3 años) la división de molinos, Cuenta con sucursales ubicados estratégicamente y acondicionados para poder suministrar los diferentes servicios a más clientes. La constantes búsqueda de brindar servicios de calidad y personalizados a la medida de las necesidades de los clientes a llevado a la mejora continua, siempre de la mano con el avance tecnológico, brindando herramientas que permitan ofrecer total garantía de servicio rápido y efectivo.
2.1.1. Información general
R.U.C: 20271522950
Nombre comercial: DEPSA
Misión: “Proveer las mejores soluciones logísticas especializadas en el sector industria, de materias primas y de químicos, además de soluciones logístico-financieras mediante la emisión de warrants y de certificados de depósito para el sistema financiero.”
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Visión: “Ofrecer un servicio personalizados que, con base en nuestra experiencia y aplicando tecnología e innovación, permitan a nuestros clientes optimizar su cadena de suministros y aporten a la eficiencia de sus operaciones.”
Política de Calidad "Estamos comprometidos en ofrecer servicios ágiles y seguros de acuerdo a las necesidades de nuestros clientes, así como en la mejora continua de los procesos del Sistema de Gestión de Calidad."
2.1.2. Historia La empresa DESPENSA PERUANA S.A con más de 20 años ofreciendo servicios ágiles y seguros, inicia sus operaciones un 15/09/1995 en la región Lambayeque. En los siguientes años la empresa fue creciendo e incursionó en modalidades de comercialización y distribución de productos e insumos de primera necesidad. DEPSA expandió sus operaciones, operando en almacenes propios en Lima, Cajamarca, Ferreñafe, Tarapoto, Pacasmayo, Shepen y Trujillo. Asimismo, a través de los años, ha consolidado su presencia a nivel nacional a través de sus operaciones de almacén de campo. En 2014 la empresa fue adquirió amplias instalaciones en la Panamericana Norte Km .7, expandiendo sus servicios con la división de molinos. Manteniendo la identidad de trabajo como lo hemos hecho en nuestras otras actividades. A través del tiempo, DEPSA ha forjado una identidad propia que se traduce en un trato personalizado a sus clientes, con un servicio ágil y seguro. La cultura de la empresa está cimentada en sus valores: seguridad, honestidad, respeto, compromiso, excelencia y capacidad de aprendizaje.
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2.2. Organigr ama de la empresa:
Gerente General: Peramas Sanchez Juan Carlos Presidente Directorio: Peramas Lopez Manuel Encarnacion
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2.3. Ubicación geográfica 2.3.1. Cede prin cipal
2.3.2. Sucurs ales
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La investigación se llevó a cabo en una de las sucursales de la empresa DESPENSA PERUANA S.A, específicamente:
Car. Panamericana Norte Km 7/ Lambayeque-Lambayeque – Lambayeque
" .. "
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2.4. Product os y Servicios 2.4.1. Pilado y Molienda de Arr oz Aunque la empresa es relativamente joven en este rubro, cuenta con profesional de larga trayectoria en la industria molinera, capaz de ofrecer el mejor servicio a los clientes.
Se entiende por arroz pilado, el arroz que ha sido descascarado y blanqueado en un Molino y se encuentra listo para su comercialización y consumo. La molienda de arroz es el proceso por el cual ser realiza la desintegración del grano en partículas más pequeñas.
2.4.2. Venta de abarrotes. La empresa lleva más de 20 años como un negocio dedicado a la comercialización y distribución de productos e insumos de primera necesidad, ofrecen un servicio de calidad y seguridad para satisfacer las expectativas de un cliente cada vez más exigente.
2.5. Leyes y reglamentos vigentes 2.5.1. Concepto y Operacio nes Gravadas – IVAP Es el Impuesto que deben pagar todas las personas que realizan la primera venta de arroz pilado en el país.
La primera venta se da cuando luego de pilar el arroz en el molino, el agricultor, acopiador o comercializador realiza la venta de “arroz pilado” en el país. También se considera como primera venta, cuando se efectúa el retiro de arroz pilado fuera de las instalaciones del molino.
Las partidas arancelarias de arroz pilado cuya importación grava el presente impuesto son las siguientes:
PARTIDA ARANCELARIA 1006.20.00.00 1006.30.00.00 1006.40.00.00 23.02.20.00.00
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DESCRIPCION Arroz descascarillado (arroz cargo o arroz pardo) Arroz semiblanqueado o blanqueado , incluso pu lido o glaseado Arroz partido Salvados, moyuelos y demás residuos del cernido, de la molienda o de otros tratamientos de los cereales o de las leguminosas, incluso en "pellets" de arroz
2.5.2. Tasa del Impuesto Se aplica la tasa del 4% sobre el valor de venta. En el caso de importación, la tasa se aplicará sobre el valor CIF Aduanero incluidos los demás derechos e impuestos que afectan la importación.
2.5.3. Declaración y Pago del Impu esto- IVAP La declaración y pago del IVAP se realiza mensualmente hasta la fecha indicada en el Cronograma de Obligaciones Tributarias que corresponde al último digito de su RUC.
2.5.4. Otras Obligaciones Formales – IVAP Comprobantes de Pago: Se emiten, según corresponda, facturas, boletas de venta o ticket de máquina registradora, sin discriminar el impuesto. No puede emitirse liquidación de compra por la venta de arroz pilado. El comprobante de la operación le servirá al comprador para sustentar gasto o costo con efecto tributario. Registro IVAP (para propietarios del molino y/o que presta servicios de pilado)
Los contribuyentes que se dedican al servicio de pilado de bienes propios y/ o de terceros deben llevar un registro denominado “Registro IVAP”. Para los Molinos, además es obligatorio registrar cronológicamente en el “Registro IVAP” el ingreso del arroz en cáscara y/o cualquier otro bien afecto al IVAP, así como la salida de los bienes procesados. El modelo del Registro y el instructivo, se pueden obtener desde el siguiente enlace: Clic Aquí. A elección del contribuyente, el Registro IVAP podrá ser legalizado por un Fedatario de la SUNAT, o siguiendo lo dispuesto por la Resolución de Superintendencia Nº 1322001/SUNAT El Registro IVAP no podrá tener un atraso mayor a diez (10) días hábiles para el registro de sus operaciones. Dicho plazo será contado desde la fecha de ingreso o desde la fecha del retiro de los bienes del Molino.
Base Legal: Resolución de Superintendencia N° 166-2004/SUNAT
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Guías de aprendizaje Los avances en la tecnología han permitido modernizar los procesos de extracción, transformación y distribución de las materias primas, estos avances no han sido ajenos a la industria molinera que se inició con mecanismos rudimentarios, activados por viento, agua o usando bestias de carga, a convertirse en un sistema de maquinaria totalmente automatizada, capaz de transformar grandes cantidades de materia prima, reduciendo costos mano de obra, etc. Es por esta razón que el siguiente capítulo se hablara de los diferentes, tipos, componentes y procesos inmersos en la industria molinera, además de la modernización de la misma.
3.1. Industria Molinera La industria molinera permita la transformación de la materia prima (arroz, trigo, etc.) hacia un producto final bajo óptimas condiciones de calidad, listas para su envasado y comercialización. Esta actividad alberga diferentes procesos llevados a cabo en un circuito automatizado de máquinas
Principales líneas de Producción Molienda de cereales Molienda de arroz Molienda de legumbres y leguminosas
Harina de trigo sémola de trigo subproductos de trigo avenas Arroz descascarillado, molido, pulido harina de arroz Harina y sémola de leguminosa desecadas raíces , tubérculos y nueces comestibles
Entre otras actividades también comprenden: Tostado o insuflación de granos de cereales Maceramiento de granos Perlado de granos Hojaldrado de granos Pulimiento de granos Elaboración de harina
3.1.1. Histor ia Desde la antigüedad el consumo de granos ha sido unos de los alimentos más consumidos por el ser humano, por esto mismo el hombre se vio en la necesidad de innovar en las herramientas necesarias para su aprovechamiento. Desde el hombre primitivo que lidiaba con la escasez de alimento, por lo que vio en los granos y una fuente viable de alimento, continuando con
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su posterior transformación, utilizando inicialmente piedras para triturar o moler los granos. El avance más significativo que hubo en el aprovechamiento del grano en la antigüedad vino de la mano de la utilización de energías disponibles en la naturaleza mediante máquinas motoras, como los molinos de viento o ruedas hidráulicas las cuales utilizan la energía del viento y agua para mover un sistema de poleas y masas de piedra las cuales se encargaban de la molienda, aumentando los volúmenes de grano transformado. Con el correr del tiempo se descubrió que era importante comenzar la molienda por la limpieza del grano sometiéndolo a la acción del viento y del trabajo manual con cribas. Se le quitaban paja, residuos, guijarros, arena, después pasándolo por un cilindro revestido de esmeril. Luego siguió el proceso del templado para ajustar la humedad que facilitara la separación del grano de la cáscara. proceso que hoy en día conocemos como pilado. Con el paso del tiempo los avances tecnológicos trajeron consigo la industrialización del proceso productivo del grano, este proceso se convierto en un proceso completamente automatizado.
3.1.2. Industria Molinera Peruana La industria molinera en el país cuenta con una capacidad de pilado de 991.9 t/hr., equivalente a 8 millones de toneladas al año; en la actualidad sólo se utiliza el 30% de la capacidad instalada, lo cual resulta suficiente para los 2.4 millones de producción anual. Las empresas molineras están agrupadas en la Asociación Peruana de Molineros de Arroz (APEMA)
Tendencias de Producción
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En los segmentos de altos ingresos Se observa una preferencia por el arroz embolsado, de granos largos, color blanco, buen rendimiento y graneado. En los segmentos bajos El factor determinante es el precio, por lo que se prefiere el arroz a granel, de menor calidad, no tan blanco y redondo.
3.1.2.1. Producción en el Perú
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En la Costa Norte Están instalados el mayor número de molinos y en los últimos años se ha modernizado tanto la infraestructura como la maquinaria mejorando el proceso llegando hasta sistemas de selección electrónica. Costa sur Existe suficiente capacidad molinera y de almacenamiento. Los molineros prestan servicios de cosecha poniendo a disposición de los productores modernas cosechadoras.
S e l va Alta La agroindustria molinera es insuficiente y antigua factores que influyen sobre la demanda nacional son la calidad y el precio.
Ceja de Selva Esta inactiva, debido a que la mayoría de productores arroceros de Jaén – Bagua y San Martín prefieren trasladar el arroz cáscara a los molinos instalados en Lambayeque, donde reciben un servicio de secado (solar), procesamiento y de comercialización del arroz.
La industria molinera provee la mayor parte del financiamiento para el cultivo de arroz. Los molinos habilitan con dinero, insumos y asistencia técnica a los productores arroceros de la Costa y Selva Alta; esto hace que los productores queden comprometidos a venderles su producción al momento de la cosecha. De esta manera, los intereses que cobran los molinos a los productores se ha convertido en uno de los ingresos más importantes junto a los que se registran por servicio de pilado. En ese sentido la industria molinera de la Selva se ve expuesta a una fuerte competencia por parte de los molinos de Lambayeque, los que, debido a su capacidad instalada ociosa, para ser rentables tienen la necesidad de trabajar con los productores de Arroz de la Selva (San Martín, Amazonas y Cajamarca) con lo cual se aseguran mayores ingresos por concepto de interés y servicios de pilado y comercialización de arroz.
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3.2. Partes d e la Industria Molinera En la actualidad el proceso productivo de arroz ha sido completamente industrializado mejorando la eficiencia y la rentabilidad de las empresas inmersas en este rubro. Este proceso está dividido en etapas diferenciadas por el trabajo que realiza la máquina a lo largo del sistema conectado. (Se hablará de los procesos superficialmente, en el Capítulo N°4 se brindará la información de manera más detallada y de la maquinaria utilizada)
3.2.1. Recolecta de materia p rima: Se recibe el arroz paddy (arroz con cascara) verde proveniente de fincas, el cual puede llegar a granel o en bultos a las plantas de procesamiento.
3.2.2. Secado: El objetivo es que el arroz ingrese con una humedad estándar comúnmente es considerada 12.5 o 13 % de humedad, el resultado de estos procesos se logra con un flujo de aire caliente.
3.2.3. Almacenamient o: Se dispone de silos de almacenamiento de paddy seco a granel
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3.2.4. Prelimpieza: En diferentes máquinas se extraen tallos y otras impurezas tanto grandes como pequeñas, obteniendo así arroz vano.
3.2.5. Limp ieza: Se dispone de una Limpiadora de zaranda y succión que permite eliminar impurezas para aumentar la capacidad y la eficiencia en las máquinas de las operaciones posteriores.
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3.2.6. Descascarado: En esta operación se extraen las cascaras de grano por medio de dos efectos, velocidad y presión.
3.2.7. Puliment o: Se cuenta con diferentes equipos que remueven la capa de aleurona (harina de arroz) y permiten mejorar la calidad del lote ingresado.
3.2.8. Clasificación: Se cuenta con diferentes procesos de clasificación con el fin de mejorar el proceso, comúnmente se utilizan la clasificación de tamaño y por color.
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Guías de aprendizaje Como hemos visto en el capítulo anterior que existen diversas máquinas las cuales son utilizadas para el proceso productivo del arroz en la industria molinera, las cuales están conectas formando un circuito completamente automatizado, que permite aumentar la eficiencia del pilado. En nuestra visita a la empresa industrial DESPENSA PERUANA S.A tuvimos la oportunidad de estar en contacto directo con las máquinas disponible en la empresa, estas máquinas serán explicadas detalladamente en el siguiente capítulo.
4.1. Flujograma de Producció n INGRESO
-Cantidad
1
-Variedad -Peso
GUÍAS DE INGRESO
-etc.
RECEPCIÓN
Almacén cascara
Y SECADO RECEPCIÓN
2
SI
Acopio ¿Humedad de trabajo es de 13±1%?
NO
PLANTA PROCESO 3
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TOLVEADA
Almacenamiento
Secado
Elevador #1
Impurezas Separación Grano
PRELIMPIA
Elevador #2
Cascara
DESCASCARADORA 1,2
Arroz Integral (descascarado)
Separación
Elevador #4
Transporta arroz paddy
Elevador #3
MESA PADDY Elevador #6
Transporta arroz mixto Elevador #5
PULIDORA 12
Transporta arroz Integral (descascarado)
Proceso de abrasión usando piedra esmeril
POLVILLO
Elevador #7
ABRILLANTADORAS
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Inyección de mezcla de agua y aire
Elevador #8
ÑIELEN Movimiento rotativo-Selección de grano en caída libre
ZARANDA
Elevador #9
CLASIFICADORES
3 cilindros de tambor rotativos
Elevador #10
-Arroz 1/2 – Arroz 1/4 – Arroz
extra
SELECTORA
Selección por color
ACEITADO Elevador #11
ENVASADO
ALMACÉN
4
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ALMACENAJE
Se almacena hasta su posterior salida
4.2. Plano de Proceso de Pilado
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4.3. Guías de Ingr eso Como sabemos el arroz que ingresa a la empresa debe pasar por un proceso de registro, en el cual se toma nota de las características del mismo de tal manera que se puede determinar las condiciones en las cuales iniciara el proceso productivo. Las guías pueden tener:
-Cantidad -Variedad -Peso -etc.
4.4. Control de Calidad El control de calidad es necesario para determinar el estado del producto para su posterior clasificación, además que permite corregir errores en el proceso productivo. En el proceso productivo del arroz se realiza un muestreo de análisis donde se evalúan:
Humedad Quebrado Tiza Granos defectuosos etc.
4.5. Proceso Transformativo de la Materia Prima 4.5.1. Recepción Los lotes de arroz provenientes de las zonas son transportados en camiones, tráiler y/o el vehículo seleccionado por el agricultor. En unos sacos de 80 a 100kg. Antes de ingresar a las instalaciones estos son pesados en una balanza de plataforma. El agricultor o persona que requiere del servicio de pilado tiene que pesar la cantidad de materia prima en cualquier empresa que realice esa actividad. Luego de haber realizado eso, tiene que presentar ese comprobante a la empresa molinera y recién allí, los camiones ingresarán a las instalaciones de la empresa. En ese momento el arroz llega con una humedad 26-28% aproximadamente, momento previo al análisis emitido por control de calidad (no teniendo contaminación biológica y pasando por pruebas organolépticas del lote (color y olor), del cual se ha dado conformidad para ser recibido e lote y posteriormente se programará su paso al secado natural y por ultimo llevarla a la tolva para dar inicio al proceso de limpia y descascaro. El encargado de seguridad registra el número de placa del vehículo, cliente, variedad, peso de ingreso, guía de remisión para finalmente asignar un código de acuerdo a la zona de procedencia.
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Ejemplo: Código: CA – 456 Descripción: CA procedencia: Cayalti 456 (nº correlativo de llegada del vehículo) Esta numeración correlativa; asignada al inicio de cada campaña según zona respectiva.
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4.5.2. Secado natural Este proceso es de suma importancia, puesto que, sirve para disminuir el porcentaje de humedad que presenta el arroz al momento de llegar a la empresa. La materia prima se coloca en contacto con los rayos solares, es esparcido en grandes carpas (sacos cocidos) de manera uniforme. En el momento que se descarga el lote de arroz, el supervisor o el personal laboral tiene que seguir de manera minuciosa el estado de la unidad y del lote, asegurándose que no se encuentren indicios de infestación y/o proliferación de hongos; si por algún motivo se presentan esos casos ese lote de arroz tiene que ser separado y así encontrar una solución. Cuando la materia prima alcanza un de humedad se da por finalizado esta actividad, y los granos de arroz ya están listos para ser llevados a la tolva y dar inicio a los procesos restantes.
13±1%
4.5.3. Almacenamiento Habiendo disminuido el porcentaje de humedad de los granos de arroz (13-14% aprox.), éstos son llevados a una tolva donde serán almacenados y luego transportados hacia donde se realizará el próximo proceso. La tolva se le llama a un dispositivo similar a un embudo de un tamaño considerable destinado al depósito y canalización de materiales granulares o pulverizados.
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4.5.4. Prelimpieza / Li mpieza Proceso en el cual se trata de quitar la mayor cantidad de impurezas presentes en los granos de arroz que es recibido del campo. La mayor parte de agentes extraños lo ocupan: piedras, polvo, palos, pajas, metal, vidrio y vida animal. En algunos casos se presentan semillas objetables, es decir, granos diferentes al de arroz como, por ejemplo: maíz, frijol, soya, etc. La máquina encarga de realizar esta función, presenta 3 sistemas distintos de extracción de impurezas: -
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Cilindro Scalper: Separa las impurezas más grandes. Cámara de aspiración: Elimina impurezas livianas Zaranda: separación de la tierra e impurezas de mayor y menor tamaño que el grano.
4.5.5. Descascaradora A través de rodillos de goma que giran de manera convergente se retira la cáscara que envuelve el grano de arroz. 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. El producto pasa al separador de cascarilla, que separa el grano descascarado de la cascarilla, la cual es succionada y transportada hacia la tolva de alimentación del horno ciclónico para su uso como combustible. El grano descascarado y no descascarado pasa a la siguiente etapa. Este proceso de descascaramiento se da con la ayuda de una maquina descascaradora hidráulica y una descascaradora mecánica a través del cual ocurre la separación de la cascara, y es obtenido básicamente a través de la acción de fricción realizada por una pareja de rodillos de goma separadas 0.1 mm en rotación con velocidades diferentes. El descascarado se realiza por la combinación de tres efectos: presión delos rodillos, efecto de la velocidad diferencial de los rodillos e impacto, contra la platina colocada debajo de la descarga de los rodillos.
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4.5.6. Mesa Paddy Su rol en el proceso productivo es separar los granos descascarados de los que permanecen aún con cascara, considerando los diferentes tamaños y densidades que tienen los granos. Producto
g/l
Arr oz c ásc ara
580
Arr oz s in cás cara
750
Otro aspecto físico que también ayuda en la separación de granos es la diferencia de elasticidad y superficie rugosa del producto. La mesa Paddy está formada de celdas zig – zag interiores, su forma de trabajo consiste en movimientos oscilatorios y su funcionamiento es automático. El movimiento oscilatorio de la mesa inclinada hace que el grano de peso específico más liviano ascienda a través de los compartimentos dispuestos en zig – zag. Mientras que el material de peso específico mayor desciende por las mismas. El arroz es separado en tres tipos: -Arroz integral: arroz sin cascara -Arroz con cascara: Regresa a la descascaradora y vuelve a pasar por el mismo proceso, hasta que se convierta en arroz integral. -Arroz mixto (integral + paja): Vuelve a la mesa paddy para que sea nuevamente seleccionada.
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4.5.7. Pulidora Destroncadora (Pulido por abrasión) La máquina pulidora destroncadora, es la que se encarga de pulir el grano, el cual lo saca en forma lisa al arroz en estado integral retirando de este la miga y transformándolo en arroz blanco, este arroz aún necesita pasar por el proceso de pulido. La miga que se saca es el polvillo.
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4.5.8. Abrillantadora Después del pulido, el arroz pasa a esta máquina en donde gracias a cerdas se separa todos los residuos de polvillo que quedaron en el arroz, la abrillantadora se utiliza para blanquear y darle acabado final al arroz (abrillantamiento), para que finalmente luego pase al proceso de clasificación. Este equipo trabaja en una atmósfera con agua nebulizada con los objetivos de: limpiar las partículas sueltas de salvado, emulsificar y esparcir el aceite de la superficie y enfriar el grano. La adición de agua se hace normalmente en cantidades muy reducidas (0.2 % a 0.4 % en peso) y su principal efecto final es el de ejercer una acción de ablandamiento sobre el salvado aun no removido, para facilitar su extracción con baja presión. Una fuerte corriente de aire remueve todo el material que se va aflojando y evita que sea depositado nuevamente sobre el producto.
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4.5.9. Zaranda Rotativa La separación se realiza en una zaranda "roto vaivén" modelo ZR, la cual es una máquina especialmente diseñada para la clasificación precisa de productos granulares por tamaño (longitud y grosor). La acción de cribado combinando movimiento rotativo y lineal por acción de un eje excéntrico, y movimiento de vaivén por acción de unas elásticas flexibles producen una separación precisa con alta capacidad de flujo. Cuando el material es alimentado en la canal de entrada de producto, el movimiento circular al inicio rápidamente distribuye el producto a todo el ancho de la máquina, después de lo cual se comienza a transportar hacia la descarga por acción combinada del movimiento de vaivén y la inclinación de la superficie. La máquina consta de dos (estándar) o más pisos o módulos de cribado con malla de aberturas diferentes, las partículas grandes permanecen arriba de la superficie de cribado, mientras que las partículas pequeñas y medianas pasan a través de la malla según lo determine su tamaño.
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4.5.10. Clasificadores (Dosificadores) 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. Los granos que encajan totalmente en el alveolo, serán elevados, y a cierta altura (ajustable) caerán fuera de los alvéolos cayendo por gravedad a la bandeja y será descargado por medio de una rosca sin fin. Los granos sin embargo, son más grande que el diámetro del alveolo, deslizan y permanecen sobre la superficie interior del cilindro (producto de la camisa). Este fluye al punto de descarga del cilindro. En este primer paso de clasificado se obtiene el arrocillo de ½ y ¾ juntos, en el segundo grupo de clasificadores se separa el arrocillo ½ del de ¾.
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4.5.11. Selecto ra por c olor 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, machados, o materia extraña de color diferente. La selectora por color presenta bandejas vibratorias que alimenta un conjunto de canales metálicos por donde se desliza el grano hasta alcanzar una velocidad uniforme. Cuando finaliza el recorrido por el canal, durante un instante permanece en suspensión en el aire, momento en que se aprovecha para observarlo por una foto celda u ojo electrónico que al detectar grano machado, piedra o cualquier otro elemento que no tenga la transparencia o blancura calibrada como patrón da una orden a un eyector, que opera con aire a presión, para que lo saque del camino hacia otro sitio de salida diferente al grano aceptado.
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4.5.12. Envasadora Es la parte final del proceso productivo, es decir, sólo queda llenar los sacos de acuerdo a 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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Guías de aprendizaje Como hemos visto en capítulos anteriores el proceso productivo dispone de diversas maquinas ubicadas estratégicamente para obtener el mejor producto del pilado. Con el diseñar el eje principal y la selección de rodamientos, se escogió la maquina Pulidora de Arroz / ZATAKE VTA10AB operante en la empresa DESPENSA PERUANA S.A Es por ello que en el siguiente capítulo se especificaran las especificaciones de máquinas bajo estudio en el trabajo de investigación realizado.
5.1. Pulidora de Arroz / ZATAKE VTA10AB:
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
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Partes constructivas 9.- Tornillo de Fijar Cono 10.- Tornillo de Fijador de Columnas 11.- Regulador de Frenos 12.- Freno 13.- Creceta 14.- Motor 15.- Polea Motriz
5.2. Especificaciones Técnicas: Pulidora de arroz / ZATAKE VTA10AB Capacidad de descarga (Arroz integral) Potencia requerida Revoluciones del eje motriz Dimensiones Generales Potencia del Motor RPM del Motor Factor de servicio
8-9 Tons/hr 18.5 kW, 25 HP 750-850 RPM 2230mm x 1847 mm x 2254mm Motor /DELCROSA 30HP 1175 RPM 1.15 Polea
Diámetro de la Polea Motriz(d) Diámetro de la Polea Conducida(D) Distancia entre Centro(C)
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25.4 cm = 10 in 50 cm = 20 in C =127 cm , 50 in
Guías de aprendizaje El diseño de ejes consiste básicamente en la determinación del diámetro correcto del eje para asegurar rigidez y resistencia satisfactorias cuando el eje transmite potencia en diferentes condiciones de carga y operaciones. Es el siguiente capítulo se brindará todos los pasos inmersos en el cálculo de las variables determinantes en el diseño de ejes, tomando como modelo de diseño el eje principal de una piladora de arroz.
6.1. Cálculos Justificados de diseño
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6.1.1. FUERZAS Y PARES QUE LA POLEA EJERCER SOBRE EL EJE
PRINCIPAL: De la figura mostrada, el esquema de las fuerzas que actúan en la polea donde β=25°
Torsión Transmitida:
= 63000 = 6300030 1175 =. ..
Fuerza Producida por la Faja
= 2 = = . =. = Por la relación de tensiones:
= .
Donde:
f: Coeficiente de fricción (material de la polea y la faja) (0.3 – 0,38) : Ángulo de contacto en radianes
Calculo de (Ángulo de Contacto)
=2 2
=22010 250 =174.3 =.
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=. =. . =.
Sustituyendo en la Ecuación de Relación de Tensiones
Entonces:
=. =.
6.2. Análisis de Fuerza Cortante y Momento Flector mediante Diagrama de Cuerpo Libre(DCL) 6.2.1. DCL Plano (XZ)
∑= + = 1+2.25° + =. ∑ = 686.01 19.5022.65=0 =. + =686.01 590.604 =686.01 =.
(I)
………………………………
De la ecuación (I):
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Calculamos el co rtante y momento f lector en la sección 1-1 De
<<.
Fuerza cortante
590. 6 04=0 =590.604 590.604 =0 =590.604 0< <3. 1 5 =0 =0 . =3.15 =1860.4026 .
Momento flector
Reemplazando valores
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Calculamos el co rtante y momento fl ector en la sección 2-2 Cuando
.<<.
Fuerza cortante
+686.01=590.604 =.
Momento flector
590.604 +686.01 3.15=0 =. +. Reemplazando valores
3.15< <22.65
=3.15 =1860.40 . =22.65 =0.105 .
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pág. 46
Diagramas de Esfuerzo Cortante y Momento Flector
6.2.2. DCL Plano XY
∑= = 12.25° =. ∑ = 135 3.1522.65=0 =. =135.95 18.9 =686.01 =.
(I)
………………………
De la ecuación (I):
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Calculamos Calculamos el co rtante y momento f lector en la sección 1-1 Cuando
< <.
Fuerza Cortante:
∑ = 0
Momento Momento Flector:
∑ = 0
117. 0 5 5 = 0 =117.055 0< <3. 1 5 = 0 = 0 . . = 3.15 =368.70 .
Reemplazando valores
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11 117.05+ 0=5 +.=117.17.05
Calculamos Calculamos el co rtante y momento fl ector en la secció n 2-2 Cuando
. < <.
F u e r z a C o r t a n t e :
∑ = 0
Momento Momento Flector:
∑ = 0 117.055 +135.955 3.155 = 0 =18.9 +428.25 3.15< <22.65 = 3. 1 5 =368. 7 0 . = 22.22.65 = 0.1515 ..
Reemplazando valores
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+135. =95=117. 0 5 .
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Diagramas Diagramas de Esfuerzo Cortante y Momento Momento Flector
6.4.3. Calculo d e variables determi nantes en el eje. 6.4.3.1. Calculo del Diámetro d el Eje: Para este desarrollo utilizaremos la ecuación del código ASME
1+ 16 = 1 ∗ + + ∗ 8 Donde:
SK =Esf u erzo Permi s i b l e =Factor Combi n ado de carga y f a ti g a apl i c ando momento torsor MK =Momento Torsor = Factor Combinado de carga y fatiga aplicando el momento flector = ⁄ Mα=Fact f l e ct o r =Momento o r de col u mna o carga axi a l F =Fuerza axial
Identific amos nuestras variables
= ⁄
;
Acero Comercial (Ejes con canales chaveteros)
;
=. =
Para ejes de rotación y carga aplicada gradualmente: ;
=
=.
;
= . + .=. .
Sustituyendo obtenemos:
= (−) [. ∗ .+] + ∗ . =. =.
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Aproximaremos a un valor según los valores de la siguiente tabla:
Diámetro(pulgadas)
Incremento (pulgada)
=.
14 14 14
6.4.3.2. Calculo d e la Deformación Tors ional:
Utilizaremos la ecuación siguiente para deformación de torsión sobre una sección circular solida
= 584 =Angul o de Grado Sexagesi m al L=Longi t u del ej e pul g M =ó =MomentoTorsi o nal l b . p ul g í d =Diámetro Estandar
Donde:
(psi)
Identific amos nuestra variable
= = . =ó í =á (psi)
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Sustituyendo obtenemos:
5 1 22. 6 5 = 5849.91608. 10 1.44 =.
22.65 1608.51
10
9.9
1.44
7.1. Calculo de Selección de Rodamiento
Punto “A”
Punto “D”
95.405
117.05
590.604
= 18.9 +117.05 =118.56
=95.405 +590.604 =598.26
18.9
Calculando la Carga Dinámica Equivalente Para el punto “a”:
= ∗∗+∗ +∗0 =1∗1∗ =1∗1∗598. 2 6 =598.26 =2662.25
. Al no existir fuerza axial
Entonces:
=0 =1 ,
------>
Para el punto “d”:
= ∗∗+∗ +∗0 =1∗1∗ =1∗1∗118. 5 6 =118.56 =527.6
. Al no existir fuerza axial
Entonces:
------>
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=0 =1 ,
Hallando l, para la máquina. Datos
HORAS DE TRABAJO DIARIO: 8 RPM (promedi o): 800
/ :
= 60∗∗ = 60∗800∗30000 10 = =
Capacidad de Carga Dinámica
Dónde: a=3 para cojinetes de bolas
Para el punto “a”
== √ √ 1440∗∗2662.25 Para el punto “d”
= √ ∗ = √ 1440 ∗527.6
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= √ ∗ =. =.
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CON LOS VALORES DE CARGAS DINAMICAS OBTENIDOS Y CON AYUDA DEL CATALOGO DE RODAMIENTOS DE LA EMPRESA SKF; ELEGERIMOS LOS RODAMIENTOS:
PARA EL RODAMIENTO EN EL PUNTO “A”:
=. d = 35 mm D= 80 mm B= 21 mm C= 33.5 kN
DESIGNACIÓN: 6307 ZZ
PARA EL RODAMIENTO EN EL PUNTO “D”
=. d = 35 mm D= 55 mm B= 10 mm C= 10.6 kN
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DESIGNACIÓN: 6907 ZZ
8.1. COSTOS EJE: ELEMENT O
CANTIDAD
DESIGNACIÓN
LONGITUD
DIAMETRO
PREC IO
TOTAL
Eje
1
Acero comercial
57.5cm
30 mm
110
110
TOTAL
S/.110.00
8.2. COSTOS DE RODAMIENTOS: ELEMENTOS
CANTIDAD
DESIGNACIÓN
PRECIO
TOTAL
1
6307
130.00
130
1
6907
90.00
90
Rodamiento rígido de bolas de una hilera Rodamiento rígido de bolas de una hilera
TOTAL S/. 220.00 8.3. COSTOS DE OTROS MATERIALES: ELEMENTOS Grasa SKF Tipo VKG 1L/1 Grasa SKF LGHP 2 para altas Temperaturas
CANTIDAD
PRECIO unitario
TOTAL
1 1
9.00 28.00
9.00 28.00
TOTAL = S/. 37.00
Costo del montaje Costo del diseño
TOTAL
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150.00 400.00
S/. 550.00
8.4. COSTO TOTAL DEL PROYECTO: Al sumar los precios de los elementos que necesitamos para el proyecto seleccionado, tenemos que el costo es:
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Eje Rodamientos Otros materiales Costo del montaje Costo del diseño
110.00 220.00 37.00 150.00
TOTAL
s/. 917.00
400.00
9.1. CONCLUSIONES
Para el diseño seleccionado hemos hecho uso de rodamientos rígido de bolas, puesto que, es el que más satisface con los requerimientos pedidos para nuestra máquina.
El fin de elegir bien los elementos que actúan en una maquina es el facilitar el mantenimiento, es decir, reducir la cantidad de fallas y por ende prolongar el tiempo de buen funcionamiento de la máquina. En caso se necesite mantenimiento, es costo de éste será barato,
El uso de los cojinetes de rodamiento está constituido: el montaje, la lubricación y protecciones correctas; si queremos un funcionamiento satisfactorio de los cojinetes es necesario lo anteriormente mencionado.
Debemos utilizar materiales específicos para tener mayor confiabilidad y que la maquina tenga un buen funcionamiento. Si elegimos el material inadecuado sería un gasto en vano y el proyecto no duraría mucho, eso implicaría pérdidas a la empresa.
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9.2. RECOMENDACIONES Los puntos que se deberían tomar en cuenta:
En el soporte que tiene que absorber las fuerzas y cargas que actúan sobre los rodamientos.
Otros componentes tales como manguitos espaciadores, tapas laterales, anillos de retención, tuercas, pernos, etc.
El lubricante que tiene que impedir el contacto metálico entre los diversos componentes de los rodamientos, reducir el desgaste y proteger las superficies metálicas contra la corrección.
Rodamientos: Para cumplir su función de un modo fiable, es indispensable y de vital importancia un buen lubricado, con la finalidad de que evite el contacto entre el elemento rodante. Por tanto, la elección del lubricante y el método de lubricación tienen que ser óptimo, así como un correcto mantenimiento, son cuestiones de suma importancia.
Inspección y limpieza de rodamientos: Como todas las piezas importantes de una máquina, los rodamientos de bolas deben inspeccionarse frecuentemente. Hoy en día en posible saber el estado de un rodamiento en pleno servicio, por ejemplo escuchando el rumor del mismo en funcionamiento y midiendo la temperatura o examinando el lubricante. Por lo general, es suficiente limpiarlo e inspeccionarlo a fondo una vez al año (aros, jaula, elementos rodantes) junto con las demás piezas anexas al rodamiento.
Montaje y desmontaje: El montaje de rodamientos es necesario que sea efectuado por el personal capacitado y limpieza,
para
en
condiciones
de
rigurosa
conseguir así un buen funcionamiento y evitar un fallo
prematuro. Como en todos los componentes de precisión, la manipulación de los rodamientos durante su montaje debe realizarse con sumo cuidado.
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CAPITULO II. INFORMACION DE EMPRESA –DESPENSA PERUANA S.A https://www.depsa.com.pe/home.html http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaciones/indata/vol10_n1/a05.pdf http://fing.uncu.edu.ar/catedras/industrias-1/ano-2015/exposiciones-ano2015/Arroz%20informe%20G1.pdf http://proindusitriales.blogspot.pe/2013/05/molienda.html
LEYES PARA MOLINOS http://orientacion.sunat.gob.pe/index.php/empresas-menu/otrostributos/ivap/3416-06-registro-ivap-para-propietarios-del-molino-y-o-que-prestaservicios-de-pilado http://www.sunat.gob.pe/legislacion/superin/2004/266.htm
INDUSTRIA MOLINERA http://siea.minag.gob.pe/siea/sites/default/files/2010-ENCARTE-ARROZ_0.pdf http://www.andina.com.pe/agencia/noticia-el-70-de-planta-arrocera-del-peruopera-la-region-lambayeque-505077.aspx http://www.minagri.gob.pe/portal/objetivos/26-sector-agrario/arroz/223-laagroindustria-molinera http://www.arrozroa.com/proceso-del-arroz
pág. 61
Burr, Arthur H., “Mechanical analys is and d esign”, Elsevier, New York 1981.
Beer, Ferdinand P., E. Russell Johnston, Jr. “Mecánica de Materiales”, 3ª. Edición Mc Graw Hill Internacional, Edición 2002.
Mott R., "Diseño de elementos de máquinas", 4ª edición. Editorial Pearson 621.7 MOT dis
Spotts M. F., "Design of Machine Elements", 8th edition. Editorial Pearson
Shigley, J.E. Diseño en Ingeniería Mecánica. México, Edit. Mc Graw Hill.
Niemann G. Elementos de Máquinas. Edit. Labor S.A.
pág. 62
Ivanoff V.P. Cálculos y Proyectos, Cimientos p/ Máquinas. Bs. As., Ed it. Librería Mitre.
