INTRODUCCIÓN:
Este trabajo está ligado al área agrícola, en particular al almacenamiento del trigo. Si bien durante la última década la producción de este producto se ha reducido notablemente notablemente en el Perú, el trigo comparte con otros granos, tales como la cebada y la avena, los cuales sí se producen en cantidades importantes!, técnicas de cultivos y "ormas "ormas de produ producci cción ón muy simila similares res.. #anto el trigo, trigo, como la cebada cebada y la avena avena pertenecen al grupo de las gramíneas de granos grandes también a dicho grupo pertenecen el maí$, el arro$, el sorgo y el mijo!. %a cebada, el trigo y la avena tienen granos notoriamente más densos. &ctualmente, 'la agricultura peruana constituye una economía de parceleros en la cual el ()* de los agricultores tiene parcelas con menos de + hectáreas predominando las unidades productivas con un área entre - y + hectáreas --*!, estando muchos de ellos situados cerca de la línea de la pobre$a y destinando su producción para el autoconsumo si bien los pe/ue0os productores campesinos están organi$ados en comunidades, lo cual les permite reunir recursos y produ producir cir volúme volúmenes nes de produc productos tos /ue /ue indivi individua dualme lmente nte no podría podrían, n, ni aun dicha dichass comunidades pueden ad/uirir la mayor parte de las má/uinas industriales /ue se o"recen o"recen en el mercado. mercado. Por ello, ello, al no contar con una tecnolog tecnología ía apropiada apropiada se ven obligados a procesar los cereales artesanalmente.
ELABORACIÓN DEL PROYECTO:
En base al concepto de solución elegido se reali$a la con"iguración de los portadores y se de"inen las medidas principales teniendo en cuenta las e1igencias determina determinantes ntes de la con"igur con"iguració ación. n. &demás &demás,, de las restricci restricciones ones geométric geométricas, as, los es"uer$os y las de"ormaciones /ue tendrán lugar, también se deben tomar en cuenta los proces procesos os de "abric "abricaci ación ón y las las tolera toleranci ncias as dimen dimensio sional nales. es. Se pueden pueden reali reali$ar $ar evaluaciones evaluaciones técnico2 económicas para para optimi$ar el dise0o. El resultado de esta etapa son los planos de ensamble. TOLVA
3omprende un depósito, un regulador del "lujo de granos y un eje con aspas para empujar a la me$cla hacia la $aranda. %a "unción de este elemento es almacenar durante un periodo de tiempo relativamente corto el grano y distribuirlo de "orma constante a la bandeja. Este elemento sirve para estabili$ar y reducir el riesgo de /ue la má/uina se /uede trabajando en vacío cuando el operador su"re algún imprevisto o algún contratiempo. 4 5istribuya de "orma constante la me$cla a separarse sobre la bandeja.
ALMACENAMIENTO.
El almacenamiento del grano se lleva a cabo tanto a pe/ue0a6media escala, en la propia granja o en las instalaciones de procesamiento, como a gran escala, en los grandes centros de distribución y comerciali$ación. & parte de los sistemas de almacenamiento tradicionales, y aún en uso en muchos países en vías de desarrollo, el grano puede ser almacenado en bruto, en grandes depósitos verticales u hori$ontales estos últimos menos habituales!, o bien ensacado y los sacos convenientemente apilados, conservados en almacenes bien sellados y generalmente construidos de hormigón. Sin embargo, el ensacado del grano es poco utili$ado, salvo en los países en desarrollo. Para el almacenamiento del grano en bruto, el sistema más utili$ado son los grandes depósitos cilíndricos verticales conocidos como silos o tolvas. En la actualidad las tolvas son construidas en acero u hormigón y pueden albergar hasta +) toneladas. %as tolvas de acero, de uso muy "recuente, se construyen mediante la unión de placas de acero corrugado y galvani$ado, y normalmente disponen de una doble pared. &demás, las tolvas deben contar con una serie de dispositivos adicionales, tales como7 2 8ocas para el llenado y vaciado. 2 8oca para inspección y limpie$a. 2 En algunas ocasiones cuentan también con un sistema de aireación consistente en un ventilador y opcionalmente un cale"actor, situados en su base, /ue suministran una corriente de aire, caliente o no, para secar los granos, o mantenerlos en unas condiciones adecuadas de humedad y temperatura.
DISEÑO DE LA TOLVA:
8ásicamente una tolva consiste en un cilindro metálico cuya sección más habitual se muestra en las siguientes "iguras.
9igura +
9igura :
Para poder reali$ar el cálculo de la sobrepresión de e1trusión es necesario conocer la presión en la base de la tolva. Primero se reali$ará la apro1imación de /ue la "orma de la tolva es la de un contenedor cilíndrico tal y como muestra la "igura :. Para un cilindro lleno con un "luido conocido, la variación de la presión estática es P= ρg ( H −h ) , permaneciendo constante este valor a lo largo de una misma
sección situada a la misma altura h .
ÁNGULO DE REPOSO DEL TRIGO:
;ngulo má1imo /ue "orma una monta0a de material granular con la hori$ontal. Este ángulo permite la estabilidad de los estratos o capas del material. 5icho ángulo según las tablas es igual a :<=.
CÁLCULO DE LAS CAPACIDADES DE ALMACENAMIENTO DEL MATERIAL:
Se procedió a calcular los volúmenes de la parte cilíndrica y la parte cónica. V cilindro =π ×
( ) D
2
4
× h2
Según la tabla > obtenemos el ángulo de reposo del trigo ? :<= H = 4 metros
D =2 metros d =0.25 metros
;ngulo del cono @ ángulo de reposo del trigo7 Entonces7 ∅
< 27 °
tan
−1
((
h1
D − d ) / 2
h1
( D −d ) / 2
)
< 27 °
< tan 27 °
Aempla$ando los valores7 h1= 0.9 metros
=25.64 °
∅
Por lo tanto el volumen de la parte cilíndrica es7 V cilindro =π ×
( )
V cilindro =π ×
( )(
V cilindro=π ×
( )(−
2
2
4
× h2
2
2
× H −h1)
4
2
2
×
4
4
0.9
)
3
V cilindro=9.7389 m
3álculo del volumen de la parte cónica7 V cónico =
π 3
×
[( ) ( ) D
2
4
× ha −
d
2
4
×( ha− h1)
]
ha = D×
h1 D −d
ha =1.0285 metros
V cónico =
π 3
[( ) ( ) 2
×
2
× 0.9−
4
0.25 4
2
× 0.1286
]
3
V cónico=0.9404 m
Bolumen de la tolva es7 V tolva =V cónico+ V cilindro V tolva =10.6793 m
3
CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE TRIGO:
Se determinara la cantidad de trigo /ue se podrá almacenar en la tolva.
Para calcular el volumen de un grano trigo utili$amos su peso especí"ico, la cual es igual a
800
kg 3
m
.
Se sabe7 ρ =
m V
5atos7 Bolumen de la tolva7 V tolva =10.6793 m
3
Peso especí"ico del trigo7
ρ = 800
kg m
3
Entonces la masa má1ima de trigo /ue puede almacenar la tolva es7 mtrigo= ρ ×V tolva mtrigo=( 800
kg m
3
3
) ×( 10.6793 m )
mtrigo=8543.4 2 kg
Entonces7 %a capacidad de la tolva es
¿ 8.5 toneladas .
CÁLCULO DEL TIPO DEL MATERIAL A UTILIZAR:
Cormativa de cálculo de tolvas7 3lasi"icación según la relación del aspecto tabla siguiente. En este caso, tolva, mientras /ue
hc
d c , tal como se muestra en la
hc es la altura del segmento vertical de la pared de la
d c es la dimensión característica interior de la sección de dicho
cuerpo vertical. Por lo tanto nuestra tolva es de clase de Esbelte$ intermedia, ya /ue hc = h2=3.1 y
d c = D =2 entonces
hc dc
=1.55 .
3lasi"icación de la tolva según la relación siguiente tabla. 5onde
dc t
, tal como semuestra en la
t es el espesor de la pared de la tolva .
5e la siguiente tabla escogemos la tolva de pared delgada, ya /ue dicha tolva no es tan grande, entonces la relacion de de ser es
dc t
> 200 . Por lo tanto el espesor
1
t =3,175 mm= pulgadas . 8
Por último, la presión normal /ue actuará sobre la tolva
Pn será igual a la
suma de Pn 1 , Pn 2 y Pn 3 . Aepresentadas en la siguiente "igura.
%as ecuaciones /ue permiten calcular las presiones propuestas en la norma DS para el cálculo de la presión normal son las siguientes7
Pn 1=1.5 × Pho ×
Pn 2=
1.5
k
(
1
× cos k
× Pho × cos
Pn 3=3.0 ×
2
2
∅
+sin
2
∅
)
∅
A ρ × k 2 × × sin ∅ U √ μ
Ps= 2.0 × Pho k = 1.1 × ( 1−sin α )
5onde7 Pho : Presión hori$ontal en la parte vertical de la tolva en la transición. ∅:
;ngulo de inclinación de la tolva con respecto a la hori$ontal.
k : Aelación entre presiones hori$ontales y verticales deducida a partir del ángulo
de ro$amiento interno α .
A : ;rea de la sección circular del cilindro.
U : Perímetro de la sección del cilindro. ρ : Peso especí"ico del material a almacenar.
μ : 3oe"iciente de ro$amiento del grano con la pared de la tolva.
Por lo tanto la presión /ue ejercerá el trigo en la parte cilíndrica es7 Pho=
( ρ ×V cilindro) × gravedad ×h 1 π×
P ho
(=
800
( ) D
2
4
kg m
) ( ) 3
× 9.7389 m × 9.81 3
m s
2
× 3.1 m
2
π×
P ho=75418.99
kg 2
s ×m
2
4
m
3
=75.418 kPa
#ambién7 k = 1.1 × ( 1−sin ( 90− ∅ ) ) k = 0.108
%uego rempla$ando los valores en las ecuaciones anteriores tenemos las presiones7 Pn 1=1.5 × Pho ×
(
Pn 1=872534.559
Pn 2=
1.5
k
1
× cos k kg 2
s ×m
× Pho × cos
2
2
∅
+sin
∅
)
=872.534 kPa
∅
Pn 2=851.34 kPa Pn 3=3.0 ×
2
A ρ × k 2 × × sin ∅ U √ μ
Pn 3=37.899 kPa
9inalmente la presión normal es7 Pn=1761.772 kPa
VERIFICACIÓN DEL TIPO DEL MATERIAL:
Es una tolva de (.) toneladas de capacidad, donde el contenido del trigo puede ocasionar corrosión en las paredes de la tolva. El acero &2->, escogido para la "abricación de este recipiente posee las características anticorrosivas necesarias /ue debe tener esta tolva, además de /ue es ampliamente comerciali$ado en el país.
CÁLCULO DEL PESO TOTAL DE LA TOLVA: pesoacero = acero × A× t acero=7850
kg m
3
peso total= peso acero+ peso del trigo+ peso e!tra
pesoe!tra =100 kg
3alculo de masa7 m cilindro= 486.23234 kg m cónico=110.39229 kg
3alculo de área de super"icie7 2
A cilindro=19.4778 m A cónico= 4.4406 m
2
3alculo del volumen7 V cilindro=61940425.96 mm
3
3
V cilindro=14062712.52 m m
Entonces7 pesototal =9240.9446 kg
CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA TOLVA:
5e dicha plancha cortamos mediante el uso de soldadura por plasma las siguientes "iguras /ue se muestran7
PROCESO DE FABRICACIÓN:
1. 3ortamos mediante el uso de soldadura de plasma, como se muestran en los
planos anteriores. 2. Aolamos la parte cilíndrica hasta /ue sus aristas e1tremas coincidan, mientras
/ue a la otra parte le damos una "orma cónica haciendo coincidir sus aristas laterales. -. Soldamos la parte cilíndrica y la parte cónica separadamente, para ello usaremos el electrodo rutílico, /ue es la adecuada para soldar aceros de bajo carbono como es el acero &S#F & ->. G. 9inalmente unimos ambas pie$as mediante soldadura con electrodo rutilico BEA3A5!. %a clasi"icación de la soldadura utili$ada es E G- :: A 3! - según la norma 5DC +H+-.
