MOLINO EXTRACTOR DE JUGO DE CAÑA DE CUATRO MAZAS
Por Diego Armando Cardozo Ortiz Jeison Darío Cifuentes Franco Miledys Medina Muñoz Juan Pablo Mejía Cuartas Harlinson Javier Ocampo Guarnizo Miguel José Pacheco Agámez Luisa Fernanda Rodríguez Gómez
Profesora María Eugenia Muñoz Amariles
Curso Representación de sistemas mecánicos
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA FACULTAD DE MINAS MEDELLÍN 2013-1 1
TABLA DE CONTENIDO
3. INTRODUCCION 4. FUENTE MOTRIZ 4.1 DIMENCIONES DEL MOTORREDUCTOR 4.2 CARGAS RADIALES Y AXIALES PERMITIDAS 4.3 CARGA RADIAL DEMANDADA EN EL EJE DEL MOTOREDUCTOR 4.4 POSICIONES DE MONTAJE 4.5 NOTAS DE MONTAJE Y DIMENCIONAMIENTO 4.6 INSTALAION DEL REDUCTOR E INDICADORES PARA EL MONTAJE 4.7 INSTALACION ELECTRICA 4.8 PUESTA EN MARCHA Y FUNCIONAMIENTO 4.9 INSPECION Y MANTENIMIENTO 4.10 INTERVALOS DE INSPCCION, MANTENIMIENTO Y FALLOS POSIBLES 4.11 LUBRICACION DEL MOTOREDUCTOR 4.12 CHAVETA 4.13 ACOPLE 4.14 MONTAJE DEL ACOPLAMIENTO 4.15 ESTRUCTURA DE SOPORTE DEL MOTORREDUCTOR Y EL MOLINO 5. MAZAS 5.1 DISTRIBUCION Y SETTING ENTRE LAS MAZAS 5.2 NÚCLEO 5.3 RELACION ENTRE EL NÚCLEO Y LA CAMISA 5.4 RAYADO DE LAS MAZAS 5.5 MANGUITOS DE SUJECION 5.6 VOLUMEN DE JUGO EXTRAÍDO 5.7 MANTENIMIENTO DE LAS MAZAS 5.8 MANTENIEMIENTO GENERAL DEL MOLINO 5.9 RETENEDORES AXIALES DE CAÑA 6. VIRADORES 6.1 FUNCION 6.2 FORMA 6.3 CALCULOS DEL VIRADOR 6.4 VIRADOR SUPERIOR 6.5 VIRADOR INFERIOR 6.6 FORMA Y DIMENCION DE LOS DIENTES 6.7 PUENTE 6.7.1 FUNCION 6.7.1 FORMA 6.7.3 DIMENCIONAMIENTO 6.8 SISTEMA DE REGULACION 6.8.1 FUNCION 6.8.2 FORMA 2
6.9 PLACA 6.9.1 FUNCION 6.9.2 FORMA 6.10 MANTENIMIENTO 7. RASPADORES 7.1 FUNCION 7.2 FORMAS 7.3 SUJECION 7.4 REGULACION 8. SISTEMA DE TENSION 8.1 DIMECIONES DE LOS TENSORES 8.2 POCISIONAMIENTO 8.3 MANTENIMIENTO 9. CUREÑAS, PORTACAÑAS Y RECOLECTOR DE JUGO 10. TRANSMISION 11. APOYOS 11.1 CARCAZA 12. MONTAJE GENERAL DE LA MAQUINA Y POR SISTEMA 12.1 BASE CUREÑAS 12.2 CUREÑA 12.3 ENSAMBLE DE LAS MAZAS 12.3.1 SUB-ENSAMBLE 1 12.3.2 SUB-ENSAMBLE 2 12.3.3 SUB-ENSAMBLE 3 12.3.4 SUB-ENSAMBLE 4 12.4 SUB-ENSAMBLE MAZA BAGACERA-CUREÑAS 12.5 SUB-ENSAMBLE RASPADORES-CUREÑA 12.6 SUB-ENSAMBLE VIRADOR-CUREÑAS 12.7 SUB-ENSAMBLE BRAZO LATERAL-MAZA CAÑERA- CUREÑA 12.8 SUB-ENSAMBLE BRAZO SUPERIOR-MAZA SUPERIOR-CUREÑAS 12.9 EMSAMBLE 4 MAZA 13. COSTOS 14. CONCLUSIONES 15. BIBLIOGRAFIA 16. ANEXOS
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LISTA DE FIGURAS FIGURAS
PÁGINA
1. Factor de servicio del motor 2. Motorreductor 3. Dimensiones del motorreductor 4. Eje de salida motorreductor 5. Posición de montaje motorreductor 6. Adaptador enchufable motor 7. Chaveta 8. Chavetero 9. Acople motorreductor 10. Estructura 11. Diseño de la maza propuesta por la patente 12. Distribución de las mazas 13. Posiciones relativas 14. Núcleo helicoidal 15. Cambio de sección en el sub-ensamble nucleo camisa 16. Camisa con rayado, agujeros y pin de montaje 17. Rayado de la camisa 18. Acople entre las mazas comienzo y fin del rayado 19. Partes constituyentes de un aro cónico 20. Distancia que recorre el aro interior sobre el exterior 21. Determinación de las distancias radiales X (1-3) en montaje 39 22. Determinación de las distancias radiales en funcionamiento 23. Esquema para la distancia axial total recorrida 24. Características del juego de aros cónicos 25. Disco bloqueando la camisa en dirección axial 26. Retenedores axiales 27. Vista virador 28. Posición del virador 29. Altura de los dientes de los viradores 30. Puente virador 31. Perforación de regulación del virador en la cureña 32. Fijador del virador 33. Placa virador 34. Portavirador 35. Raspador 36. Dentado de los raspadores 37. Raspador sobre la placa 38. Dimensionamiento del raspador 39. Ubicación de los raspadores 40. Ranura en brazos en donde se pocisiona el raspador 4
9 9 10 11 13 15 23 24 25 27 28 29 31 32 33 34 35 36 37 38 40 41 43 48 48 50 51 53 54 55 55 57 58 58 59 59 60 61 62
41. Partes del tope regulable 42. Tensor anterior (tope) 43. Tensor menor-brazo lateral 44. Dimensiones del tensor-brazo superior 45. Ubicación del tensor menor en su respectivo brazo 46. Ubicación del tensor mayor en su respectivo brazo 47. Cureña patente 48. Cambio de contornos de cureña y posición de los pivotes 70 49. Se adapto las necesidades de la nueva cureña 50. Brazo lateral 51. Riel superior de la cuarta maza 52. Montaje de la parte fija de la cureña 53. Ensamble de cuerpo fijo de cureña 54. Explosionado de cureña 55. Brazo lateral 56. Brazo superior 57. Ensamble bandejas cureña 58. Radios de giro de los brazos 59. Distancia maza bagacera recolector de jugo 60. Acople bandeja de salida 61. Apoyos cojinetes en cuerpo fijo 62. Anclaje de molino sobre la estructura 63. Posicionamiento y apoyo en la cureña 64. Posicionamiento y apoyo de raspador a la cureña 65. Bandeja de entrada pasada 66. Bandeja de entrada actual 67. Bandeja de salida pasada 68. Bandeja de salida actual 69. Recolector de jugo antes 70. Recolector de jugo después 71. Dimensión chaveta 72. Piñon 73. Fijadores axiales 74. Árbol 75. Apoyos 76. Ensamble del apoyo 77. Dimensiones del cojinete 78. Representación apoyo
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63 64 65 66 67 68 69 70 70 70 70 72 72 72 73 73 74 75 76 76 77 77 78 79 79 80 80 81 81 82 86 87 89 90 91 93 95
LISTA DE TABLAS
PAGINA
1. Datos del motor 2. Cargas radiales y axiales permitidas 3. Intervalos e inspección de mantenimiento del motor 4. Posibles fallas del motor 5. Posibles fallas del motorreductor 6. Cantidad de lubricante 7. Dimensiónes chavetas 8. Longitud chavetero 9. Especificaciones para los aros conicos 10. Fuerza de manguitos 11. Volumen de jugo extraido 12. Cajetín raspadores 13. Dimensión en chaveta y chavetero 14. Propiedades mecanicas del sae 4140 15. Datos del cojinete 16. Cotización
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10 12 18 19 20 21 23 24 41 44 45 62 82 86 93 101
3. INTRODUCCION
En la actualidad los molinos tradicionales tienen un diseño viejo, poco funcional y sobre todo con poca sanidad, eso genera que muchas empresas lideres en producción utilicen modelos viejos y poco útiles para una extracción sustancial de jugo de caña de azúcar. Este proyecto tiene como objetivo principal hacer avances y aportes significativos a la propuesta de diseño presentado por un grupo de ingenieros del semestre pasado basándose ambos trabajos en un patente de diseño. Para esto se hizo una revisión minuciosa de la propuesta de diseño presentada el semestre pasado evaluando la funcionalidad y viabilidad en cuanto a costos y mecanizado, dando como resultado cambios en las propuestas de cada sistema convirtiendo el molino clásico que amaga 12D mas funcional y mucho menos costoso por lo que la solución y posibilidad de un porcentaje mayor de extracción de jugo este a el alcance del mercado panelero.
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4. FUENTE MOTRIZ Es la encargada de generar la potencia y el torque necesarios para el correcto funcionamiento del molino,principalmente se habia escogido un motorreductor tipo helicoidal de la empresa Variadores S.A que nos proporcionaba una potencia de 10 HP y nos entregaba una velocidad de 67 rpm, por lo que era necesaria una segunda reduccion que se hacia por medio de una pequeña catalina, haciendo menos eficiente el sistema, por lo tanto para cumplir con las necesidades de la maquina se hace necesario cambiar la fuente motriz y se escoje un motorreductor helicoidal de ejes paralelos ya que por su tamaño seria una solucion optima para los espacios reducidos y no habria necesidad de una reduccion adicional si no que iria acoplado directamente al eje de la 4 maza por medio de un acople super flexible tipo Omega que nos brinda proteccion contra desealinaciones, vibraciones y sobrecarga. La eficiencia de este tipo de motorreductor oscila aproximadamente entre 95% en tres etapas de engranajes. El motor nos proporciona la potencia necesaria para el funcionamiento del molino, esta potencia se optiene apartir de las ecuaciones mostradas en la tabla6, ecuaciones donde se muestra claramente que la potencia debe ser 8 Hp como minimo y 11Hp maximo. Debido a las perforaciones que tenemos en las camisas para la captura del jugo, este molino puede funcionar a una velocidad mayor que la de un molino normal ya que gran porcentaje dej jugo de la caña se queda en el primer paso de extraccion, evitandonos que la velocidad de las camisas sea lo demasiado lenta para esperar que el jugo alcanze a caer gracias al efecto de la gravedad. El motorreductor que cumple con las necesidades del molino es: Motorreductor helicoidal de ejes paralelos de Sew Eurodriver R137 DV132M4 Potencia: 10 HP Velocidad de salida: 24 rpm Factor de servicio : 2,7 Relacion de transmision: 73,49 Torque :26,600 lb/in Fuerza radial admisible de salida: 13,600 lb Momento torsor expresado en Nm: 7,950 Temperatura ambiente: -20 y 40 grados C. Frecuencia : 50 Hz 8
Voltage: 230 AC Altura de instalacion: 1000 m sobre el nivel del mar, de lo contrario se debe aplicar una reduccion a los valores de funcionamiento de acuerdo con el siguiente diagrama.
Figura 1 Factor de servicio del motor
Figura 2 Motorreductor
VENTAJAS: Alto torque y fuerzas radiales admisibles Alta eficiencia larga vida útil en servicio severo Baja vibración y bajo ruido Perfecto para espacios reducidos Poco mantenimiento
4.1 DIMENSIONES DEL MOTORREDUCTOR
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CARCASA
Figura 3 Dimensiones del motorreductor MOTOR
Tabla 1 Datos del motor
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Tamaño del eje de salida
DATOS TECNICOS DE EJES DE SALIDA PARA MOTORES HELICOIDALES CON EJES PARALELOS, SEW EURODRIVER.
Figura 4 Eje de salida motorreductor 11
4.2 CARGAS RADIALES Y AXIALES PERMITIDAS Las cargas radiales Fra y axiales FAa se indican en la siguiente tabla para un factor de servicio de Fb: 2,5 y una vida útil nominal L 10h: 25 000 h de trabajo.
Tabla 2 Cargas radiales y axiales permitidas
4.3 CARGA RADIAL DEMANDADA EN EL EJE DEL MOTORREDUCTOR Esta carga que debe soportar el eje del motorreductor se calcula de la siguiente forma:
Fr: Md x 2000 x Fz do Fr: carga radial demandada Md: par en Nm do: diámetro primitivo del elemento de transmisión montado en mm 12
Fz: factor adicional
4.4 POSICIONES DE MONTAJE La siguiente tabla muestra los símbolos que se utilizan en las hojas de las posiciones de montaje y lo que significan:
R17 a R167
Figura 5 Posición de montaje motorreductor
4.5 NOTAS DE TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO Es necesario utilizar medios de trasporte con dimensiones adecuadas para evitar posibles averías en el eje de salida u otras partes del motorreductor. 13
Si no se instala inmediatamente el motorreductor, tiene que almacenarse en un lugar seco y sin polvo, no debe almacenarse al aire libre y no apoyado sobre la caperuza del ventilador. El motorreductor puede almacenarse hasta 9 meses sin necesidad de tomar medidas específicas antes de la puesta en marcha. En caso de almacenamiento se debe colocar en la posición de montaje. Evitar almacenarlo en ambientes húmedos y radioactivos. Las juntas de aceite y sus superficies se protegen mediante una grasa para rodamientos. Apriete firmemente los cancanos de suspensión. Solo están diseñados para soportar el peso del motorreductor, no aplicar ninguna carga adicional.
4.6 INSTALACION DEL REDUCTOR E INDICACIONES PARA EL MONTAJE El motorreductor debe instalarse o montarse únicamente en la posición establecida, teniendo en cuenta la información que aparece en la placa de características. La estructura de soporte debe presentar las siguientes características •Nivelada •Capaz de amortiguar vibraciones •Rígida a la torsión
La tolerancia de planitud máxima admisible en el montaje (Valores orientados en relación con la norma DIN ISO 1101) es de: •Tamaño del reductor 137 – 147: máx. 0,7 mm
No tensar las fijaciones de las patas de montaje unas con otras y respetar las cargas radiales y axiales admisibles. Para la fijación del motorreductor utilizar tornillos de calidad 8,8. Por recomendación de SEW EURODRIVER el tamaño de rosca que debemos utilizar para la fijación del motorreductor es M30 con un par de apriete de 1450 Nm. Comprobar la alineación después de haber apretado los elementos de fijación. Utilizar únicamente un dispositivo de montaje para instalar los elementos de 14
entrada y de salida. Para posicionarlo utilice el orificio roscado de centraje ubicado en el extremo del eje. Para introducir elementos en el extremo del eje no golpear nunca con un martillo las correas para poleas, acoplamientos, piñones, etc. Los elementos de transmisión instalados deben estar completamente equilibrados y no deben generar ningún tipo de fuerza radial o axial admisible (ver los valores admitidos en los datos técnicos).
4.7 INSTALACION ELECTRICA La distribución de energía que nos entrega los transformadores rurales y urbanos es de 110/220 V, que es un valor óptimo para aprovechar la energía en electrodomésticos, motores y demás implementos eléctricos.
Figura 6 Adaptador enchufable motor La conexión del motor se hará exclusivamente según el esquema de conexiones proporcionado por Sew Eurodriver a la hora de la adquisición de este, si no se dispusiera de este esquema, el motor no deberá conectarse ni ponerse en funcionamiento. Esta conexión del motor se hará mediante un conector enchufable IS que se suministra totalmente cableado e incluye accesorios como un rectificador de freno. La sección superior del conector enchufable IS está incluida en el contenido de suministro y debe conectarse en conformidad con lo estipulado en el esquema de conexiones. Como medida preventiva hay que asegurase que el tipo de cable sea correspondiente con la normatividad vigente. Las corrientes nominales se indican
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en la placa característica del motor y las secciones de cable utilizadas por este tipo de conector se especifican en la siguiente tabla:
Para la adaptación del conector siga los siguientes pasos: •suelte los tronillos de la tapa de la carcaza
-retire la tapa de la carcaza •suelte los tornillos de la sección superior del conector enchufable
-retire la sección superior del conector enchufable de la tapa •separe el aislamiento del cable de conexión
-retire aproximadamente 9 mm de aislante de los cables de conexión •pase el cable por el prensaestopas •conecte los cables siguiendo el diagrama de cableado.
-apriete cuidadosamente los tornillos de apriete •monte el conector enchufable.
NOTA: la guía de la instalación eléctrica del motor mediante el conector enchufable IS vendrá adjunta al equipo y se entregara junto con la máquina.
4.8 PUESTA EN MARCHA Y FUNCIONAMIENTO Comprobar que el nivel de aceite sea el adecuado antes de la puesta en marcha, las cantidades de llenado de lubricantes se indican en la respectiva placa de características. Antes de la puesta en funcionamiento asegúrese que los ejes y los acoplamientos giratorios disponen de las cubiertas protectoras adecuadas. En estado desacoplado compruebe que el sentido de giro sea el correcto. Se debe asegurar que la entrada del aire de ventilación no está obstruida y que del aire caliente de salida de otros dispositivos no sea absorbido de nuevo. Evitar acumulación de calor y exponer directamente al sol al motor reductor. 16
No realizar ningún trabajo en el motorreducor que pueda provocar llamas o chispas. Elimine por completo los agentes anticorrosivos utilizados para proteger los ejes, utilizando un disolvente comercial, tomando la precaución que el disolvente no penetre los rodamientos ni las juntas de estanqueidad.
Prestar atención si se oyen ruidos extraños cuando el eje gira. Desenchufe el motorreductor en caso de duda cuando se observen cambios respecto al funcionamiento normal (por ejemplo, incrementos de temperatura, ruidos y vibraciones). Determinar la causa, y si es necesario contactarse con SEW EURODRIVER. Comprobar que los datos de la placa de características del motor coincidan con los de la corriente de alimentación.
4.9 INSPECCION Y MANTENIMIENTO Los intervalos de inspección y mantenimiento son indispensables para garantizar la seguridad del funcionamiento. Evitar la entrada de cuerpos extraños durante los trabajos de mantenimiento e inspección. No se permiten trabajos de limpieza con aparatos de alta presión, esto puede provocar que entre agua al reductor y se dañen las juntas. Realizar una revisión de seguridad y de funcionamiento después de llevar a cabo las tareas de mantenimiento y reparación.
4.10 INTERVALOS DE INSPECCION -INTERVALOS DE MANTENIMIENTOPOSIBLES FALLOS.
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Tabla 3 Intervalos e inspección de mantenimiento del motor
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Tabla 4 Posibles fallas del motor 19
Tabla 5 Posibles fallos en el reductor
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4.11 LUBRICACION DEL MOTORREDUCTOR La cantidad de llenado del motorreductor son valores orientativos ya que los valores exactos varían con el número de etapas y el par a transmitir. Prestar mucha atención al tapón del nivel de aceite que sirve como indicador para establecer que la cantidad de nivel de aceite sea la correcta. La siguiente tabla muestra la cantidad de llenado del lubricante en función de la posición de montaje M1…M6.
Tabla 6 Cantidad de lubricante Los rodamientos para motores sew eurodriver están diseñados como rodamientos cerrados y no pueden lubricarse posteriormente. La siguiente tabla nos muestra el tipo de lubricante y el fabricante en función de la temperatura ambiente.
COMPROBACION DEL NIVEL DE ACEITE Para comprobar el nivel de aceite del reductor, por medio del tapón de aceite, siga los siguientes pasos: 21
1. Determine la posición de tapón del nivel de aceite y del tapón de salida de gases, con la ayuda de la hoja de la posición de montaje del motorreductor 2. Coloque un recipiente debajo del tapón del nivel de aceite. 3. Extraiga lentamente el tapón del nivel de aceite, realizar este procedimiento lentamente ya que el nivel máximo de aceite está por encima del borde inferior del orificio de nivel de aceite y se podría escapar una pequeña cantidad. 4. Compruebe el nivel de aceite sea el adecuado.
Si el nivel de aceite está demasiado bajo o está demasiado sucio se recomienda cambiarlo así no se encuentre dentro de los periodos de mantenimiento, para ellos siga los siguientes pasos: -
Extraiga el tapón de salida de gases Vierta aceite nuevo del mismo tipo por el orifico de aireación hasta el borde inferior del orificio del nivel de aceite. Vuelva a enroscar el tapón de salida de gases.
NOTA: el tipo de aceite mineral y sintético se especificara en la placa de características del motorreductor.
4.12 CHAVETAS Las piezas que se utilizaran para garantizar que sean solidarios los árboles y los engranajes van a hacer chavetas, que nos garantizaran una correcta transmisión de torque, la chaveta se escoge en base al diámetro del árbol donde esta iría colocada, que sería de 80 mm. Así el ancho de la chaveta sería de 24 mm y una altura de 14 mm, a partir de esos datos se conoce el largo que se observa en la siguiente tabla:
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Figura 7 Chavetas
Tabla 7 Dimensiones chavetas Después escogemos el largo de la chaveta según el ancho y la altura.
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Figura 8 Chavetero
b : ancho de la chaveta y los chaveteros en mm h : altura de la chaveta en mm l : longitud de la chaveta en mm.
Tabla 8 Longitud chavetero 24
4.13 ACOPLE El sistema de unión a utilizar entre el eje del motorreductor y el eje al que se le proporcionara el torque necesario para hacer funcionar de manera óptima la máquina, va a hacer un acople súper flexible omega recomendado por ingenieros de sew eurodriver, este tipo de acople protege al equipo contra daños causados por desalineaciones radiales y angulares, vibraciones, sobrecargas. El diseño exclusivo de este elemento flexible bi partidode poliuretano y uso de tornillos radiales reduce el mantenimiento, es de fácil montaje y desmontaje, elimina la necesidad de lubricación y realineamiento, generando un así un proceso mucho más eficiente de la máquina. Modelo: E 80 Capacidad: HP/RPM 0,627 Peso: 77.10 kg Dimensiones en mm. d máx.: 155
A: 406
D: 286
C: 17
Figura 9 Acople motorreductor
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B: 124 F: 265
La recomendación de ajuste eje/agujero según la norma ISO para un ajuste con interferencia y chaveta es de m6/k7, el montaje debe realizarse evitando golpes directos sobre los elementos, prestando mucha atención en la fijación axial de los cubos.
4.14 MONTAJE DE ACOPLAMIENTOS Para evitar cargas radiales elevadas: siempre que sea posible monte la rueda dentada, el acople o el piñón de arrastre siguiendo la figura B.
El montaje se hace mucho más fácil si se utiliza lubricante en el eje de salida o si este se calienta en un breve periodo de tiempo (80 y 100 grados centígrados). Al montar acoplamientos, se deben equilibrar los elementos señalados a continuación, de acuerdo con las indicaciones del fabricante de dichos acoplamientos. Alinee el motor sobre la plataforma de montaje del motor evaluando la marcha concéntrica radial y axial. Esta se determina por medio de un micrómetro o un sistema de medición por láser.
ạ. Distancia máxima y mínima
b. Desalineamiento axial c. Desealineamiento angular.
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4.15 ESTRUCTURA GENERAL QUE SOPORTA LA FUENTE MOTRIZ Y EL MOLINO Para soportar el peso del molino y de la fuente motriz se diseña una estructura en perfilaría cuadrada de 3 in que tiene las siguientes características: espesor: 6.350 mm
masa por unidad de longitud: 13.91 kgm/m
área: 16.70cm 2
momento de inercia lx =ly: 131.36
modulo plástico zx= zx= zy: 42.77 momento de inercia J ^4: 239.08 modulo elástico B cm ^ 3: 52.84
Figura 10: Estructura Nota: Toda la perfilaría cuadrada, con la cual se realizara el bastidor de la maquina y el soporte del moto reductor van a estar unidas por medio de soldadura de baja aleación 7018, en forma de triangulo y presenta los siguientes datos técnicos: 27
-
Presentación: electrodo SMAW Resistencia a la tensión: 78000 lb/in^2 Tipo de corriente: CD Electrodo positivo(polaridad inversa)
5. MAZAS La maza con que se inició el proyecto fue planteada por la patente “rodillo de molino con capacidad de extracción de jugo mejorada” la cual dice que la maza
se encuentra constituida en esencia (figura 11), por un núcleo helicoidal y una camisa cilíndrica provista de un rayado que recorre toda su superficie de extremo a extremo además posee perforaciones que siguen el valle de dicho rayado y cuyo número depende del ancho del canal del núcleo helicoidal. Las mazas son las encargadas de la extracción del juego de la caña por medio de dos caminos: el primero se hace a través de las perforaciones en la camisa que conducen el jugo dentro de los canales del núcleo para posteriormente salir por un costado del él y caer a la tolva de recolección y el segundo se evidencia cuando el jugo extraído no entra a las perforaciones si no que fluye por la superficie de la camisa hasta caer a la tolva de recolección, gracias a la acción de la gravedad, otra de sus funciones es arrastrar la caña a través del molino.
Figura 11. Diseño de maza propuesta por la patente “rodillo de molino con capacidad de extracción de jugo mejorada”
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5.1 DISTRIBUCION Y SETTING ENTRE LAS MAZAS.
La patente presenta un molino con cuatro mazas y tres pasos de extracción de jugo de caña, figura 12.
Figura 12. Distribución de las mazas.
primer paso de extracción: se encuentra entre la cuarta maza y maza cañera, es un órgano de alimentación encargado de quebrar la caña y prepararla para el siguiente paso de extracción además cuenta con una 29
distancia de separación entre los diámetros externos de las mazas la cual es llamada setting, que en este primer paso de extracción es de 11 mm, el
cual es tomado en base a el estudio realizado por el grupo de diseño integrado. segundo paso de extracción: se da entre la maza cañera y superior y según las recomendaciones realizadas por el libro ‘’Manual para ingenieros azucareros’’ de E. Hugott , el cual dice que es indispensable un buen ajuste para obtener el funcionamiento correcto del molino es decir, una marcha regular sin atascamientos y con una extracción conveniente por lo tanto expresa que este setting debe ser evidentemente mayor a la del último paso de extracción pues si se dieran los mismo valores el paso de la caña por el molino sería muy pequeño o la presión muy mala pero si este setting es muy grande el bagazo llegaría demasiado húmedo al último paso de extracción y se corre el riesgo que se presenten atascamientos entonces en base a lo anterior, se escoge un setting de 5 mm en el segundo paso para lograr extraer la mayor cantidad de jugo posible, pues la caña llega más suelta y logra entrar más fácil al último paso de extracción. Tercer paso de extracción: se encuentra ubicado entre la masa superior y bagacera para este se decide un setting de 1.5 mm, con el cual se logra repasar el bagazo dejándolo vacío casi en su totalidad.
El proyecto cuenta con cuatro mazas intercambiables cuya disposición es planteada por la patente en forma vertical, con tres mazas móviles y una fija a la estructura de soporte o cureña. La cuarta maza es móvil puesto que ella se debe acercarse a la maza cañera para garantizar el setting del primer paso de extracción este movimiento se realiza apretando los tornillos que se encuentran fijos a una placa que sostiene los apoyos de la cuarta maza además dicha placa posee cuatro tornillos que se mueven verticalmente al desapretarlos gracias a cuatro agujeros oblongos que permiten un desplazamiento máximo de 8 mm figura 13. La maza cañera y la maza superior también son móviles, ellas están sujetadas por dos brazos que cuentan cada uno con un pivote en la cureña y un tensor de diferente tamaño, que les permiten moverse de posición siguiendo una trayectoria de arco (ver figura 3), dicho movimiento es indispensable puesto que permite un acercamiento de ellas a la maza bagacera para lograr mantener los setting del segundo y tercer pasos de extracción que se van reduciendo debido al desgaste de las mazas (alrededor de un 8% ) con el tiempo a medida que la maquina se encuentre en funcionamiento. 30
La maza bagacera se encuentra fija a la cureña debido que ella sirve de referencia tanto para la construcción de la maquina así como para justificar los movimientos que realizan las demás mazas para garantizan los setting en los diferentes pasos de extracción del jugo de la caña. Siguiendo el orden de ideas, se sugiere que al momento de organizar los settings de los diferentes pasos de extracción se comience en forma ascendente es decir desde el tercer paso de extracción hasta llegar al primero, nótese de este modo no hay ninguna restricción para llegar al setting deseado en cada uno de los pasos de extracción que si se hubiese seguido el orden contrario pues al momento de llegar al tercer paso de extracción se hubiese encontrado con el impedimento de que la maza bagacera no posee movimiento alguno como para permitir llegar al setting del tercer paso de extracción.
Figura 13. posiciones relativas.
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5.2 NÚCLEO
El núcleo está conformado de acero SAE 1518 además cuenta con 9 canales que recorren de extremo a extremo su superficie, con un ancho de 35 mm y una profundidad de 10 mm, en forma helicoidal con un ángulo de 20° con la horizontal figura 14.
. Figura 14: núcleo helicoidal
La forma helicoidal se adopta debido a que brinda una mayor resistencia y durabilidad a la camisa en especial cuando pasa por los puntos de compresión (línea punteada que aparece en la figura 11), ya que en este instante de funcionamiento se encontrara con un apoyo o una columna que en si será una porción pequeña del núcleo; es de contrastar acá que si se hubiese tomado el núcleo con los canales rectos cuando la “línea de compresión” pase por los
canales, la camisa quedaría sin una protección que le ayude a soportar la carga haciendo que falle por fractura, lo cual haría inviable el funcionamiento de la máquina.
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El núcleo en su parte interior cuanta con un cambio de sección de 613 mm de longitud y 13 mm de espesor, que evita que los aros cónicos externos se desplacen una distancia hacia el interior de él también es de notar aquí que hay un rango admisible de distancia de 5 mm entre la cara frontal del aro cónico exterior y la del núcleo, esto se hace con el fin de que el aro cónico exterior tenga suficiente libertad para desplazarse sobre el aro cónico interior además porque mejora la comodidad y el tiempo de subensamble del aro cónico exterior – núcleo con subensamble el aro cónico interior – eje pues cuando se pretende unir los dos subensambles puede ocurrir que los aros cónicos exteriores entren dentro del núcleo ocasionando que el operario deba posicionarlos manualmente hasta una distancia tal que tornillos de apriete de los aros cónicos los sujete (ver figura 15).
Figura 15. Cambio de sección en el Sub-ensamble del núcleo y camisa
5.3 RELACION ENTRE EL NUCLEO Y LA CAMISA. El núcleo y la camisa cuentan con un pin en forma cilíndrica varilla de A-36 de 5/16´´ x 9 mm, que se acopla hasta la mitad a la camisa por medio de un ajuste de asiento forzado de aprieto y montaje con mazo de plomo del tipo ϕ5/16´´H7/m6, la otra mitad se acopla a su contra parte ubicada en el núcleo con un ajuste con asiento libre del tipo ϕ5/16´´H7/e7 los anteriores ajustes se tomaron en base al libro de tolerancias, ajustes y acabados superficial del profesor Jorge Enrique Arango Linares. 33
La función principal es garantizar que la camisa y el núcleo siempre permanezcan en una misma posición de ensamble puesto que las perforaciones de la camisa deben converger en los canales del núcleo, para que así haya un flujo permanente de jugo proveniente de la extracción. En la figura 5 se puede apreciar con más detalle el pin de montaje de maza. Este sistema se aplica a cada maza y se adoptó debido a que al momento del montaje del núcleo y la camisa se corría el riesgo que el operario pasara desapercibida la función anteriormente expuesta y por consiguiente debería corregirse el problema, ocasionando pérdidas de tiempo y utilidades.
5.4 RAYADO DE LA CAMISA. Una camisa está constituida fundición gris centrifugada y puede ser lisa y tener menos desgaste pero la capacidad de un molino con camisas lisas es muy inferior a la de un molino con las mismas dimensiones y velocidades que presente camisas rayadas además logran dividir el bagazo de forma más completa facilitando la extracción, por tal razón y en base a las recomendaciones dadas por el libro „‟Manual para ingenieros azucareros‟‟, de E. Hugott se decide que el molino
tendrá una camisa con un rayado donde la sección de la ranura que se muestra en la figura 17 será en forma de triángulo isósceles, con un ángulo de 55° además para no dejar aristas vivas y frágiles se corta la punta del triángulo en un plano que debe ser de 1 mm aquí es de notar que en el fondo del rayado no se debe dejar el mismo plano de 1 mm por lo tanto se decide una dimensión de 1.5 mm, el rayado también posee un paso de 13 mm que es la distancia que separa dos dientes sucesivos y finalmente encontramos la altura o profundidad que en este caso es de 11 mm. La camisa también cuenta con en el fondo del rayado con una serie de tres perforaciones con un paso de 9 mm, un diámetro de 4 mm y una distancia de 37 de separación entre cada tres perforaciones y, por medio de las cuales ingresara el jugo proveniente de la extracción y es conducido hacia el interior de núcleo. En la figura 16 el posicionamiento de las perforaciones en el rayado pero que por comodidades para el manejo de los sólidos no se representaron completamente.
Figura 16. Camisa con rayado, agueros y pin de montaje de maza 34
El rayado del molino se hace de tal forma que el rayado que una maza encaje por así decirlo con el rayado de una maza distinta, para logar esto el rayado de la maza debe comenzar y terminar como se muestra en la figura 18 además al momento del montaje una camisa debe ser girada respecto a la otra camisa para logra el fin anterior. El desgaste del rayado en las mazas se debe principalmente a factores como la acidez del jugo de la caña, rozamiento de los raspadores y viradores, incrustación de elementos extraños etc. además se presenta un mayor desgaste en el centro de la maza que en los extremos. El desgaste máximo tolerable en la maza es de cerca de un 8% por tanto como las camisa del molino cuenta con un diámetro exterior de 210 mm, cuando presente un diámetro de 193.2, mm debe cambiarse la maza o reconstruirse el rayado con soldadura, posteriormente mecanizarse y garantizar el setting en los diferentes pasos de extracción por medio de galgas además con este porcentaje del 8% desgaste se tiene una vida útil de tres años para camisas ranuradas por cada 100.000 toneladas de caña molida.
Figura 17. Rayado de la camisa.
35
Figura 18. Acople entre las mazas. Comienzo y fin del rayado.
5.5 MANGUITOS DE SUJECION
Para logar transmitir la fuerza y torques provenientes del sistema de transmisión a las mazas se decidió mantener el sistema de sujeción por aros cónicos de apriete los cuales serán fabricados por barras perforadas SAE 1518 debido a que son elementos de fácil obtención, distribuyen toda la presión sobre toda la superficie de contacto, tienen una elevada resistencia a la torsión y permiten optimizar tiempos y programas de mantenimiento además de un fácil montaje y desmontaje sobre ejes lisos y con secciones como con los que se cuenta en el proyecto. Los aros cónicos de apriete son partidos debido a que deben expandirse para garantizar el par de apriete deseado. Los manguitos de sujeción cuentan principalmente con tres componentes; 1. Aros cónico exterior, 2. Aro cónico interior y 3. Tornillos de fijación figura 19. 36
Figura 19. Partes constituyentes de un manguito cónico.
La forma de funcionamiento de los aros cónicos de apriete es sencilla, al apretar de forma secuencial e intercalada los tornillos de fijación (3) ubicados en la periferia del aro cónico interior (2) por medio de una llave dinamométrica hasta alcanzar una cupla de ajuste de 83 Nm, se fuerza a las dos partes cónicas a expandirse radialmente, provocando una presión sobre los elementos a vincular en este caso las mazas, permitiendo fijarlas en la posición angular y axial deseada, esto último es de gran importancia pues la maza no puede tener movimientos axiales sobre el eje, por que causarían un mal funcionamiento del molino además de posibles daños, desgastes y fracturas en las piezas que conforman la maza también el aro cónico interior (2) poseen tres agujeros roscados los cuales se enroscan tornillos que sirven para desmontarlos ya que puede ocurrir que los aros cónicos de apriete queden muy ajustados y ellos alivianan el trabajo del operario al momento de un desmontaje (ver figura 19). Para la determinación de los aros cónicos de montaje la variable determinante es la capacidad de carga que ofrecen y para verificar esto, se deben fabricar teniendo en cuenta la distancia axial que recorre el aro cónico exterior sobre el aro cónico interior llamada Y (ver figura 20) para lograr el par de apriete necesario que se necesita para bloquear las piezas a vincular por medio de los ajustes queridos al momento del montaje y funcionamiento de los mismos.
37
Figura 20. Distancia que recorre el aro cónico interior Sobre el aro cónico exterior en dirección axial
Se escogió el sistema eje único y según la recomendación del libro “tolerancias, ajustes y acabado superficial” del profesor Enrique Arango Linares, en la tabla 12 C la cual nos recomienda una tolerancia de apriete y montaje de h7 . El primer requerimiento es en el m o n t a j e por consiguiente, se escoge un ajuste
con juego Ø87h7/H7 y tomando la distancia de juego máximo se tiene la distancia radial entre aro cónico interior – eje (x1), ahora tenemos un ajuste entre el aro cónico externo –núcleo del tipo Ø127h7/H7 para el cual se obtiene una distancia (X2) y finalmente se tiene un ajuste de Ø170h7/H7 entre el núcleo-camisa en donde aparece la distancia radial (x3). Las distancias X (1-3) se pueden apreciar en la figura 21.
38
Figura 21. Determinación de la distancias radiales X(1-3) en montaje.
El segundo requerimiento es en f u n c i o n a m i e n t o en el cual se optó por un ajuste
con aprieto Ø87 h7/S7 para el eje-aro cónico interior dando lugar a una distancia radial (X4), el ajuste entre el aro cónico interior – núcleo es Ø127 h7/S7 y la distancia radial (X5) por último se ve el ajuste Ø170 h7/S7 entre el núcleo-camisa. Las distancias X (4-6) se pueden apreciar en la figura 22.
39
Figura 22. Determinación de la distancia radial X(4-6) en funcionamiento.
Para obtener una mejor apreciación de cómo se encuentra la distancia axial recorrida por el aro cónico interno sobre el aro cónico externo llamada Y y a la cual se le sumara una ventaja de 30% para que evita que las caras frontales tanto
40
del aro cónico interior como el aro cónico exterior se encuentren para finalmente tener una distancia axial total llamada Ytotal se presenta la imagen de la figura 23.
Figura 23. Esquema para la distancia axial total recorrida.
Por lo tanto la distancia radial total recorrida por los aros cónicos de apriete es ∑ y mediante la relación ∑ a la cual se el aplica el 30% para obtener la ventaja que da un valor de . finalmente la distancia total de recorrido que debe tener el juego de aros cónicos para cumplir con su función es ∑ El catálogo de CGR proveedora industrial, ofrece el manguito de fijación tipo BLK 130 + 131 autocentrante que para el diámetro del eje del molino que es de 87 mm
41
se
tienen
las
siguientes
características
ver
tabla
1.
Tabla 9. Especificaciones para los aros cónicos de Sujeción según el catalogo CGR proveedora industrial. A demás de acuerdo con las especificaciones que presentan el fabricante de los aros cónicos de apriete y la tabla sugerida por la profesora del curso tabla 2, que vine acompañada con la imagen que especifica el valor necesario para llenar la tabla, se obtiene que el par de arrastre máximo para cada maza debe ser de 6000 Nm, este valor es de gran importancia pues al contrastarlo con las características del juego de aros cónicos para el cual se tiene un torque máximo de 9000 Nm se 42
puede ver que los aros cónicos cumplen con su función así el molino se encuentre en condiciones de sobre carga como arrancones y frenados imprevistos entre otros factores que lo pueden afectar.
Figura 24 . Características del juego de aros cónicos
43
d Diámetro interno del aro cónico [mm] D Diámetro externo del aro cónico [mm] A Longitud del aro cónico hembra [mm] B Longitud de montaje del aro cónico [mm] L Longitud de montaje incluyendo los tornillos [mm] Angulo de las superficies cónica de los aros [°] Mx Dimension nominal del tornillo de apriete [mm]
87 127 40 56 66 6 M10
Dh Diametro mayor del cubo [mm]
190
Ms Par de apriete de los tornillos (llave dinamométrica) [Nm] M Par o torque que transmite el aro conico [Nm] S Factor de servicio
83 9000 1,5
Mn Par nominal o de trabajo de la máquina [Nm]
6000
F
Fuerza axial transmisible [N]
213000
Ftc
Fuerza tangencial transmisible en el eje [N]
206897
Ftc
Fuerza tangencial transmisible en el cubo [N]
141732,2835
2
Ps Presión normal del aro sobre el eje [N/mm ] 2
Ph Presión normal del aro sobre el cubo [N/mm ] 2
0.2
Límite elástico del material del cubo [N/mm ]
N Fuerza normal sobre eje y cubo (direccion radial) [kN] (kgf) Coeficiente de rozamiento eje - aro X Coeficiente del tipo de montaje y recorrido axial relativo entre las superficies conicas para garantizar EN PRIMER LUGAR, el contacto entre las superficies aro eje, aro - cubo, cubo camisa y en SEGUNDO LUGAR, garantizar la interferencia requerida para la transmision del par entre las superficies anteriores. Tenga en cuenta que los recorridos de interferencia se dan en la direccion radial de los aros y para llegar al desplazamiento en la dirección y (perpendicular al recorrido radial) tienen que considerar la inclinacion del cono /2
Tabla 10 Fuerzas del manguito
44
115 180 1835 0,6
Tabla 2. Capacidad y factores de servicio que garantizan el trabajo de los manguitos
5.6 VOLUMEN DE JUGO EXTRAIDO En general se tiene que la caña de azúcar en promedio tiene un 85% de jugo y entre un 14% y 16% de fibra, esta última característica es de gran importancia porque limita la cantidad de jugo extraído por vuelta en las mazas, por que al haber más fibra habrá menos jugo para extraer por lo tanto, teniendo en cuenta la anterior información se tendrá que el 100% de jugo hacer extraído es del 85% y cuya cantidad se obtiene en base a la tabla 3, recomendada por la profesora del curso.
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D [m] L [m]
Diámetro mayor del rodillo Longitud efectiva (del rayado) de los rodillos
0,2100 0.220
Di [m] P [m]
Diametro menor del rayado Paso del rayado
0.190 0,01 55,00
Angulo del rayado Altura del rayado
h [m]
0.013
Dc
0.170
Diametro menor de la camisa del rodillo Altura de la camisa sobre la que se fabrican los canales de captura de jugo
e [m]
Díametro de las perforaciones radiales para la captura del jugo
d [m]
Volumen disponible para la captura de jugo en una perforación radial
z
Volumen total disponible para el drenaje de jugo a través los canales axiales en un rodillo Vólumen total disponible para la c aptura y drenaje del jugo en las dos camisas del par de cil indros de un paso de compresión
48
radiales
0,0000603
ñ axiales
9 3
total disponible de las perforaciones radiales/ rodillo [m
]
0,000542867
3 total disponible de los canales axiales/ rodillo [m ]
0,000542867
disponible para captura y dranaje/paso de compresión (2 rodillos)
Espesor de la capad e caña o del bagazo que ingresa a la zona de compresión entre los rodillos [m]. H = D/5
H
Longitud de la zona de compresión hasta el puntode máxima presión
I
Velocidad angular de los rodillos
0,0000013
3 disponible/canal de drenaje axial [m ]
Número de canales de drenaje del jugo Volumen disponible para la captura de jugo en el total de perforaciones radiales
0,004
3 disponible/perforación radial[m ]
Número de perforaciones radiales para la captura de jugo que alimentan un canal de drenaje axial Volumen disponible para el drenaje de jugo a través de un canal axial
0,10
[m3]
0,002171469 0,0420000
n [rev/min]
25,00
D2 [m] N N
Número de rodillos del molino
0,04
4,00 2,00
f
Cantidad de fibra en la caña
0,16
C [ton/h]
Toneladas de caña por hora C = (0.63 n L D2 N)/f
1,39
1000C [kg/h] [kg/m3]
Densidad de la caña a la entrada del molino u = 1000C/ r
Volumen de caña que entra al molino
molino
Velocidad tengencial de los rodillos V = 60pND Tiempo de extracción en una vuelta de los rodillos t = pD/V
125,00
Qcaña entrada molino [m3 /h]
Proporción de jugo en la caña 85% Caudal de jugo a la entrada del molino u jugo = 0.85 u caña entrada
1389,15
11,11 85,00
jugo en la caña 3
9,446
V [m/h] textracción en 1 vuelta rodillos [h]
989,60
Q jugo a la entrada del molino [m /h]
0,001
total jugo extraido 1 vuelta rodillos (2 pasos de compresión)
[m3]
0,0063
Volumen de jugo extraido en una vuelta de los rodillos
ucaña/vuelta rodillos = u t1 vuelta rodillos total jugo extraido 1 vuelta rodillos (2 pasos de compresión)
Proporción del jugo extraido en los pasos cañero y bagaceros respectivamente, se supone un paso de quiebre y dos pasos de extraccion
Volumen de jugo extraido en los pasos cañero y bagacero respectivamente
% jugo pa so ca ñero ; %jugo
Jugo por el paso Cañero
[m3] ;
[mm3]
6297480 % jugo paso Cañero % jugo 1° paso de extr % jugo paso Bagacero
paso ba gace ro
Jugo por el paso Bagacero
[m3]
20
30
50
0,00126
0,00189
0,00315
Tabla 11. Volumen de jugo extraído por cada vuelta de las mazas y Proporción de jugo extraído en cada paso de extracción.
Con base al diámetro de 4 mm de las perforaciones y a la altura del rayado de 10 mm empleado en la camisa se determina que el volumen de jugo disponible en cada canal de captura de jugo por perforación radial es de un valor de 0.0000013 también se observa que el volumen disponible para el drenaje de jugo a través 46
de un canal axial es de 0.000121 y que depende del número de perforaciones que recorren el canal axial que para este caso corresponde al número de 48 y finalmente el volumen total de jugo extraído por vuelta de las mazas es de 0.0063 además se decide que en el primer paso de extracción halla un 20% de volumen de jugo extraído, debido a que su función es partir la caña y prepararla para que siga al segundo paso de extracción que tiene un 50% de jugo extraído, esto se da porque es aquí donde la caña tiene mayor cantidad de jugo y está más suelta y puede fácilmente entrar a la extracción, finalmente el último paso de extracción cuenta con un 30% de jugo extraído, es en este último paso donde se repasa el bagazo para logar obtener la mayor cantidad de jugo posible.
5.7 MANTENIMIENTO DE LAS MAZAS. La maza que presenta mayor desgaste es la maza superior por que se encuentra en dos puntos de extracción con menor setting por consiguiente habrá mayor presión sobre esta. La segunda maza que presenta desgaste es la maza cañera aunque en una menor medida que la superior pues a pesar de que también se encuentra con dos puntos de extracción, el primero de ellos es el que posee mayor setting (11mm) y solo se encarga de partir la caña. Por ultimo encontramos la maza bagacera y cuarta maza en su orden. Periódicamente se debe de medir el setting entre las mazas y cuando este no se cumpla las mazas se deben ir acercando por medio de los tensores. Cuando la maza superior llegue a la mitad del desgaste admisible es decir un 2% que para las mazas equivale a un diámetro de 201.6 mm debe cambiarse de posición con la maza bagacera o cuarta que son las que presentan menos desgaste finalmente al momento que la maza cañera presente el desgaste del 2% también debe ser cambiada de posición con la maza que quedo de la selección anterior. A medida que las mazas vallan llegando al desgaste máximo admisible del 4% se debe aplicar el procedimiento que se menciona en el tercer párrafo del título Rayado De La Camisa.
47
5.8 MANTENIMIENTO GENERAL DEL MOLINO. Un buen mantenimiento reduce reparaciones costosas, la pérdida de tiempo, el desgaste prematuro de las piezas, accidentes etc. Y según las recomendaciones del manual de equipos de molienda, ofrece las siguientes pautas aplicables al proyecto, para una buena práctica de mantenimiento: -
Conservar siempre limpia la máquina. Antes de poner en funcionamiento la maquina comprobar que todas las tuercas y tornillos están bien ajustadas. Revisar los setting entre los siguientes pasos de extracción para evitar desgastes desiguales entre las mazas. Terminada la molienda se deben lavar las piezas del molino que han estado en contacto con el jugo de caña y bañarlas con una lechada de cal. Lubricar periódicamente el molino pues con esta práctica se favorece la vida útil de las pizas en especial los engranes que se recomienda grasa por estar expuestos al medio ambiente.
5.9 RETENEDORES AXIALES DE CAÑA La cuarta maza y la superior cuentan con dos retenedores axiales ubicados a ambos extremos de ellas, fijados al núcleo mediante tres tornillos (ver figura 14), cuya función es evitar un desplazamiento axial de las mazas cañera y bagacera por que poseen un diámetro exterior que bloquea las camisas impidiendo movimientos axiales de ellas, que puedan causar un mal funcionamiento del molino figura 24 además se puede notar que los discos cuentan con nueve agujeros que se encuentran con los canales de drenaje de jugo del núcleo para que el jugo siga el camino hasta desembocar a la bandeja de recolección y no tenga impedimento alguno figura 25. Otra función importante que tiene inmersa los retenedores axiales es que no permite que la caña salga en dirección axial de las mazas al momento de la compresión pues los retenedores se encuentren al mismo tiempo ubicados en los puntos de extracción de jugo evitando est problema.
48
Figura 25. Disco bloqueando la camisa en dirección axial
49
Figura 25. Retenedores axiales.
50
6. VIRADORES 6.1 FUNCION La función principal de los viradores es guiar el paso del bagazo eso justifica su ubicación entre mazas, otra de las funciones que se le asigna al virador aprovechando su ubicación es limpiar una de las dos mazas donde se encuentra posicionado. Existe otra función que se genera en consecuencia a su función principal y es soportar las fuerzas de presión generadas por el bagazo.
6.2 FORMA La forma cóncava es justificada por la zona en la que esta ubicado, la función que cumple, la presión y el desgaste que soporta. Los viradores tienen dientes a ambos lados para duplicar la vida útil del virador y economizar la materia prima con relación a la propuesta del semestre anterior que como solo eran un lado dentado el virador tenía menos tiempo de trabajo. El virador superior es más pequeño con relación al virador inferior por la proporción de la distancia de las mazas en que se encuentran. Los viradores van sujetados a la placa con 5 pernos y esta a su vez va sujetada al puente con pernos, esta sujeción y la altura de la placa ayuda a dar desde la cureña la precisión para que los dientes del virador encajen sin interferencia en los dientes de la maza La forma de los viradores fue cambiada en su totalidad con relación a las geometrías propuestas por los ingenieros del semestre pasado ya que la nueva forma es más fácil de fabricar y por ende es más económica La concavidad se definió basada en los cálculos que se encuentran en el MANUAL DE INGENIEROS AZUCAREROS E-HUGOT
51
Figura 27 :vista virador
6.3 CALCULOS DEL VIRADOR Sobre una paralela a las mazas que traslapa el virador se traza una paralela desde O y sobre esta se toma Ow Ow = OM / 25 La cuchilla es el semicírculo trazado con centro en w y Bw como radio. El punto B en el que la cuchilla traslapa con la maza se obtiene de la formula Β = θ/6
El arco MB se tiene de la formula MB = 0,017Rθ Donde R es el radio del cilindro y θ es el ángulo entre las dos mazas que entran
en contacto con el molino, respecto a la maza sobre la cual se encuentra el virador. E es el setting que tienen las mazas en paso de extracción en el que se encuentra el virador. A= E*1,50 A es la altura de la punta del virador a la maza superior a él. M=E*1,75 M es la altura de la parte más profunda del ducto a la maza superior al virador. Z=E*1,90
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Z es la altura del talón del virador a la maza superior a él. T=E*0,80 T es la distancia del talón del virador a la maza ubicada a su derecha
Figura 28 : posición del virador
6.4 VIRADOR SUPERIOR OM = 113,5 Ow = 4,54 Θ = 72° β = 12°
R = 105 MB = 22 E=11 53
A=16,5 M=19,25 Z=20,9 T=8,8
6.5 VIRADOR INFERIOR
OM = 107,5 Ow = 4,3 Θ = 73,7° β = 12,3°
R=105 MB = 22,5 E=5 A=7,5 M=8,75 Z=9,5 T=4
6.6 FORMA Y DIMENSIÓN DE LOS DIENTES Los dientes del virador deben traslapar con los dientes de la maza para garantizar el cumplimiento de la función de retirar los residuos de bagazo de la maza, la geometría de los dientes es igual al de las mazas.
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Figura 29 : Altura de los dientes de los viradores =10mm El desgastes de los dientes se manejara hasta de diferente forma ya que la exigencia mecánica de cada virador es diferente y por ende el desgaste será diferente los dientes del virador superior entraran 4 mm a los dientes de las mazas y los dientes del virador inferior entraran 6 mm.
6.7 PUENTE 6.7.1 Función El puente sobre el que va montado el virador se extiende de cureña a cureña dándole soporte al sistema, sosteniendo el virador y así soporta las fuerzas de presión generadas por el colchón del bagazo en el virador. 6.7.2 Forma: Se cambia la geometría cuadrada propuesta anteriormente por una geometría circular ya que el puente necesita transmitir movimiento para la regulación del virador, además porque su mecanizado es más económico. El puente tiene rosca fina en sus extremos para ayudar a la sujeción a la cureña y regulación del movimiento del virador. En el área de contacto del puente con la cureña se coloca un buje para ayudarlo a resistir la carga que es el 20% de la carga de la maza. El ajuste recomendado del buje con la cureña es deslizante (H7/f7) y el ajuste del buje con el puente del virador es con apriete (H7/j6). 55
6.7.3 Dimensionado El puente necesita una longitud igual a la longitud del eje de la maza, por el hecho de que el virador va a lo largo de toda la maza.
Figura 30: Puente virador
6.8 SISTEMA DE REGULACION 6.8.1 Función: Este sistema ayuda a regular el movimiento de los viradores y asi garantizar que la distancia del ducto y la ubicación del punto de contacto de dentado del virador con el dentado de las mazas siempre sea el mismo. El movimiento requerido por los viradores es un movimiento en forma de L para garantizar las distancias del ducto y el punto de rayado.
6.8.2 Forma: Este sistema se forma por una perforación en la cureña con forma de nube s y con dimensiones exactas a lo necesario para que el virador se ajuste de forma precisa al dentado de las mazas, con un fijador y dos pernos se sujeta a la cureña se garantiza la sujeción del conjunto virador-portavirador.
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El puente entra a la perforación de la cureña con un ajuste esto permite el movimiento cuando ocurra la regulación del movimiento del virador.
FIGURA 31 :PERFORACION DE REGUALCION DEL VIRADOR EN LA CUREÑA
FIGURA 32 :FIJADOR DE VIRADOR
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6.9 PLACA 6.9.1 Función Esta pieza es una extensión del virador que le permite llegar con precisión al dentado de las mazas y que los dientes del virador y de las mazas traslapen sin interferencia, también ayuda al soporte y montaje del virador.
6.9.2 Forma La forma de la placa es rectangular por la economía al momento de fabricar toda la pieza y porque me proporciona más facilidad para que el dentado del virador llegue al dentado de las mazas. Cada virador tiene una placa dimensionalmente diferente ya que la necesidad de extensión es diferente por el hecho que el superior obedeciendo a la disposición de la cureña tiene una distancia mayor para acercarse.
FIGURA 33: PLACA VIRADOR
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6.10 MANTENIMIENTO Se lavan los viradores con un baño cal cada vez que se desmonte el molino y un baño con agua cada vez que termine la molienda.
7. RASPADORES
7.1 FUNCIÓN: En el proceso de extracción, la compresión que deben realizar las mazas con respecto al bagazo ocasiona que queden residuos de este en el dentado de las mazas obstruyendo sus ranuras, por lo que es necesario retirar dichos residuos, impidiendo así que se tapone el rayado de las mazas y se disminuya la extracción. Y es esta la función de los raspadores. Para esto, se deben garantizar condiciones de montaje, posicionamiento y regulación, definiendo la forma a partir del rayado de la maza y el soporte sobre la cureña, que son los factores más influyentes para dimensionar.
7.2 FORMAS: El sistema de raspadores está compuesto por el porta raspador, el raspador en sí, los pernos encargados de unir ambos elementos, dos varillas roscadas que van en los extremos de la placa y las tuercas que lo sujetan a la cureña. El porta raspador es una placa encargada de soportar el raspador para darle mayor estabilidad y sujetarlo en la cureña. Esta placa es una lámina de ASTM A36 de 3/8”, con perforaciones roscadas a cada lado de la extensión que llega hasta la cureña, en las que se aseguran dos varillas roscadas que posteriormente se sujetan con una tuerca, posicionando el inferior, en la cureña fija y el superior, en uno de los brazos móviles.
59
Figura 34 Porta raspador
El raspador es una placa de 5/16” con dientes de un lado que son los que están en
contacto con la maza y cumplen la función principal de retirar los residuos. Estos dos raspadores tienen el mismo dentado de la maza: paso 13mm, un ángulo de 55°, altura de 10 mm y abarcan toda la longitud de la maza, 220mm, 8 mm menos que la longitud de la maza, de modo que se puedan ubicar los raspadores y garantizar el traslape de los dientes con el rayado de la camisa, lo que se logra posicionando el raspador de acuerdo a las perforaciones de este y del porta raspador y al fijar la placa a la cureña, con la ranura guía, aseguramos la entrada de los dientes en las mazas.
Figura 35 Raspador
60
Figura 36
Dentado de los raspadores
La placa y el raspador se fijan por medio de tres pernos de 5/16” por 1” de
longitud, para ésta unión, se debe garantizar que las perforaciones de ambas láminas estén alineadas, por lo que se posiciona una sobre la otra, y se perforan simultáneamente.
Figura 37 Raspador sobre la placa
61
Figura 38 Dimensionamiento del raspador
7.3 SUJECIÓN: En este molino existen sólo dos raspadores uno encargado de limpiar la maza superior y otro encargado de la bagacera, ya que los viradores también cumplen la función de raspar las otras dos mazas. Para garantizar la remoción del bagacillo, la posición de cada raspador debe ir en contra de la rotación de su respectiva maza, y de forma tangencial, logrando con esto que los residuos choquen con el dentado de los raspadores y así, retirarlos de la maza. Por otra parte, este contacto entre el bagazo y el raspador, puede ocasionar que este se atasque y todo el bagazo se acumule debajo de él, generando la posibilidad de que el raspador se desacomode, se obstruya o se dañe, impidiendo con esto que realice su función. Para esto, es necesario establecer un ángulo de inclinación asegurando que el raspador nunca se vaya a trabar, que en nuestro caso es de 40°.
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Raspador superior
Raspador inferior
Figura 39 Ubicación de los raspadores
7.4 REGULACIÓN: En cuanto al montaje, es necesario asegurar inicialmente el ángulo al que debe estar y su posicionamiento en la cureña, la perforación correspondiente a la ubicación de estos en la cureña, garantiza la distancia que debe mantenerse entre el raspador y la maza, teniendo en cuenta que la entrada del raspador en la maza es de 6mm, lo que permite realizar la función de limpieza pero sin interferir tanto como para acelerar el desgaste. Para conservar una entrada apropiada de los dientes del raspador sobre la maza, considerando el desgaste de ambos, se tiene una perforación inclinada y en forma ovalada en la cureña, esto para garantizar el ángulo 40° y permitir un movimiento del raspador para su regulación, acercándolo a la maza sin variar este ángulo. Dicha regulación se realiza aflojando las tuercas que mantienen fijo el raspador y desplazándolo para posteriormente, cuando ya esté definida la nueva posición, vuelva a asegurarse con las mismas. El desgaste máximo admitido en los raspadores es de 6mm, cuando se llega a este, es necesario cambiar la pieza y en cuanto a las mazas, el máximo desgaste es de 8 mm radiales, con base a esto, el recorrido máximo del raspador es de 15mm considerando el desgaste de ambos, cuando se superan estos desgastes, el sistema de regulación ya no sería suficiente y se procedería a cambiar la pieza, ubicando la nueva en la posición inicial establecida para el raspador cuando está nuevo. 63
Figura 40 Ranura en brazos y cureña en la que se posiciona el raspador
Descripción Porta raspador Raspador
Cantidad
Material
Especificación
2
ASTM A-36
430mm x 50mm
2
ASTM A-36
6
G2
250mm x 80 5/16-18 UNC x 1''
6
G2
5/16- 18
Raspador Tornillo Hexagonal Tuerca Hexagonal
Tabla 12 Cajetín Raspadores
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8. SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE MAZAS. Se usara para la calibración de mazas un sistema de tensores de cuerpo, ya que es un sistema de tensión mecánico, barato y cumple la función necesaria, encargados de acercar las mazas cuando se produce desgaste entre ellas. Los componentes de los tensores serán:
Barras perforadas de sujeción, posicionamiento y apoyo.
Ejes roscados
Laminas para el cuerpo del tensor.
Barras con roscado interno.
Figura 41: Partes del tope regulable. Del semestre anterior se utiliza el sistema de acoples a los brazos y las cureñas. Pero el sistema de regulación se cambió, por el hecho, de que para el semestre anterior la regulación dependía de muchas piezas por lo que esto podría prestarse para desalineación, pero con el nuevo sistema se solo está implicada una parte en la regulación (cuerpo del tensor).
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Figura 42: tensor anterior (tope) Los tensores son fabricables pues los comerciales son de rosca ordinaria y estos no funcionarían bien en el sistema. La composición y el funcionamiento del sistema es simple, las barras perforadas se apoyaran en los pivotes de cureña y brazos, donde por medio de un retenedor axial y un pin de montaje se asegura la posición fija del mismo. Estos llevaran soldados los ejes roscados, encargados acercar las mazas con respecto al desgaste con el tiempo, además de la sujeción entre el cuerpo del tensor y las barras perforadas, siendo entonces el puente para transmitir las fuerzas que se producen en los brazos al cuerpo. El cuerpo estará formado por las barras con rosca interna soldadas con las láminas, esta se caracterizará por tener roscas diferentes en sus extremos. Los vástagos se soldaran en el centro de las barras perforada, estos también serán de rosca contraria, los cuales junto con el cuerpo del tensor serán los encargados de regular el setting ya que al rotar el cuerpo, se irán acercando los ejes roscados lo que a su vez acercara las mazas, para asegurar que en funcionamiento el cuerpo no se mueva e l agregaran doble tuerca en cada extremo para evitar la rotación del mismo por las vibraciones producidas por la máquina. Se necesita un material no muy duro para estos tensores ya que se pueden quebrar fácilmente por la presión que ejerce la caña sobre las mazas, y por consiguiente sobre los brazos; esto afecta de forma directa el funcionamiento de los tensores. Se estaría hablando de un acero de bajo carbono, con una soldabilidad muy adecuada para el ensamble de las piezas, que sea muy maquinable y que trabaje bien en condiciones de presión. Por lo que un material que se comportaría bien en estas condiciones sería un ASTM A-36 y para las 66
barras perforadas acomodándonos a lo comercial un AISI 1518, estos materiales son muy utilizados en elementos de máquina.
8.1 DIMENSIONES DE LOS TENSORES Hay dos tamaños de tensores para el sistema de tensión: Se diferenciaron en tamaño básicamente por los esfuerzos, presiones y trabajos mecánicos que cumplen
. Figura43 : tensor brazo lateral
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Figura 44 : dimensiones del tensor-brazo superior
Figura: dimensiones del tensor- brazo lateral El tensor mayor tiene dimensiones superiores que las del tensor menor ya que recibe fuerza mayores, ya que soporta en general todo el peso de la maza y además un porcentaje de la fuerza aplicada por el paso de extracción, para asegurar su recorrido este tensor tiene ángulo de inclinación de 80° con la horizontal, mientras que el tensor menor tiene un ángulo de inclinación de 10°, soportando solo las fuerzas generadas por los choques de la maza y la caña. Las mazas tendrán como vida útil 8 mm radiales ,la longitud del tensor mayor varía entre 167mm cuando la maza esta nueva y 155mm cuando la maza alcanza su máximo desgaste, mientras que el tensor menor su longitud varía entre 103mm 68
cuando la maza esta nueva hasta 91mm cuando la maza está en su máximo desgaste. El recorrido máximo de cada tensor será de 12 mm cada tensor. Para asegurar el setting entre las mazas y la alineación entre los ejes, se debe realizar la regulación de los tensores al mismo tiempo y desplazándolos la misma distancia por cada par de tensores.
8.2 MONTAJE Primero se introduce el tensor en el pivote del brazo y de la cureña, para luego ser asegurado con la otra lamina de cureña y del brazo correspondiente, este montaje a la maquina puede ser realizado a mano, pues el tensor queda asegurado entre las placas de cureña y brazo correspondiente. Después se gradúa el tensor pudiendo utilizar una llave inglesa, para asegurar los 167mm o 103mm dependiendo del tensor, para así asegurar la alineación entre el par de tensores con respeto al brazo correspondiente y la cureña.
Figura45 : Ubicación del tensor menor en su respectivo brazo
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Figura 46: ubicación del tensor mayor en su respectivo brazo
8.3 MANTENIMIENTO La robustez del sistema es suficiente para soportar las fuerzas, pero se debe hacer chequeos al estado de la rosca para asegurar que no se estén desgastando, pues esto pone en riego el setting entre mazas, poniendo en juego todo el sistema.
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9. CUREÑAS El punto de partida para el diseño de las cureñas se basó en el modelo característico del Amaga 12D y una patente para estas: “Molino triturador de caña de azúcar de dos rodillos mejorado”
En este se exponía una idea de cureñas con dos brazos pivotados que facilitan el montaje y desmontaje del molino. La cureña tiene forma d e “L” por la disposición de las mazas. En cuanto al sistema de brazos, le da movimiento a las mazas y se encuentran unidos por medio de pivotes a la cureña. La cuarta maza cuenta con un riel que se desplaza a lo largo de la parte superior de la cureña con el fin de garantizar el setting.
Figura 47: Cureña patente Para un principio y basados en la condición de la patente de una disposición vertical de las mazas, un ángulo de 80° entre la maza bagacera y la maza superior, implementar el uso de un brazo lateral y uno superior, y además un riel que ajusta el desgaste de la maza quebradora; se propuso conserva la geometría en forma de L pero redefiniendo contornos para acomodar mazas de igual diámetro con su respectivo desgaste, es decir, se pensó en una figura que permitiera el movimiento de los ejes cuando se desgastan las mazas. En cuanto a los brazos fue necesario redefinirlos para poder cumplir las condiciones ya mencionadas. Con el propósito de optimizar e implementar mazas iguales se rediseño la cureña. Otras razones para los cambios realizados a la idea de la patente se dan porque no se especifica la sujeción a la cureña de los viradores, los raspadores, la bandeja de recolección, las bandejas de entrada y salida, la fijación al bancazo, el recorrido y la forma del riel en la parte superior de la cureña, las dimensiones de los apoyos, y los refuerzos que deben tener las placas entre sí. Por ello fue necesario acomodar y definir en la cureña los sistemas mencionados y definir los refuerzos en la estructura; todo esto por medio de las perforaciones realizadas, el sobresalto o desbaste de contornos que se muestran en la figura 1 y la definición del recorrido del riel. 71
La estructura rígida que supone una cureña requiere un material resistente, fácil de maquinar y soldar, y que no se fracture fácilmente por esto se decidió usar acero AISI 1020 el cual cumple con estas propiedades, se propuso un grosor levemente sobredimensionado (3/8”) considerando la seguridad de los operarios
en caso de un sobreesfuerzo. Por factores económicos se eligió el corte en pantógrafo condicionando que el proceso se haga a todas las láminas juntas para evitar errores en la alineación de los ejes. La soldadura en el soporte del brazo es SMAW 6013 con electrodo de1/8” que es resisten te a la humedad. El bancazo que asegura la cureña a la cimentación esta hecho de una barra rectangular soldada con SMAW 6013 con electrodo de1/8” sobre una lamina AISI 1020 de 3/8” grosor. Esto asegura un soporte rígido a todo el sistema.
Figura 48 Cambio de contornos de las cureñas y posición de los pivotes
Figura 50 El mayor cambio se dio en el brazo lateral con una geometría totalmente nueva y un alargamiento significativo en el
Figura 49 Se adaptó a las necesidades de la nueva cureña.
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Figura 52 Montaje de la parte fija de la cureña.
Figura 51 Riel superior de la cuarta maza
Las cureñas se unen entre sí por medio de pernos, aprisionando los pivotes. Estas se soportan en los bancazos sujetados por pernos de mayor carga de apriete admisible que los que van entre las cureñas. Posteriormente se posicionan las estructuras sobre la cimentación sin fijarlas con demasiada presión sobre estas (aún no se alinean con mucha precisión entre sí). Para el ensamble de los brazos es necesario acomodarlos a los pivotes antes de asegurar los pernos que les dan resistencia. Al final se acomodan los rieles de la maza superior y sobre este riel la base inferior del anillo con el tornillo de ajuste (aún no se calibra). La única que pieza que requiere soldadura es la que sujeta la maza superior al brazo superior, y para esta se utiliza soldadura smaw 6013 con electrodo de 1/8”
Esta propuesta ha sido evaluada y para una segunda etapa del proyecto se adoptó la geometría más general del cuerpo de la cureña porque se ajusta a los requerimientos y es óptima para soportar la carga de todos los demás sistemas del molino sin deformarse o fracturarse. Obedeciendo a los materiales ya comprados y existentes en el laboratorio de diagnostico se reconsidero fabricar las placas de la cureña en acero ASTM-A36 de 3/8” de espesor. Las láminas igualmente se opto por cortarlas en pantógrafo CNC
todas juntas para garantizar colinealidad de las perforaciones. Para sujetar una lámina con otra se utilizaro n 16 pernos hexagonales 3/8” de 3 ¼” de longitud en lugares específicos que evitaran la deformación de las placas sobre sí mismas y también se le dio parte de esta responsabilidad a los pivotes de los brazos. 73
Los brazos basculantes son también cortados de la misma forma y son de la misma especificación del cuerpo fijo de la cureña. Los brazos van fijados a la cureña por pivotes de 1” y 2 ¼” de diámetro con un ajuste deslizante H7/h6 y con fijación mediante un pin. Los brazos se modificaron en cuanto a su robustez, ya que era necesario garantizar su rigidez y que en un momento de tensión las láminas no se fracturaran o de deformaran en forma conjunta por el lugar de perforación donde se apoya el eje. Además de darle más robustez a los brazos se aprovechó la pieza que sujeta a los apoyos con los cuerpos móviles para abonarle más puntos de fuerza a las perforaciones de los brazos.
Figura 53 Ensamble de cureñas
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Figura 54 Explosionado cureña
Figura 55 Brazo lateral
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Figura 56 Brazo superior
Figura 57 Ensamble bandejas-cureña En el cuerpo fijo de la cureña se apoya la maza inferior que no tiene movimiento relativo, es fija. La maza superior tiene un movimiento vertical de hasta 8mm que se logra mediante aguajeros tipo slots que desplazan el apoyo verticalmente. Dos brazos que le dan movimiento a las mazas intermedias con ayuda del sistema de 76
tensión para mantener el setting en cada paso de extracción con el desgaste de la camisa. El brazo lateral tiene un radio de giro de 191.08mm mientras que el brazo superior tiene un radio de giro de 154.4mm que permiten junto con los tensores una variación de distancia entre ejes de X 0 = 0 para un posición inicial y una X = -8 para una posición admisible y final luego de la regulación de acuerdo al desgaste de la camisa.
Figura 58 Radios de giro de los brazos Para una postura amable y ergonómica con el operario, la altura de alimentación del molino (incluyendo la estructura base) con respecto al piso es de 1037mm. Para la posición del recolector de jugo no hay necesidad de dejar una distancia considerable entre esta y la maza inferior para la revisión del virador debido a su posición en el molino, esta será mejor detallada en la siguiente figura.
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Figura 59 : distancia maza bagacera recolector de jugo El bagazo llega a la bandeja de salida que se encuentra a una inclinación de 30° y directamente cae desde la estructura al piso donde se puede poner un recipiente que lo reciba. En cuanto a la bandeja de salida y su distancia entre la maza inferior, esta es variable y depende del desgaste de la camisa (rayado de la maza). La distancia admisible entre la bandeja y la maza oscila entre 2mm y 5mm pero con el desgaste de 8mm radiales de la maza es necesario mover la bandeja de 8mm a 10mm y conservar la distancia con el objetivo de no ocasionar nudo de caña en la salida del molino. Para la regulación la bandeja consta de una base que se comporta como palanca y se desplaza con la ayuda de pernos de diámetro 3/8” de 3 ¼” de longitud.
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Figura 60 :acople bandeja de salida En la siguiente figura se evidencia cómo van los cojinetes apoyados sobre las cureñas tanto en los cuerpos fijos como en los brazos móviles.
Figura 61 apoyos cojinetes en cuerpo fijo Para garantizar la correcta alineación de los ejes tanto en el cuerpo fijo como en los cuerpos móviles, además del corte de las láminas juntas para avalar la colinealidad de las perforaciones se prefirió ayudar con los pivotes largos de los tensores que van fijados a la cureña por un pin , esto es que atraviesen de brazo a brazo para así mantener juntas ambas placas y con esto lograr el propósito de alineación y paralelismo que no permitiría la afección de los apoyos y una sobre carga del cojinete.
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Figura 62 : anclaje del molino sobre la estructura Las láminas están soportadas por un perfil cuadrado soldada con SMAW 7018 a una placa formando una figura en “L” y está anclada a una estructura por medio de pernos hexagonales de 1/2"-13 UNCx5 ¾” que ase gura el funcionamiento del
molino sin ningún movimiento o desajuste debido a su vibración en trabajo. En el virador se colocó un buje entre el área de contacto del puente con la cureña para evitar el desgaste del puente por fricción, se colocó un agujero en la cureña para regular el movimiento del virador y un fijador para sujetar el sistema virador portavirador a la cureña.
Figura 63: posicionamiento y apoyo del virador en la cureña 80
En la cureña se colocó un agujero tipo slots para regular el movimiento del raspador con respecto al desgaste de las mazas. Se hace el desplazamiento sobre los agujeros y e posición se sujetan mediante un tornillo.
Figura 64: posicionamiento y apoyo del raspador a la cureña El posicionamiento y apoyo de este sistema se detallara más adelante en viradores y raspadores.
9.1 PORTACAÑAS Bandeja de entrada y bandeja de salida Para el diseño de las bandejas se tuvo en cuenta las instrucciones del libro: Manual para ingenieros azucareros -E. Hugott- en el cual se indica que ambas bandejas deben ir a 45° de la respectiva entrada y salida; las bandejas no pueden encajar justo en el punto de extracción, y su posición debe ser útil aun cuando las mazas estén desgastadas. Para sostener la bandeja de entrada, en el primer periodo del proyecto, inicialmente se implementó un brazo de 1” de diámetro y 297 mm de largo, y
sujeción en el pivote del brazo lateral; brazo de la bandeja es un tubo con terminación en lámina para poder asegurarse a la parte inferior de la cureña y en la parte superior va soldado con SMAW 6013 con electrodo de 3/32”a un lamina de 1/8” que esta doblada para canalizar la caña al primer punto de extracción. La
bandeja de entrada en este caso se encuentra a una inclinación de 30° con respecto a la horizontal por efecto de diseño. Y una vez alineadas las cureñas se 81
instala la bandeja de entrada asegurando la lámina al pivote y luego fijando el brazo a la cureña por medio de tornillos (M10 de 30mm).
Figura 65:bandeja de entrada pasada Para la segunda etapa de este proyecto se decidió adoptar hasta cierto punto esta propuesta. En esta etapa contamos con un bastidor de la bandeja que está fijada al cuerpo de la cureña, esta consta de un perfil tubular AISI 1518 de D5/8” y
365mm de longitud soldado a cada lado del bastidor e igualmente con terminación en lámina ASTM- A36 de 1/8” y 4 perforaciones para la sujeción. La bandeja o tolva que va montada sobre este “bastidor” por medio de pernos es de un acero AISI 304, por el hecho de trabajar en la industria de ali mentos, de 1/8” de espesor
y a una distancia de 35mm sobre el eje vertical con respecto a la maza para el ingreso de la caña sin ninguna restricción. El montaje de la bandeja se hace al final, después de haber montado todo el molino en general y su fabricación garantiza que no se necesite hacer recambio en toda la vida útil del molino. Se agregaron cotas dimensionales ya que con las expuestas no se fabricaba la pieza. Para un trabajo amable con el operario y cuidar su integridad la bandeja o tolva debe estar a una altura aproximada de 1,1m con el bancazo; por regla general de la molienda.
Figura 66:bandeja entrada actual 82
La bandeja se salida para el primer periodo del proyecto se sostenía en el pivote de la cureña y en dos ranuras que acomodan la bandeja al desgaste de la maza cañera, la bandeja constaba de dos laminas laterales de material AISI 1020 (espesor: 1/8”) que van soldadas con 67 so ldadura SMAW 6013, electrodo de 3/32” a una lámina central del mismo material en la que se desliza el bagazo que
sale del molino.
Figura 67: bandeja de salida pasada Esta propuesta para el segundo periodo evoluciono y se decidió usar láminas AISI 304 de 1/8” de espesor ancladas a las cureñas por medio de bases (laminas ASTM- A36 de 1/4” de espesor) que utilizaremos como palancas pernadas que permiten el desplazamiento de la bandeja para mantener la distancia con la maza en función de su desgaste y posterior ajuste con el tornillo al apretar. El montaje de la bandeja de salida al igual que la de entrada se hace al final del montaje de todo el molino.
Figura 68 :bandeja de salida actual
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Para la fabricación de la bandeja partimos de la recomendación del libro: Manual para ingenieros azucareros -E. Hugott- en el cual se especifica que la pendiente de la caída en las láminas sea de 45°, debe abarcar toda el área donde pueda haber caída del jugo y debe tener un filtro en la parte inferior. En un comienzo la bandeja constaba de cuatro láminas de acero AISI 1020 de 1/8” de grosor soldadas entre sí con SMAW 6013 con electrodo de 3/32” para formar
una especie de pirámide de base cuadrada. En el diseño se consideró dejar los tornillos (M6 de 20mm) que fijan la bandeja a la cureña en un espacio donde no tuvieran contacto con el jugo para no oxidarlos. En un primer momento se incluyó un pre filtro removible que se deslizaba sobre dos superficies salientes; esto con el fin de facilitar la evacuación de cuerpos extraños que puedan caer al jugo. Pero en esta segunda etapa se definió como innecesario en este sistema, puesto que el jugo extraído era sometido a un proceso encargado de separar las partículas sólidas inmersas en este. Además se pensó en cambiar el material por efectos de salubridad por lo que se ha decidió comprar una lámina de acero AISI 304 de 1/8”
de espesor y adoptar la figura del recolector anterior, las placas serán soldadas con MIG 304L.
figura 70: recolector de judo después
Figura 69 : recolector de jugo antes
10. TRANSMISIÓN
10.1 CHAVETAS Se eligieron en base al diámetro del árbol donde va la chaveta que es de 80mm. Así el ancho de la chaveta sería de 20mm y la altura 12mm y a partir de estos dos datos se conoce el largo que se observa en la tabla 8 complementándola la figura 32, tomando un valor de 60mm.
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Tabla 13: Dimensiones de las chavetas y chaveteros según diámetro de eje. Chavetas Pratt and whitney
Figura 71: Dimensiones chaveta18 Dónde: b =Ancho de la chaveta y de los chaveteros en mm h= Altura de la chaveta en mm l= Longitud de la chaveta en mm Las chavetas se harán de acero AISI 1020, por su fácil maquinado, y fácil adquisición, se aseguró de que los chaveteros estuvieran a más de 10mm de un cambio de sección para evitar concentradores de esfuerzos en el eje por donde se pudiera partir, la función de las chavetas es la que facilita que el movimiento se transmita del piñón al árbol. El montaje es 85
sencillo antes de colocar el piñón se encaja la chaveta en el chavetero, cuando se aprecie que entre chaveta y piñón o chaveta y eje haya un juego muy apreciable se debe cambiar la chaveta por una nueva, la chaveta debe tener un ajuste para asegurarse de que la vida útil no se acorte, el recomendado para chaveteros estáticos, es de H8/h7, que nos permite un ajuste con juego y que el desplazamiento es posible con lubricación.
10.2 ENGRANAJES Los compañeros encargados del proyecto el semestre pasado trabajaron muy bien el tema de los engranajes, se asesoraron y llegaron a la conclusión de que un piñón de evolvente con diente más largo era el más adecuado para lo que se buscaba en este molino, un piñón que admite hasta el 11% de variación entre ejes, o sea que en nuestro caso podríamos tener una variación de distancias de ejes de un total de 23mm y que nos permitiría que las masas se desgastaran hasta 11.5mm radialmente, situación que es ideal para optimizar el provecho que se le saca a las mazas, y más tiempo de uso antes del recambio, se hicieron muy buenos estudios sobre que material era el ideal para el piñón, teniendo en cuanta las cargas que debería soportar el piñón . Los piñones tradicionales están fabricados en fundición y luego son sometidos a tratamientos térmicos para darles dureza, puesto que estamos realizando un prototipo, lo ideal será conseguir el material principal y maquinarlo para obtener el piñón, según los cálculos realizados por el grupo dos del semestre 2012-2 el material ideal es el AISI 4140, veamos los estudios a continuación. Para el dimensionamiento se parte de la distancia mínima entre las mazas que es de 206.5mm donde está el setting más pequeño, con esta distancia se haya el diámetro primitivo teniendo presente la variación entre los piñones. Se necesitan 4 piñones, uno por cada árbol, estos engranan por lo que los cuatro poseen las mismas dimensiones ya que de variar sus dimensiones estos no transmitirían el torque, la potencia y el movimiento. En base a la tabla A que enseña los torques, teniendo un torque mayor de 7Nm en la maza 2.
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Tabla A Partiendo del resultado obtenido en la tabla A se calcula la fuerza tangencial con la siguiente ecuación:
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Remplazando radio por el radio primitivo en metros que es 0.098 y torque por 7Nm, obtenemos una fuerza tangencial de 71.43N. Con esta información se logra despejar el esfuerzo de trabajo que tienen los dientes de los piñones por medio de la siguiente ecuación:
Modulo. Fuerza tangencial sobre el diente. Factor que permite estimar la longitud mínima del diente. Esfuerzo de trabajo o de diseño
kgf/mm2.
Despejando
obtenemos:
esfuerzo
de
trabajo
Este resultado indica que el esfuerzo admisible del material a escoger debe sobrepasar esta cifra para poder realizar el trabajo al que está sometido, por tal criterio muchos materiales entran en el rango que cumplen estas características, pero se elige el SAE 4140 por ser un material común de fácil acceso y económico, además de poseer un límite admisible de 44 kgf/mm2 al ser calentado y maquinado como se muestra en la tabla B; además de ser un material óptimo para piñonería. 88
Tabla 14: Propiedades mecánicas mínimas estimadas del SAE 4140 Los piñones tienen un espesor o largo de diente de 50mm, esta dimensión se toma en base a la sugerencia de la profesora María Eugenia Muñoz. El anterior trabajo investigativo lo realizo el grupo 2 del semestre 2012-2, pudimos notar que el SAE 414 es el material idóneo para la realización del engranaje del cual veremos las dimensiones a continuación:
Figura 72: Piñon La fabricación empieza con una barra de SAE 4140 de diámetro 9” y con una longitud de 2”, se perfora el agujero, se fresan los dient es y se brocha o fresa el
chavetero, al terminar se realiza el temple. Se recomienda un ajuste con respecto al eje de H7/f7. Para asegurar los piñones axialmente se utilizaron fijadores axiales, una pieza hecha en AISI 1518 con diámetro interior de 80mm y exterior de 112mm, cuenta con un chavetero y una perforación roscada para asegurar el piñón.
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Figura 73: fijadores axiales Para la lubricación de los engranajes se recomienda grasa de Litio con aditivos de EPᶦ (extrema presión 1) que es especial para mecanismos sometidos esfuerzos del orden de 150 kgF-350 KgF, posee una alta viscosidad, esto estimula la creación de película lubricante, incluso a tan bajas revoluciones, también hace que se adhiera muy bien a los piñones evitando el salpique y la posible contaminación al jugo, también posee las siguientes características.
Buen comportamiento ante la presencia de agua, tanto por salpicaduras como por arrastre del lavado. Amplia resistencia ante la oxidación Excelente resistencia a temperaturas hasta 175°C. Buena protección a desgastes excesivos y rayaduras. Buena adhesividad Aplicación por engrase a pistola, espátula o pincel.
La elección del lubricante también fue por parte del equipo anterior, nosotros solo nos encargamos de averiguar los datos técnicos del lubricante, con el profesor Pedro Ramón Albarracín Aguilón encargado de dictar las asignaturas, lubricación i y ii.
10. 3 ÁRBOLES. El molino presenta un árbol por cada maza, teniendo así un total de cuatro; tres de ellos son iguales, éstos cuentan con cinco o seis cambios de sección: en un 90
extremo se comienza con un diámetro de 80 mm para darle rigidez al eje, esta sección se extiende 80mm a lo largo del eje, aquí está montado un engranaje el cual es el encargado de recibir y transmitir movimiento entre cada árbol, por medio de una chaveta que posee un largo de 60mm, dejando un espacio de 10mm para disminuir el esfuerzo que se presenta en el cambio de sección . El engranaje debe ser obligatoriamente solidario con el árbol para que esta transmisión de movimiento tenga un efecto satisfactorio sobre la rotación de cada maza, para lograr esta solidaridad se requiere usar la chaveta para obstaculizar el movimiento relativo de árbol-engranaje. El juego antes mencionado esta denotado por el ajuste H7/g6, y debe existir por cuestiones de montaje y desmontaje, ya que si el engranaje entra a presión puede ser dañado, o en el peor de los casos debilitar el eje aún más en su cambio de sección o en el chivetero. Para evitar un posible desplazamiento axial en el engranaje, se debe fijar con un circlip o anillo de posición. Después de los 80mm hay un cambio de sección con un diámetro de 85 mm y se extiende otros 70 mm a lo largo del árbol, esta sección tiene compromiso con el apoyo y como se sabe, el apoyo está sobre la cureña. El árbol tiene mayor interacción con el cojinete interior en el apoyo, para asegurar el correcto deslizamiento, se debe tener un acabado superficial en el árbol fino, y sumado con el cojinete debidamente lubricado se hace un deslizamiento apropiado y con poca fricción, lo que trae ventajas grandes en cuanto al recalentamiento del apoyo o el desgaste en el árbol, también se debe tener un ajuste de juego asegurado para darle al árbol un poco más de libertad (esto también reduce el desgaste) el ajuste H7/e8 es el recomendado para cojinetes en general y se necesita un acabado N5 en esta sección. Más adelante vemos otro cambio de sección con un diámetro en el eje de 87mm y un largo de 160 mm y se puede ver el manguito de sujeción; la hembra del manguito se encuentra coincidente con el otro cambio de sección, también con un cambio que hay en el interior del núcleo, todo esto con el fin de asegurar la posición tope del manguito para después insertar el macho y obtener el apriete que se necesita para fijar el árbol con el núcleo. Para todo el árbol, basta con un acabado superficial N6 (acabado con que sale el árbol después del cilindrado) para que en el momento en que está funcionando el molino se facilite la transferencia de movimiento desde el árbol, pasando por los manguitos, el núcleo y finalmente llegue a la camisa, todo gracias al apriete que generan los manguitos después del montaje. El siguiente cambio de sección, como se había dicho antes, es coincidente con el manguito hembra y tiene un diámetro de 89mm, es bastante corto (60mm de largo), la funcionalidad de este cambio de sección es delimitar la posición en la
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que están los dos manguitos junto con el cambio de sección que hay al interior del núcleo. El otro cambio de sección vuelve al diámetro de 87mm, con 160 mm, aquí va situado el segundo manguito y después el segundo apoyo, estos están dispuestos de una forma análoga a la sección donde están puestos el otro manguito y el otro apoyo. Por último se tiene el cambio de sección que nos devuelve al diámetro de 85mm donde se ubica el otro cojinete. Todo el árbol con sus cambios de sección tiene un total de 660mm. Existe un árbol diferente, es más largo. Este árbol va situado en la maza bagacera (la que se encuentra más abajo) y es el encargado de recibir la potencia del motor reductor por medio de un acople. Los cambios de sección fueron adicionados para prevenir movimientos axiales del sistema árbol-masas.
Figura 74: árbol
11. APOYOS Los poyos de los molinos tradicionales, en esencia son bujes de bronce lubricado que no cuentan con ningún tipo de refrigeración, en la búsqueda de la mejor del sistema por uno más eficiente y confiable, se pensó en utilizar apoyos enfriados por líquido. Al principio se había adoptado la idea de una tesis de Luis Esteban Sánchez Muñoz en donde se propone un apoyo con canales internos, un intercambiador de anillos rectos, esta concepción inicial se modificaría para conseguir un intercambiador de calor con una espiral por la cual viajaría el líquido refrigerante al cual se le transfiere el calor producido por los apoyos, líquido que después se enfriaría y volvería a pasar por los apoyos con la ayuda de una bomba. Al ir avanzando en el proyecto se decidió que se utilizaría el mismo principio pero con un diseño diferente, en el cual se utilizarían materiales más accesibles comercialmente, que resultarían más baratos de maquinar, y con mejores 92
prestaciones para sus funciones, también se optó por disminuir el número de piezas para tener más solides en el apoyo y disminuir el riesgo de fugas de líquido refrigerante que puedan interferir en el buen funcionamiento del apoyo o que puedan contaminar el jugo extraído de la caña. El diseño de los apoyos se vio afectado en varias ocasiones debido a que cualquier modificación hecha a los árboles o cureñas los afectaba directamente, y además de que nos veíamos restringidos al uso exclusivo de los cojinetes de deslizamiento que ya se había comprado. Factores importantes como la longitud del árbol que debía reposar sobre los apoyos fueron lógicamente determinantes a la hora de dimensionar el sistema, en diseño generalmente se recomienda que la longitud del árbol que reposa sobre los apoyos debe ser 1.6 veces el diámetro del árbol por cuestiones de espacio reducido y debido al gran diámetro del eje se tuvo que utilizar como longitud lo equivalente al diámetro, cosa que es aceptad, así pues la longitud del apoyo debería ser al menos 89 mm, esto es lo mínimo que se necesita para su buen funcionamiento. En el sistema de apoyos que recibimos a principio de semestre teníamos el árbol apoyado en solo dos cojinetes de deslizamiento, cada uno con un ancho de 30 mm, ahora tenemos el mismo tipo de cojinete pero ya son 4 los que reciben los esfuerzos del árbol.
Figura 75:Apoyos Los elementos componentes de los poyos en total son 9 que se pueden asociar en 4 grupos según su función:
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Figura 76: Emsamble de apoyo
11.1 CARCAZA 1.1. carcaza interior: es la que primero se ensambla sobre el árbol y por ende es la que queda al interior de la máquina. Al igual que la carcasa exterior, está compuesta por dos piezas soldadas entre sí por medio de GMAW con un electrodo de E7018, una de las partes es la que llamaremos arandela de sujeción, consiste en una lámina de A 36 con 10 mm de grosor recortada en forma circular, la parte exterior tiene un diámetro de 170 mm, como no necesita ser demasiado precisa , este corte se puede hacer con plasma, el diámetro interior por su parte necesita de algo más de precisión, lo que lo que se hace para evitar tornear todo el agujero que se necesita, un total de 118 mm, se realiza un agujero de diámetro 110mm con plasma y luego en el torno se máquina hasta llegar al diámetro final de 118mm; el otro componente consta de una barra de AISI 1518 de diámetro externo 118mm , diámetro interno 80 mm y una longitud de 95mm, esta se refrenta en el torno hasta que quede de 92.95mm a continuación se tornea un agujero de diámetro 113mm por una distancia de 5 mm, luego ira una sección con diámetro 108mm con un largo total de 76.95mm y por ultimo una sección con diámetro 85.5mm y 16.1mm de largo, en esta sección irán ubicadas 2 “estrías” por si decirlo, que servirán como obturadores del apoyo, evitaran que pase mugre y fluidos externos que puedan dañar los cojinetes de deslizamiento, estas estrías tendrán una geometría triangular, esto debido la facilidad de maquinado puesto que los buriles de punta triangular son los más comunes, la abertura del triángulo o vértice superior tendrá un ángulo de 60° y tiene una altura de 1.7 mm, la primera se encuentra ubicada 2 mm del borde exterior de la barra perforada y el otro a 2 mm del anterior. las carcasas van acopladas entre sí, en este acople, en esa sección se recomienda un ajuste h6/G7. 94
1.2. carcaza exterior: es la última parte en ser montada de los apoyos y siempre miran la parte exterior de la máquina, es la tapa que encierra todo el sistema del apoyo, al igual que la carcasa interior es comprendida por dos partes, la arandela de sujeción, del mismo tipo que hablamos anteriormente, y el cilindro en sí, estos dos componentes también irán soldados, el cilindro también se realiza a partir de una barra perforada de AISI 1518 con diámetro exterior 118mm y diámetro interior de 80mm, una longitud de 27 mm, esta pieza se maquina en torno , primero se refrenta para garantizar su longitud final de 26.7mm, después se desbasta su diámetro exterior hasta dejarlo de 113mm en el trayecto de 5mm, luego se amplía el agujero hasta 108 por una distancia de 21,1mm, a continuación viene la sección de 85mm de diámetro y 16mm de largo en donde van las estrías, estas cuentan con las mismas características que las hechas en la carcasa interior. nota: las arandelas de sujeción tienen perforaciones por las cuales irán los tornillos que permiten asegurar el apoyo a las cureñas y acoplar bien el apoyo, por lo tanto cada apoyo tiene 2 arandelas de fijación y cada árbol contaría con 4, para garantizar co- axialidad de las carcasas, se recomienda perforar en paralelo las 4 arandelas correspondientes a un mismo árbol. debemos resaltar para que las cabezas de los tornillos no tengan contacto con la parte más sobresaliente del apoyo, las perforaciones se deben hacer a 12mm del diámetro exterior. 2. cojinetes y buje de cojinete : los cojinetes de deslizamiento ya habían sido conseguidos y por ende había que utilizarlos, contamos con un cojinete PCM 809030b que cuenta con las siguientes características:
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Tabla 13 Datos del eje
Las dimensiones del cojinete son las que tenemos a continuación:
Tabla 15 datos del cojinete
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La velocidad de deslizamiento del eje en ese punto es de 0.10 metros por segundo, por lo tanto los cojinetes son capaces de soportar el árbol con esa velocidad, vemos que las cargas están entre los rangos aceptables y que la temperatura de funcionamiento cubre el rango de temperatura máxima y mínima de funcionamiento de los apoyos. Para garantizar que no hayan movimientos axiales respectivos entre el intercambiador de calor y el cojinete, se dispuso que los cojinetes estuvieran en los topes, contra las paredes de las carcasas y se colocó un buje entre los dos cojinetes para evitar que se junten, el buje separador de cojinetes se realiza en SAE 64, con un diámetro exterior de 90mm e interior de 86mm, se ha escogido este material debido a su buena transferencia calorífica, esto le ayuda a los cojinetes a transferir el calor generado por fricción hacia el intercambiador, este elemento se realiza a partir de una barra perforada de SAE 64 de 3⅟₂ " de diámetro exterior, 2⅟₂ " de diámetro interior, y 3" de largo, el maquinado en torno nos asegura su concentricidad con el intercambiador y la carcasa evitando así que el buje tenga contacto con el árbol.
3. intercambiador de calor: el intercambiador de calor se había pensado en realizarlo con AISI1020, pero por su baja taza de transferencia de calor y su alta corrosión, se decidió cambiar de material, los bronces son muy utilizados en intercambiadores de calor, gracias a sus propiedades térmicas, y su muy baja corrosión ante agentes químicos, de ahí surgió la idea de utilizar un cobre para el intercambiador de calor, de los cobres más comunes y que se pueden conseguir en forma de barras perforadas es el SAE 64, las ventajas térmicas del SAE son muy grandes, empezando por su coeficiente de expansión térmica, al tener un valor más grande que el del 1020, nos facilita las condiciones de montaje en las carcasas, ya que apenas sea sometido a calor, el intercambiador se expandirá dentro de la carcasa que tiene un coeficiente menor, y me proporcionar un bloqueo que me asegurara tanto el intercambiador como el buje y los cojinetes de deslizamiento, el intercambiador consiste en un cuerpo cilíndrico recubierto por una hélice que se encargara de distribuir el calor el calor al líquido refrigerante, se realizara a partir de una barra perforada de SAE 65 de 4 ⅟₄"de diámetro exterior, 2 ⅟₂ " de diámetro interior, y 3"de largo, primero se tornea el agujero de 90mm y luego se realiza la hélice, cuyo grosor de aspa es de 1.6mm y tiene un paso de 6.6mm. se utiliza un ajuste f7/H7 con respecto a la carcasa, esto nos garantiza un fácil montaje pero que al momento de funcionamiento el intercambiador se expanda
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lo suficiente para proveer un bloqueo. Con respecto a los cojinetes tendremos un F8/h6.
4. sellos y sistema de obturación: los sellos serán realizados en caucho bonificado con asbesto, es de carácter comercial y viene en presentaciones de láminas de ³⁄ ₃₂”x 59” x 60”, al tener las láminas se procede a recortar los
empaques, los empaques de carcaza tienen un diámetro exterior de 108mm y un diámetro interior de 90mm, los empaques del intercambiador tienen por su parte un diámetro exterior de 118mm e interior de 108mm, para su corte se recomienda utilizar tijeras de latonero y una plantilla metálica con las medidas para garantizar uniformidad en el corte. 4.1. El sistema de obturación por su parte, esta entendido por las estrías que servirán de trampa para el polvo y suciedad, y ms aun cuando en el montaje se empavona de grasa las estrías para así atrapar y retener el mugre que pueda entrar al apoyo, creando así una película protectora.
Figura 77: Dimensiones del cojinete
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El montaje sobre el árbol es el siguiente: primero se inserta uno de los empaques del intercambiador en la carcasa interior de tal modo que quede bien apoyada en el fondo del intercambiador, luego se inserta el intercambiador apoyándolo sobre el empaque, después se insertan el primer cojinete que apoya directamente sobre la carcasa, le sigue el buje de fijación y por último el segundo buje, luego se coloca el empaque de carcaza en su posición y en la carcasa exterior se ubica el otro empaque de intercambiador, para finalizar se unen la carcasa interior y exterior, se debe asegurar que los huecos de los tornillos casen , luego se monta el apoyo sobre el eje, ya teniendo todo el sistema ensamblado, procedemos a montarlo en l cureñas o brazos y apretamos los tornillos para asegurar la integridad del apoyo y fijar el árbol a la cureña. El desensamble es el proceso contrario, aunque primero es recomendable desmontar los piñones de los árboles. Este tipo de cojinetes no requieren lubricación, pero se suele usar grasa para colaborarle con la refrigeración del apoyo y para que en caso de una filtración de líquidos corrosivos, no afecte mucho el cojinete.
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12. MONTAJE GENERAL DE LA MAQUINA 12.1 BASE CUREÑAS: Se monta la base sobre la estructura o bancazo mediante los pernos 12.2 CUREÑA: Monta las cureñas tanto internas como externas sobre la base por medio de los pernos. 12.3 ENSAMBLE DE LAS MAZAS: 12.3.1 Sub-ensamble 1: El primer sub-ensamble comprende la camisa, el núcleo y los aros cónicos externos. 12.3.2 sub-ensamble 2: Sobre el eje se monta un aro cónico interno. 12.3.3 Sub-ensamble 3: Consiste en unir el sub-ensamble 1 y 2, para posteriormente introducir el aro cónico interior faltante, para proceder al apriete del juego de aros cónicos NOTA: El anterior ensamble total de mazas es aplicable a la maza cañera y bagacera, al igual que a la cuarta maza y superior, tan solo que a estas dos últimas se agregan dos retenedores axiales, a ambos extremos de la maza al final del ensamble. 12.3.4 Sub-ensamble 4: Luego de haber hecho los anteriores sub-ensambles, se procede a montar los apoyos al extremos de los ejes. NOTA: Ensamble apoyos 12.4 SUB-ENSAMBLE MAZA BAGACERA-CUREÑAS: Se monta el ensamble total de la maza bagacera sobre el cuerpo fijo de la cureña mediante los apoyos que son pernados directamente a la cureña. 12.5 SUB-ENSAMBLE RASPADORES-CUREÑA: El raspador se fija al eje del mismo, mediante tres pernos hexagonales (se hacen las perforaciones a las dos placas juntas para garantizar alineación). Luego se procede a posicionar el eje del raspador con las ranuras de la cureña para posteriormente fijar un pasador que va roscado a una perforación interna igualmente roscada, en los extremos del eje.
100
12.6 SUB-ENSAMBLE VIRADOR-CUREÑAS: Se monta la placa sobre el eje virador mediante cinco pernos, luego se monta el virador sobre el extremo opuesto de la placa mediante cinco pernos. Después se monta el buje sobre el eje con un ajuste de apriete Ø9.525mm H7/j6 y luego se montan ambas piezas a la perforación de la cureña con un ajuste de deslizamiento Ø11mm H7/f7, finalmente se acoplan dos fijadores a los sistemas del eje, que se unen con dos pernos hexagonales a cada lado del fijador. 12.7 SUB-ENSAMBLE BRAZO LATERAL-MAZA CAÑERA- CUREÑA: Se posicionan las láminas tanto internas como externas de los brazos laterales y se sujetan con el pivote que será fijado mediante pines a ambos lados de este. Se procede a montar la maza cañera y pernar los apoyos a los brazos laterales luego se posicionan los pivotes del tensor que van a cuerpo fijo y se fijan con pines a ambos lados para finalmente atravesar los brazos con una barra perforada que hacen la acción de pivote en los mismos y se fijan con pines a ambos lados 12.8 SUB-ENSAMBLE BRAZO SUPERIOR-MAZA SUPERIOR-CUREÑAS: Primero se debe montar en el suelo el eje, con la placa, seguido de la placa interna del brazo, luego el portacojinete y el raspador se posicionan en la ranura del brazo superior. Finalmente la placa exterior del brazo, y la placa con los agujeros y se aprietan los pernos. Luego se posicionan todo el conjunto anterior en el agujero del pivote del brazo superior, se atraviesa el pivote y se ajustan los pines. Posiciona el tensor entre las placas del brazo superior, se coloca el pasador y se ajustan los pines. Se posiciona el acople inferior del tensor mayor entre las placas de la cureña, se coloca el pasador y se ajustan los pines.
12.9 EMSAMBLE 4 MAZA: Se posiciona la placa con agujeros, el ajuste en forma de U en el suelo, luego se monta en la cureña, seguido de la placa interior de la cureña, el portacojinete y la exterior de la cureña, luego se ensambla el ajuste en forma de U con barras perforadas, y se pasan los tornillos que ajustan la placa exterior de la cureña y se coloca la placa exterior con agujeros que unen el conjunto luego de subir o bajar la maza de acuerdo a el setting.
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13. COTIZACIÓN
Tensores
DESCRIPCI N Barras perforadas superior Tensor Menor Barras perforadas inferior tensor menor Barras perforadas superior tensor mayor Barras perforadas inferior tensor mayor Láminas de soporte lateral tensor menor Láminas de soporte lateral tensor mayor
CANT
Tuercas tensor mayor Tuercas tensor menor Vástago de tensor menor Vástago tensor mayor Barra de tuerca tensor menor Barras de tuerca tensor mayor Porta raspador: Lámina que le da soporte al raspador y se encarga de sujetarlo en la cureña
4
MATERIAL
ESPECIFICACI N
AISI 1518
De:1 1/4" Di:1" x 41mm De:1 1/4" Di:1" x 60mm De:2 1/2" Di:2 1/4" x 41mm De:2 1/2" Di:2 1/4" x 60mm 5/16" x 14mm x 49mm 5/8" x 26mm x 83mm
2 2
AISI 1518
2
AISI 1518
2
AISI 1518
4
ASTM A-36
4
ASTM A-36 G2
M20 x 1.5
G2 4
COSTO
$7810
$7530.3 $20452 $513.6
M12 x 1.25 $1111.04
4
G2
M12 x 1.25 x 40mm $3228.96
4
G2
M20 x 1.5 x 40mm
4
AISI 1020
D 27 x 8mm $2700
4
AISI 1020
D 50 x 13mm $ 8684.28
ASTM A-36 2
430mm x 50mm
Raspadores Raspador
2
ASTM A-36
250mm x 80
$7593.67
Tornillo Hexagonal
6
G2
5/16-18 UNC x 1''
$486
Tuerca Hexagonal Placa que sujeta el virador con el eje
6
G2
5/16- 18
$180.18
1‟‟ x 260mm x
2
ASTM A-36 102
100mm
$25842.24
5/16‟‟ x 250mm x
Viradores
Virador
2
ASTM A-36
150mm
Eje viradores
2
ASTM A-36
Barra 3/4 „‟ x
AISI 1518 Carcasa lado 1
8
Apoyos Carzasa aro de sujeción *Cojinetes de fricción de deslizamiento en seco de materiales compuestos. Referencia PCM 859030 B
*Mazas
*Ejes
*Manguitos de fijación
AISI 1518 16
16
Camisas fundidas (incluye las mazas alimentadoras)
24
Núcleo de las mazas
4
Eje maza mayal Ejes de las mazas: cañera, bagacera y alimentadorapreparación
Di 85 mm; De 90 mm, B 30 mm. Dexterno 220 mm x Dinterno 140 mm x 220 mm. Barra perforada Dexterior 150 mm x Dinterno 100 mm x 270 mm
$53859.96 $354526.48
$750000
Fundición Gris Centrifugada
$125000
SAE 1518
$107155
D 3 1/2 x 820 mm
1
$417600 $1000500
3
Pieza que va en contacto con el eje: Dexterno 123 mm x Dinterno 85 mm mm x L 70 mm 8 Pieza que va en contacto con el eje: Dexterno 123 mm x Dinterno 85 mm mm x L 70 mm
De 118mm x 26.1mm Di 80mm De 118mm x 85.9 mm Di 80mm
$12656.25
8
D 3 1/2 x 615 mm Barra perforada Dexterior 125 (132) mm x Dinterno 80(71) mm x 72 mm Barra perforada Dexterior 125 mm x Dinterno 80 mm x 43 mm 103
AISI SAE 4340 bonificado
$458524.8
$285629.12 Barra perforada SAE 1518
*Cureñas
2 Paredes en lámina doble 1 Brazo basculante de la maza de alimentación. en lámina doble 1 Brazo basculante que soporta la maza móvil del paso de compresión bagacero. En lamina doble. Pivotes de los Brazos basculantes. Estos pivotes tienen además la función de ser separadores de las paredes del bastidor principal.
5/16" x 1,20 m x 2,40 m ó 3/8" x 1,20 m x 2,40 m
2
$783000
• Pivote de la maza
de
ASTM A - 36
alimentación
1
• Pivote de la maza
Barra de D 51" x 2.6 m
SAE AISI 1016
movil del paso de compresión bagacero • 2 Pivotes del tensor
Recolector de jugo
del brazo de compresión bagacero (uno en la base y otro en el brazo) 2 Separadores adicionales de las paredes de la cureña Lamina frontal recolector Lamina recolector
lateral
Lamina recolector
inferior
Bandeja de salida
Lamina salida
Bandeja de entrada
Lamina bandeja de entrada
1
Barra de D 5/8" x 1.5 m
2
1/8"x300mm x410mm
2
1/8"x300mm x550mm
1
1/8"x160mm x170mm
1
1/8"x320mm x520mm
AISI 304
1
1/8"x290mm x300mm
AISI 304
bandeja
104
SAE AISI 1016 $58550.00 AISI 304 $78470.00 AISI 304 $6460.00 AISI 304 $39650.00 $20730.00
(Portacañas) Lamina soporte bandeja entrada Brazo tubular soporte bandeja entrada
1
1/8"x170mm x300mm
1
D32mmxd2 0mmx770m m
Motorreductor Total Tabla 16 cotizacion
105
$3436.00 ASTM-A36 $16292.86 AISI 1518
14. CONCLUSIONES En lo que concierne al trabajo de avance de 14 semanas se mejoró en los siguientes aspectos: -
-
Un moto reductor que nos entrega la potencia y la velocidad óptima para el funcionamiento de la maquina Una estructura en perfilería cuadrada donde va soportado la fuente motriz y el molino Un mejoramiento del sistema de regulación de las mazas móviles Rediseño de la forma, posicionamiento y regulación del raspador Se reforzó la estructura de la cureña de tal forma que soportara las cargas generadas por la molienda, principalmente donde se podrían presentar deformaciones, fallas, desalineamientos, etc. Rediseño de la forma, regulación y posicionamiento de los viradores Unos reguladores axiales para evitar la salida de la caña en dirección axial al momento de los pasos de extracción. Pin de montaje en las mazas para asegurar que el ensamble camisa-núcleo sea más funcional. Verificación del par de apriete de los aros cónicos frente al par esperado por el molino.
La configuración de todos estos aspectos en el molino permite la disminución considerable del porcentaje de salpique y un aumento considerable de los litros extraídos por molienda.
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15.BIBLIOGRAFÍA
E. HUGOT. Manual Para Ingenieros Azucareros. Francia: 1950. 771 p. Arango. Jorge Enrique. Tolerancias, Ajustes y Acabados Superficiales. 1998.
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