"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica”
Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático
Universidad San Pedro” Escuela Académica Proesional de In!enier"a #$ecánica eléctrica” In!eniero% “
HUGO LLENQUE TUE Tema:
!TOL !TOL# $E #L#%E&ENT #L#%E&ENTO' O'
(I UNIDAD)
Estudiantes: DISEÑO MECANICO:
JAUREGUI QUISPE ROGER.
1
ING: HUGO LLENQUE TUME
"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” %H&(OTE)*E+U
INTRODUCCIÓN En la industria, se llevan a cabo constantes innovaciones, debido al mercado camb cambia iant nte e y las las nece necesi sida dade dess del del mism mismo; o; las las empr empres esas as debe deben n ser ser más más compet competiti itivas vas,, más product productiva ivas, s, tener tener mejores mejores estánd estándares ares de calida calidad, d, para no perder clientes y asegurar un desarrollo sostenible. Debido a que las empresas en nuestro país están comenzando a desarrollar automatizac automatización ión y mejoramiento mejoramiento de sus procesos, procesos, a todos los los niveles. niveles. Se ace nece necesa sari rio o desa desarr rrol olla larr máqu máquin inas as y disp dispos osititiv ivos os que que mejo mejore ren n los los proc proces esos os industriales industriales y generen generen productos productos más omog!neos omog!neos,, en un menor tiempo tiempo y a un costo más bajo. "n sector en especial es el de producción de alimento para animales, donde los procesos de dosi#icación en peque$as empresas son muy artesanales. Es aquí dond donde e este este trab trabaj ajo o se ace ace nece necesa sari rio, o, con con el desa desarr rrol ollo lo de una una máqu máquin ina a dosi#icadora, para garantizar el mejoramiento de los procesos industriales de estas empresas. % continuación se muestran todas las consideraciones para el dise$o de una máquina, se realiza una simulación para con#irmar el #uncionamiento, de la misma y se muestran otras consideraciones que se tienen en cuenta para el dise$o de una tolva de almacenamiento.
DISEÑO MECANICO:
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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL
Dise$ar, modelar y simular un sistema de tolva de almacenamiento..
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
& & &
Dise$a Dise$arr un tipo tipo de tolva tolva que se se acomode acomode a los los tipos tipos de mate materia riall a dosi#i dosi#icar car 'bte 'btene nerr unos unos cál cálcu culo loss de dise$ dise$o o de tolv tolva. a. (er (er la simul simulaci ación ón media mediante nte soli solid)o d)or*. r*. El El #unci #unciona onamie miento nto
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DOSIFICADORES
El dosi dosi#i#ica cado dorr es una una erra errami mient enta a primo primordi rdial al para para una una empr empresa esa o proce proceso so productivo, su #unción primordial consisten en llenar o proveer de producto en una cantidad determinada, durante un ciclo de tiempo. +os dosi#icadores en general están constituidos constituidos de partes -omo se muestra en la #igura / & & &
0olva lva de de alm almac acen enam amie ient nto. o. Sist Sistem ema a dos dosi#ic i#icad ador or 1oqu 1oquililla la o tub tubo o de de desc descar arga ga
Estas partes, pueden variar en dise$o, dise$o, de acuerdo al producto a dosi#icar, la #orma como se determina la cantidad a descargar; ya sea por peso o por volumen y la cantidad de material a dosi#icar. d osi#icar. 2ig. 3artes de un dosi#icador dosi#icador
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” -uministro de *roducto
Tol,a
-istema de $osi.caci/n (o0uilla *roducto dosi.cado
Tolva
+a tolva recibe el producto de la línea de producción ya sea por una banda transportadora,
por
transportador
o
un
tornillo
descargándolo
manualmente. +a #unción principal de la tolva es mantener producto en su interior para ser dosi#icado.
Sistema dosii!ado"
El sistema de dosi#icación es la parte más importante del dosi#icador en conjunto. Este se encarga de determinar y medir la cantidad de producto que se va a retirar de la tolva, para pasar al siguiente proceso que es el empaque. +a medición se puede realizar de dos #ormas/ por volumen o por peso, seg4n las características del producto y el grado de e5actitud que se requiera.
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Bo#$illa o t$%o de des!a"&a
+as boquillas o tubos de descarga son los encargados de impedir que el producto que sale dosi#icado no se riegue o desperdicie, y se direccione correctamente a la bolsa o empaque. 0ambi!n evita riesgos al operario, que tenga un contacto directo con otras partes de la máquina y en productos altamente volátiles que el operario inale el producto.
Clases de dosii!ado"es. Dependiendo de características como el proceso que realizar para obtener la medida del producto se puede clasi#icar en dosi#icadores volum!tricos o por peso, esto principalmente viene dado por características propias de los productos, que acen que sea más sencillo utilizar uno de estos m!todos para obtener dosi#icaciones precisas, reduciendo costos y tiempos en la dosi#icación .
2ig. 6 -lasi#icación de m!todos de dosi#icación $osi.cadores
D
$osi.cadores ,olumétricos
$osi.cadores por peso
os ii !a
$osi.cadores de li0uidos
$osi.cadores de 1om1a
$osi.cadores de tornillo sin ).n
d
$osi.cadores de ,asos telescopicos
etodología de apro2imaciones
o"es vol$m't"i!os .
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étodo estadístico
"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” Son utilizados principalmente para dosi#icar productos omog!neos en sus características #ísicas, #orma, tama$o y peso, como líquidos viscosos, polvos, algunos cereales y granos.
Dosii!ado" de l(#$idos) Estos dosi#icadores están constituidos principalmente por una válvula de bola y por una bomba dosi#icadora 7pistón y cámara de dosi#icado8. Se utilizan 4nicamente para dosi#icar productos y sustancias líquidas de #ácil #luidez, como el agua, las gaseosas, la lece, jugos y otros de similares características .
Dosii!ado"a de %om%a. Son utilizados para dosi#icar sustancias viscosas y pastosas, de di#ícil #luidez y conducción por tubos y ductos, como son las grasas, las ceras, los pur!s, las mieles, las salsas entre otros.
Dosii!ado" *o" to"+illo ,si+(+-. +os dosi#icadores de tornillo sin 9 #in son utilizados para dosi#icar arinas y polvos granulados en general, pastas, cremas y algunos productos viscosos. En la #igura se muestra este sistema.
2ig. Dosi#icador volum!trico de tornillo sin: #in
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En estos dosi#icadores el producto es evacuado de la tolva en la cantidad y tiempo deseados de acuerdo con el n4mero de revoluciones y la velocidad de giro del tornillo sin 9 #in, el motor o mecanismo que acciona el tornillo es por lo general un moto reductor. El removedor o agitador es el encargado de #acilitar el trabajo del tonillo, evitando taponamientos en la tolva.
Dosii!ado" de vasos teles!.*i!os. +os dosi#icadores de este tipo están constituidos básicamente por una tolva de almacenamiento, dos agitadores y su motor reductor, un tambor de vasos y su motor reductor, y un embudo de caída.
2ig. Dosi#icador volum!trico de vasos telescópicos 2uente/ anual Del ?ngeniero @uímico, se5ta edición,
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+os dosi#icadores de este tipo 4nicamente pueden dosi#icar productos granulados.
Dosii!ado"es *o" *eso) Este tipo de dosi#icadores se utilizan cuando las características #ísicas y de #orma del producto son bastante eterog!neas, que no permitan dosi#icados en cantidades iguales. Aeneralmente se dosi#ican por peso productos de geometrías eterog!neas como los pasabolas tipo snac*s B papas #ritas, patacones #ritos, trocitos, cicarrones y otros más. Estos dosi#icadores permiten obtener cantidades dosi#icadas con menor porcentaje de error en el peso neto que los volum!tricos. El peso es censado por medio de sistemas electrónicos, el elemento principal se denomina c!lula o celda de carga que es el encargado de convertir la #uerza aplicada en una se$al el!ctrica. +a cual es enviada al sistema de control, donde se ace el control de dosi#icación de la máquina. En la industria e5isten dos m!todos de controles
por peso utilizados
generalmente; m!todo de apro5imaciones y el m!todo estadístico.
/'todo de a*"o0ima!io+es/ En este m!todo la acción de control se e#ect4a sobre el sistema de alimentación de producto acia la balanza, veri#icando la di#erencia entre el peso re#erencia y la cantidad en la balanza; aunque la teoría de control permitiría el tratamiento de la di#erencia con base en los m!todos comunes/ proporcional, derivativo, integral, o
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” sus respectivas combinaciones, la alta velocidad del sistema no permite su utilización.
DISPOSITIVOS DE A1UDA PARA EL FLUJO
Debido a que mucas veces los productos granulados tienen di#icultades para #luir de los recipientes que los contienen, se ace necesario implementar sistemas de ayuda para generar #lujo, entre estos m!todos podemos encontrar los de tolvas vibratorias, alimentadores de tornillo sin#ín, alimentadores por banda, de banco, alimentadores vibratorios y alimentadores de estrella. Dependiendo de características como el dise$o y geometría del depósito de almacenaje, se pueden presentar los siguientes modos de #lujo/ 2lujo de embudo y 2lujo de masa.
Tolvas vi%"ato"ias.
Se usan para ampliar la abertura de los depósitos de
almacenamiento y provocar el #lujo al romper los puentes #ormados por el material. E5isten dos tipos de tolvas vibratorias/ &
Airatorias/ En las que la vibración se aplica perpendicularmente al canal de #lujo
&
0orbellino/ El proporcionar una elevación y una oscilación al material rompe los puentes que se #orman.
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” Alime+tado"es vi%"ato"ios . Estos alimentadores tambi!n proporcionan un #lujo uni#orme a lo largo de una abertura ranura da de longitud limitada. 3ueden presentar problemas para productos pegajosos.
/ATERIALES EN EL DISE2O /EC3NICO4 En el dise$o de cualquier máquina o dispositivo es importante conocer las características #ísicas, químicas y mecánicas de los materiales que se usarán con el #in de conocer/ a8. El comportamiento, ante estas variables que presentara en el medio de trabajo el equipo dise$ado. b8. El momento o las condiciones en que pueden presentar #allas o cambios drásticos en el material. -. +os cuidados o recomendaciones que se deben tener en cuenta para su utilización.
P"o*iedades (si!as. +as propiedades #ísicas de un material dependen de su estructura. Describen características como el color, conductividad el!ctrica o t!rmica, magnetismo y comportamiento óptico. +as cuales por lo general no se alteran cuando se aplica una #uerza en el material.
P"o*iedades me!5+i!as. Describen la #orma en que un material soporta #uerzas aplicadas, incluyendo #uerzas de tensión, compresión, impacto, cíclicas o de #atiga, o #uerzas a altas temperaturas. % continuación, se de#inen las que más nos interesan en el desarrollo de nuestro trabajo/
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” Clasii!a!i.+ de los mate"iales . +os materiales para el dise$o mecánico se clasi#ican generalmente en cinco grupos/ metales, cerámicos, polímeros, semiconductores y materiales compuestos. +os materiales de cada uno de estos grupos poseen estructuras y propiedades distintas. Se pueden clasi#icar los materiales para el dise$o mecánico de la siguiente #orma
-lasi#icaciones de los materiales en el dise$o mecánico
/edido"es de +ivel e+ s.lidos) +a importancia en el control de conocer el nivel de un #luido, está basado en que gracias a !l podemos tomar decisiones, para que el sistema opere continuamente.
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3er#il de un producto granular en un deposito
3ara el caso de sólidos granulares 7similares a los #luidos8 entre los puntos claves en la medición del nivel, se encuentran/ & & & &
3roblema de de#inir el nivel. Co tiene por qu! e5istir una 4nica super#icie orizontal Si el mecanismo se encuentra en ciclo de carga o descarga o ambos. +a posición de entrada y salida del material.
-on estos datos se puede acer una idea del per#il e5istente en el depósito, y así saber dónde colocar los sensores, y que parte del per#il se mide concretamente. Se puede apreciar en la #igura , un ejemplo de per#il tomado por un material en un depósito con entrada y salida.
2ig. 3er#il tomado por un material en un depósito
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3artículas peque$as 7como los lubricantes8, se deslizan entre los poros de las partículas grandes disminuyendo los espacios vacíos. 3or lo anterior, el empaquetamiento se puede e5presar en t!rminos de porosidad, espacios vacíos y densidad aparente.
CRITERIOS DE SELECCIÓN 1 C3LCULOS
Durante todo el proceso de desarrollo del proyecto, se estudiaron di#erentes m!todos de dosi#icación; al #inal de este proceso, se elige el que cumpla con una producción mínima y má5ima, que sea sencillo para implementar, de bajo costo, y que genere menores gastos de adquisición, #uncionamiento y mantenimiento. 3ara con#irmar los dise$os realizados, se elaborarán modelos para ver su #uncionamiento y viabilidad de dise$o.
C3LCULO 1 DISE2O DE LA TOLVA
Debido al tipo de material que se va a manipular con la máquina dosi#icadora 7alimento para animales8 y a su capacidad de dosi#icación, la tolva debe cumplir los siguientes requerimientos/ &
El material de la tolva no debe reaccionar químicamente con el alimento.
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” &
El material de la tolva debe impedir la proli#eración de contaminantes biológicos.
&
El material de la tolva no debe reaccionar químicamente con el producto de limpieza y desin#ección.
&
El material de la tolva debe ser resistente a la #ricción con el alimento.
&
+a capacidad de la tolva debe permitir almacenar un bulto de FGg.
&
+a tolva debe soportar el peso del bulto de alimento sin de#ormarse.
&
+os ángulos de salida de la tolva, deben ser tales que no se deje acumular alimento a dica salida.
&
@ue sea desmontable para su limpieza y mantenimiento.
&
@ue se pueda #ijar apropiadamente a la máquina dosi#icadora, para garantizar una alimentación continua a esta.
&
Dentro de la tolva el producto debe tener un #lujo constante que #acilite su evacuación
. 2lujo del producto dentro de la tolva
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3ara mantener una buena alimentación de la tolva a la etapa dosi#icadora, se dejan cuatro salidas, que tendrán la con#iguración mostrada en la #igura 69b. 3ara reducir el deslizamiento del producto, se realizaron pruebas, y se determinó que a un ángulo 34 45 grados 7ver #igura 6H8, el producto no se atasca a la salida de la tolva. 3ara garantizar un #lujo continuo del producto dentro de la tolva, se tomó una inclinación de 34 60 grados.
3+&$lo de la Tolva)
Se desarrolla un dise$o de salida con #orma cuadrada con una disposición de boquillas de salida, el tama$o de la tolva viene dado por el volumen que ocupan F*g del producto, incrementado por el volumen ocupado por las boquillas.
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!5l!$los) 3ara calcular la densidad del producto que se maneja, se ace por medio de un volumen #ijo, donde se toman varias mediciones de peso de producto que puede contener. 3ara un recipiente con las siguientes medidas/ %lto .cm, largo .H y anco . Dando un volumen de 6.Icm Despu!s de varias mediciones del peso del producto contenido en este recipiente y descontando el peso del recipiente se obtienen los datos mostrados en la tabla
0abla . >ediciones de peso para el material en un volumen determinado con sus características estadísticas.
/EDICIONES DEL PESO AL /ATERIAL 3ES' -'C 3ES' S?C >ED?-?'CES
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” dato má5imo rango de datos suma de los datos mediana
F, J, 6.II,FF JH, 6.6J
Error Estándar De +a >edia
I, J, 6.HJ,FF IJ, 6.6J
Seg4n la tabla , obtenemos que/ m K II.FIg 7media de las mediciones sin el recipiente8. 54 V 4 532,17cm3 4 0,70 g
cm
Donde L es la densidad del producto, m es el promedio de masas calculadas y ( es el volumen del recipiente contenedor. +a densidad promedio del producto del producto es de 0,70 g
cm3
0eniendo la densidad del producto se puede calcular el volumen ocupado por F*g. Donde L la densidad es 0,70 g
v
=
m ρ
=
cm3 y la masa son F*g.
50 kg 0.0007 kgcm
3
-omo la tolva en este caso tendrá una sección transversal cuadra, el lado del cuadrado será de 6 cm. M para calcular la altura tenemos que/
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” V 4 Abase *h
Donde Abase es el área de la base y la altura.
71428,57cm3
V h4
4 40,49cm
4
Abase
42cm*42cm
+a sección transversal tolva tendrá la siguiente con#iguración 7#igura 6I8, una base de 6 cm N6 cm por una altura F.Jcm
2ig. 6I -on#iguración de la sección transversal de la tolva.
El volumen ocupado por las bocas dosi#icadoras será determinado por su #orma de tronco de pirámide. 1 V4
A B1 6 A B2 6 A B1 * A B2 !* H
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Donde A B1 "# "$ %&"' (" $' )'#", A B2 "# "$ %&"' (" $' '&' #+"&-& / H "# $' '$+&'.
441cm2 6 36cm2 6
V4
441cm2 *36cm2 !*10.66cm
V 41772.54cm3
Este será el volumen de una boca dosi#icadora. El volumen que tendrán las cuatro bocas dosi#icadoras será/ V s 41772.54cm3 *4 4 7090.16cm3
Se calcula la masa de producto para este volumen. m4V *5 3
*0.0007
cmKg 3 4 4.9631 Kg M 4 7090.16cm
3or lo tanto, el peso total de material que la tolva soportara será de .JHGg, que garantiza contener satis#actoriamente una carga de FGg, correspondiente al contenido de un bulto de alimento para animales.
>odelo de tolva cuadrada
DISEÑO MECANICO:
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a8 tolva completa
b8 1ocas de la tolva
A+5lisis *o" eleme+tos i+itos) El análisis por el m!todo de elementos #initos permite conocer el comportamiento de elementos bajo carga, con lo cual se puede determinar si !l tiene una respuesta acorde a los deseos del dise$ador. 1oca dosi#icadora de la tolva para análisis por elementos #initos.
Se observa que la pieza es sim!trica. Debido a esto y para no repetir cálculos se toma solo una de las cuatro salidas de la tolva para acer el análisis. 3or lo tanto de los F*g de producto, dividimos en para tener un valor del peso del producto sobre solo una de las bocas de dosi#icación. 50 Kg
&12.5 K g
6 DISEÑO MECANICO:
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” %ora tenemos que calcular el área que corresponde a una cara de la boca de dosi#icación que se escogió. -omo la #igura es un trapecio vista #rontalmente, tenemos que el área es A4 h 2
%K I.Icm6 2ig. F Orea de un 0rapecio 1
7
a
3or regla de tres se calcula el valor de la #uerza aplicado sobre esta cara de la sección de la tolva 12.5 Kg 2
P
4 175.37cm2 441cm
12.5 Kg *175.37cm2 P 4 441cm2 4 4.9 Kg
Este es el peso que corresponde al valor aplicado sobre el área que estamos estudiando. %ora calculamos la #uerza en Ce)ton sobre este segmento
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F 4 4.9 Kg *9.8m
s2
F 4 48.02 N
-omo la lámina se encuentra a HFP con relación a la orizontal, allamos las componentes de la #uerza 7ver #igura 8.
2ig.
Sobre el eje z tenemos/ 48.02 N *Cos60 4 24.01 N
Sobre el eje M tenemos/ 48.02 N * Sen60 4 41.58 N
-omo se realiza un análisis por elementos #initos con algo, se debe dividir la #igura en elementos más peque$os, para lo cual se ace una malla de FF elementos distribuidos uni#ormemente. DISEÑO MECANICO:
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” 3ara saber la carga que tiene cada nodo debemos dividir las componentes de #uerza que se obtuvo anteriormente entre el n4mero de nodos a los que se ven a#ectados por esta #uerza. Se toma JF nodos para la aplicación de las #uerzas y F para restricciones del modelo. %sí se tiene que las #uerzas aplicadas a cada nodo del modelo son/ Sobre el eje z/ 24.01 N 90
4 0.26 N
Sobre el eje M/ 41.58 N 90
4 0.462 N
Ara#ica en colores de desplazamiento
D?SEQ' DE+ D'S?2?-%D'<
DISEÑO MECANICO:
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” 3ara el sistema de dosi#icación, se dise$ó un disco giratorio, el cual posee unos agujeros, a los que se acoplan cilindros, con un volumen especi#ico, y que sirven para calcular la cantidad de producto a dosi#icar. Debido al tipo de material que se va a manipular con la máquina dosi#icadora 7alimento para animales8 y a su capacidad de dosi#icación, el disco dosi#icador debe cumplir los siguientes requerimientos/ &
El material del disco dosi#icador no debe reaccionar químicamente con el alimento.
&
El material del disco dosi#icador debe impedir la proli#eración de contaminantes biológicos.
&
El material del disco dosi#icador no debe reaccionar químicamente con el producto de limpieza y desin#ección.
&
El material del disco dosi#icador debe ser resistente a la #ricción con el alimento y con los otros elementos que tengan contacto con este.
&
+os cilindros del disco dosi#icador deben ser sim!tricos para que el producto manejado sea el mismo,
#acilitando llevar el control del volumen del
producto dosi#icado. &
El disco dosi#icador debe contener FFg de producto repartido en el n4mero de cilindros que contenga para la dosi#icación.
Dise7o de dis!o DISEÑO MECANICO:
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%l giro del disco con los cilindros, se tienen posiciones en las cuales se ace el llenado de los cilindros y en otros el descargue de los mismos. El sistema de dosi#icación se dise$a con bocas de alimentación, cada una con un cilindro de volumen determinado, para la cantidad que se desea dosi#icar, de la siguiente manera. 3ara dosi#icar por R de vuelta FFg; como se tienen boquillas dosi#icadoras, entonces el de producto por boquilla es de 6g.
Dime+sio+es *a"a los !ili+d"os El volumen de un cilindro es/ V 48*r 2 *h
Donde ( es el volumen de un cilindro, r es el radio y la altura. %ora necesitamos calcular el volumen que ocupan los 6g de producto 54
m9,
54 0,70 g
cm3
m 4125 g
obtenemos
m
DISEÑO MECANICO:
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V 4 0,70125 g gcm3 4178,5cm3
-on el volumen del cilindro (c que se requiere se calcula las dimensiones que se requieren del cilindro 7ver #igura 8. V c 48*r 2 *h
El radio r es cm con lo cual la altura . 178,5cm3 h4
8*!3cm'
2
4 6,31cm
2ig. Diagrama con medidas del cilindro.
Se a dispuesto que los cilindros dosi#icadores est!n con#ormado por dos partes 7ver #igura H8, para controlar el volumen ya que el volumen del producto puede variar por di#erentes causas 7#abricación, umedad, compresión etc.8.
Dise$o del cilindro dosi#icador.
DISEÑO MECANICO:
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3ara las partes que con#orman el cilindro dosi#icador se debe tener en cuenta que se utiliza un sistema que por medio de un roscado va a controlar el volumen del cilindro dosi#icador seg4n la necesidad. 7(er #igura I8 El tama$o de estas partes es equivalente a las de la #igura . 2ig. I 3artes del cilindro dosi#icador
a8 3arte con roscado e5terior b8 3arte con roscado interior
+as medidas de estos cilindros se encuentran en el ane5o E planos del dosi#icador.
Sele!!i.+ de mate"ial *a"a la !o+st"$!!i.+) Se seleccionó como material para los cilindros dosi#icadores, el acero ino5idable %?S? F 7ver ane5o %8, con un espesor de .J mm. .
DISEÑO MECANICO:
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” Dime+sio+es *a"a dis!o dosii!ado" 3ara el dimensionamiento del disco se tuvo en cuenta el radio de los cilindros que se acabó de analizar y la relación entre carga : descarga del sistema de dosi#icación. 3ara que no e5ista inter#erencia entre el momento que se est! aciendo llenado de los cilindros o descarga de los mismos, se debe disponer de un secuencia de carga 9 transición 9 descarga y viceversa. 7(er #igura 8 2ig. Diagrama de disposición de diámetros en el disco.
-omo se puede observar en la #igura , se necesitan H diámetros, para garantizar que cuando se est! cargando o descargando los cilindros de producto, no e5ista inter#erencia entre los dos procesos. El perímetro de una circun#erencia es/ s4r >
Donde s es el perímetro de la circun#erencia, r es el radio, y T es 6U.
DISEÑO MECANICO:
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Entonces, el diámetro de cada cilindro es de Hcm, multiplicándolo por H diámetros se obtiene/ 6cm*16 4 96cm
+uego s? 96cm
Donde/ 96cm r4
415.2cm
2*8 %pro5imando r 415cm
Sele!!i.+ de mate"ial *a"a la !o+st"$!!i.+) Se seleccionó como material para el disco dosi#icador, el acero ino5idable %?S? F 7ver ane5o %8, con un espesor de .J mm. .
A+5lisis del dis!o *o" el m'todo de eleme+tos i+itos) 3ara el análisis de la de#ormación del disco, debemos tener en cuenta la #uerza que ejerce el producto sobre este. +o primero que se calcula, es el área de contacto del producto con el disco. -omo el área de contacto, es igual a la boca de la tolva, y esta es una sección circular, el área de contacto se calculó así/ A 48*r 2 A 48*32 4 28.27cm2
DISEÑO MECANICO:
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” %ora se calcula el valor de la #uerza que se aplica sobre esta área en el disco. -omo la relación entre la carga y el área es proporcional, se calculó así la #uerza que se ejerce sobre el disco, en una boca de la tolva. 12.5 Kg
P 2
4 28.27cm2 1764cm
P 4 0.2 Kg
Donde p es el peso del producto sobre la lámina en una sola boca de la tolva. 0odos estos datos se llevan a S'+?DV'
DISEÑO MECANICO:
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” En las #iguras J 7a8 y J 7b8 se puede observar el resultado grá#ico. %l desplazar la carga del alimento sobre la placa giratoria, en dos posiciones consideradas críticas punto medio entre los agujeros y al acercarse a un agujero para la descarga del producto. -on estos resultados se observa que el dimensionamiento que tiene la lámina es adecuado, para que no presente una de#ormación durante su uso.
/oto" *a"a el dis!o dosii!ado") El primer paso para seleccionar un motor es determinar la carga y sus características de par. Wunto con estas características, se requiere in#ormación sobre las condiciones de operación del motor, que incluyen el entorno ambiental, el montaje, como se mueve
la carga y las
características carga:velocidad.
El motor del disco dosi#icador no debe usar productos de lubricación que químicamente reaccionen con el alimento, a4n sin estar en contacto directo con est!.
&
El motor no debe generar ruidos innecesarios en el #uncionamiento.
&
+a velocidad de salida del motor debe ser de apro5imadamente <3>.
&
El motor debe poder manejar la carga generada por el disco dosi#icador.
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” Cal!$lo de la !a"&a del moto" a+al(ti!o8e0*e"ime+tal) 3ara calcular la carga del motor en #orma analítico:e5perimental se tuvo en cuenta un modelo que se izo en madera para dar una idea de la #uerza necesaria. %l ser el modelo en madera se generó más #ricción que si #uera de metal. Sabiendo que la carga de un motor se puede de#inir como/ P 4@*w 4 F *r !*A4 m* g *r !*A
Siendo/ 3K carga del motor XK torque YK velocidad angular 2K #uerza gK gravedad J.mZs rK radio M las revoluciones por minuto que se escoge una velocidad de <3> dándonos/
<3> K 4rpm * - * 28rad 4 0.41888rad 4 w rev s - 60 s 3ara calcular el torque se montó un sistema en el cual, por medio de un contrapeso, se pudo calcular la #uerza necesaria para mover el sistema a la velocidad requerida, como si estuviera trabajando en condiciones normales.
3ara este proceso se usa el programa solid)or* 6F6, el cual #acilita el análisis de las interacciones entre cada elemento y las condiciones que se programen.
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Vista de "est"i!!io+es e+ el modelo
En el caso de la máquina, se tomaron las partes que interact4an con el producto. En primer lugar, se intentó acer la #orma del producto, pero por su #orma irregular la simulación se izo muy pesada, la cual #ue imposible de correr. 3or esto, se recurrió a acer una representación del producto en es#eras de di#erentes tama$os. 3roducto dentro de la tolva
3ara la simulación se izo que el producto tuviera una caída libre, simulando como si se estuviera aciendo el llenado de la tolva. Ma cuando el producto ace contacto con las paredes de la tolva, se realizaron las restricciones para que interactuara con el material y generar el mismo comportamiento8
SISTE/A DE SEGURIDAD
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” Dentro de los requisitos que se deben cumplir para el buen uso y la seguridad de la máquina se debe evitar/ &
%justar piezas durante el #uncionamiento de la máquina
&
%cceso a piezas que est!n en movimiento, por parte del operario.
&
+a cone5ión de di#erentes cables o aparatos el!ctricos a la máquina.
&
El uso de mucos botones o comandos para el operario,
&
3iezas que puedan estar sueltas o que puedan salir despedidas de la máquina durante su operación
%l dise$o de la máquina se agregaron unas láminas en acrílico, en la parte donde se encuentran los cilindros y el disco dosi#icador, debido a que el operario o cualquier persona pueden introducir una mano o cualquier elemento e5tra$o durante el #uncionamiento de máquina y ocasionarse lesiones yZo causar da$os a la máquina. +áminas de acrílico de protección
Estas láminas son en acrílico transparente, para que se pueda ver el #uncionamiento de la máquina, son colocadas sobre la estructura y se pueden retirar con #acilidad cuando se va a acer mantenimiento.
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En el dise$o de las partes electrónicas se pensó en reducir al mínimo las manipulaciones que el operario pudiera tener sobre los componentes y acer cone5iones del mismo.
/ANUAL DEL USUARIO En la #igura se muestra el dise$o completo del dosi#icador de producto granular.
CARACTERÍSTICAS T9CNICAS En la tabla se pueden ver las características t!cnicas de la tolva y del dosi#icador 0abla . -aracterísticas t!cnicas del dosi#icador
CARACTERÍSTICA 3otencia Airos por minuto (oltaje -apacidad de dosi#icar por volumen -apacidad de la tolva %lto %nco >aterial del cuerpo Sistema de control Sensores
VALOR Z =p. <3> Fv FFg por JFP : 6*g por vuelta F*g FFFmm. 6Fmm56Fmm %?S? F >icrocontrolador 3?- H#IIa -apacitivo en tolva y in#rarrojo en el encoder del motor
PARTES DEL DOSIFICADOR El dosi#icador se encuentra compuesto de partes importantes.
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. 1ocas dosi#icadoras 6. +amina dosi#icadora . +áminas de protección
7acrílico8
. 0olva . Disco dosi#icador H. -ilindros dosi#icadores I.
/ANTENI/IENTO
%ntes de e#ectuar cualquier tipo de operación se debe desconectar el dosi#icador de su interruptor y de la red el!ctrica. Se deberá controlar el nivel de desgaste entre las partes que entran en contacto para veri#icar si necesitan un cambio preventivo, para así evitar una dosi#icación no omog!nea por da$os en las super#icies. (eri#icar el motor que no est! presentando ruidos e5tra$os, este rozando con otras partes de la máquina. %pretar los tornillos del dosi#icador especialmente los de la base del motor debido a que el movimiento tiende a soltarlos
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” CONCLUSIONES Se dise$ó un dosi#icador y la tolva de almacenamiento di#erente a los que vienen en libros y los usados en la industria, donde se aconseja el uso de un tornillo sin #in. Se descartó desde un principio el uso de un tornillo sin #in, al ver que el producto granulado manejado en el proyecto es maltratado por el tornillo. En el dise$o de la tolva se tuvo en cuenta la #orma de !sta, ya que en el mercado se encuentran di#erentes tipos de tolvas 7circulares, triangulares, cuadradas8, Se escogió el dise$o de la tolva cuadrada debido a su #acilidad en el montaje, permitiendo su #ácil aseguramiento en la estructura y mantenimiento dado el caso.
BIBLIOGRAFÍA
-alculo de elementos de máquina. / 0eoría de c y dispositivos mecánicos. ed. >!5ico/ 3earson, 6FF. F6F p. Dise$o mecánico. >áquinas el!ctricas, tercera edición. Editorial >cAra):=ill, Santa#! de 1ogotá, 6FFF. 0olvas de almacenamiento de un. 3rototipo de dosi#icación, pesaje y ala de sellado de bultos de sal. 1ogotá D.-. 6FF, 6p. 0rabajo de grado 7?ngeniero De Dise$o [ %utomatización Electrónica8. "niversidad de la salle. 2acu ltad de Dise$o [ %utomatización electrónica
Dosi#icador de tolvas de almacenamiento de productos y construcción del alimentador para productos viscosos. "niversidad Cacional de ingeniería de 3er4.
ANE:OS4 ACERO AISI ;<6)
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"Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica” ACERO INO:IDABLE
+os aceros ino5idables son aleaciones de ierro con un mínimo de un F,\ de cromo. Sus características se obtienen mediante la #ormación de una película aderente e invisible de ó5ido de cromo. +a #igura IF, muestra el árbol ]genealógico^ de los aceros ino5idables, los cuales se encuentran al #inal de dica estructura en consecuencia de su alto grado de aleación 2ig. IF Orbol genealógico de los aceros ino5idables.
PROPIEDADES GENERALES DEL ACERO INO:IDABLEAISI ;<68 FE=CR>?=NI>< Colo" de ide+tii!a!i.+4 Alea!i.+4 -\ F.F ma5 : -r\ J : Ci\ F De+omi+a!i.+ se&@+4 D?C/ Co .
%?S? F
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