MAQUINA DE MOLER CEREALES Y OTROS GRANOS
NECESIDAD Moler granos en un menor tiempo posible, sin grandes esfuerzos, usados para pequeños productores o de uso casero.
LIMITES Diseñar y construir una maquina pequeña ligera portátil, con la capacidad de moler granos es un mínimo de 50kg por hora, accionado por un motor eléctrico; tiene una dimensiones de 70cm de alto, 31cm de profundidad y 25 de ancho; con un peso máximo de 25 a 30kgf con el motor, de muy fácil manejo y de mantenimiento, tiene la facilidad de moler granos húmedos como secos de diferentes dife rentes formas y tamaños. tamaños.
INVESTIGACIÓN DE MAQUINAS DE MOLIENDA Y OTROS PROYECTOS Procesos Procesos y formas de molienda Se puede moler el grano siguiendo un tratamiento húmedo o seco. Éste último, cubre la producción producción de harinas de cereales, principalmente principalmente de trigo, tri go, maíz, sorgo y mijo; también también se puede moler mole r otros frutos secos como el cacao y el e l café. En la molienda entran en juego tres fuerzas: la fricción por abrasión o cortadura (segado), el impacto (al golpear el grano con un martillo), y la compresión (prensando el grano). Estas tres fuerzas de alguna manera siempre están presentes, pero se enfatiza el uso de una de ellas en detrimento de las otras dos, según el tipo de molino. No todos los granos se muelen de la misma manera. Algunos equipos e quipos resultan más efectivo ef ectivoss para ciertas clases de grano. El grano tiene que tener una cierta cantidad de humedad, al acondicionar el grano hasta que alcance el contenido adecuado de humedad antes de la molienda resulta muy importante para lograr separar sus partes constitutivas. Si el grano está demasiado seco será muy duro y difícil de quebrar, y requerirá de más esfuerzo para convertir lo en harina. Si el grano está muy húmedo, la materia prima tenderá a adherirse a la superficie de la máquina y no se podrán separar adecuadamente los residuos. En ambos casos, la producción de harina y la calidad de la misma se verán afectadas. El grano seco puede acondicionarse remojándolo en agua o dejándolo reposar en un envase cerrado al que se habrá añadido una pequeña cantidad de agua. Existen métodos mejorados de molienda, tanto manuales como a energía. Los molinos detallados anteriorment anteriormentee son los de piedra, de pl ato, ato, de martillo martillo y de rodillo, rodi llo, además de las l as descascaradora descascaradoras
utilizadas para el sorgo/mijo y el arroz. La molienda y el descascarado son dos funciones separadas y se presentan como tales. Debe señalarse que, si bien en algunos países los molinos están disponibles y se producen localmente, en otros resultará más difícil obtenerlos. Molinos de piedra La molienda del grano para convertirlo en harina entre dos superficies lisas de piedra es el método más simple, y debe haber sido la técnica más antigua. Los molinos de piedra accionados manualmente, conocidos como molinillos de mano, consisten en una base de piedra circular encima de la cual gira una segunda piedra. El grano es alimentado por el centro de la piedra superior y se muele a medida que, por acción de la rotación, se desplaza entre las piedras hacia los extremos. Los grandes molinos de piedra que se fabrican localmente se accionan por medio de energía animal o hidráulica. Comúnmente se encuentran también molinos de piedra accionados por motores diesel o eléctricos. Este tipo de molino puede producir no sólo la molienda gruesa sino también harinas finas que son difíciles de obtener con otras técnicas de molienda a pequeña escala. Los pequeños molinos de piedra comerciales se encuentran disponibles en varios países, y las piedras se pueden colocar en forma horizontal o vertical. El aspecto más importante a tomarse en cuenta es la calidad de la piedra y la precisión de la superficie labrada.
Molinos de plato Los molinos de plato son una adaptación de las piedras de moler tradicionales, que muelen el grano por la constante fricción. En este tipo de molino, dos platos de metal se montan en un eje horizontal, de manera que uno o ambos platos rotan y el grano se muela entre ellos. La presión entre los platos gobierna la fineza del producto y se gradúa por medio de un tomillo de mano. El grano se muele finamente, hasta que sale y cae en un saco o recipiente. Las partes más utilizadas son los platos. Si hay una fundición, los platos pueden fabricarse localmente.
Los molinos de plato son muy efectivos para el molido de granos húmedos tales como el maíz. Se puede añadir agua cuando ésta se requiera, vertiéndola en el canal de alimentación. Hay muchos molinos de plato manuales disponibles, pero el trabajo tiende a ser muy duro y los niveles de producción bastante reducidos (generalmente menos de 10 kg./hora). Sin embargo, son más efectivos que los molinos de martillo o las piedras de moler y su producto es más fino. Si el grano se muele húmedo debe cocinarse a la brevedad. También se encuentran disponibles algunos molinos a energía. A los molinos manuales, por lo general, se les pueden adaptar pequeños motores de más de 1 HP para aumentar los niveles de producción y reducir la cantidad de mano de obra requerida. Equipos más grandes accionados con motores diesel o eléctricos de 3 HP o más están disponibles en el mercado.
Molinos de martillo Los molinos de martillo consisten en una cámara circular en la cual se instalan martillos fijos a giratorios que rotan a alta velocidad moliendo el grano. El grano molido pasa a través de un cernidor removible -colocado en la base inferior de la cámara - a un saco, o puede ser aspirado por un ventilador ubicado en la parte superior del canal de salida. La abertura de la malla en el cernidor determinan el tamaño de las partículas: los agujeros de 1 mm son apropiados para el consumo humano; los de 3 mm, para la alimentación animal. Los martillos del molino deben ser de acero endurecido. Los martillos de acero blando tienen una vida corta. Pueden fabricarse buenos martillos utilizando las hojas de los amortiguadores de los camiones Land Rover. Éstos deben reemplazarse cada tres meses, según la frecuencia de operación. Durante ese periodo, cada martillo podrá cambiarse de posición para aprovechar la parte que no se ha desgastado. Tanto los molinos de plato como los de martillo resultan igualmente apropiados para la molienda en seco: optar por uno u otro dependerá de factores tales como costos, disponibilidad, tipo de producto y tradición. Los molinos de martillo pueden ser usados por personal no calificado y son muy útiles cuando se dan servicios de molienda. Una vez instalados, pueden usarse por mucho tiempo sin requerir de adaptaciones y pueden dar como resultado un producto uniforme. Los molinos de martillo no resul tan apropiados para la molienda húmeda.
Molinos de rodillo Un molino de rodillo consiste en un par de rodillos que giran en sentido opuesto. Uno de ellos gira más rápidamente que el otro, para permitir que la cáscara se retire del grano. Un rodillo está sostenido por un soporte fijo, el otro se coloca en paralelo por medio de un resorte ajustable, de modo que la separación y, por lo tanto, la textura de molienda puede ser adaptada. Los molinos de rodillo por lo general operan en serie: cada uno produce una harina de grano más fino. Existe una distinción entre los elementos que intervienen en cada etapa. Si bien los pequeños molinos de rodillo se hallan disponibles, la tecnología utilizada resulta demasiado sofisticada y costosa para la población rural y, por lo general, se encuentra en las áreas urbanas para la producción de harina de trigo y maíz.
Descascaradoras de sorgo/mijo Las mejoras en el procesamiento de sorgo y mijo comprenden dos etapas que utilizan una descascaradora y un molino de martillo. La descascaradora se emplea para retirar el salvado del sorgo antes de que éste sea molido y, por lo tanto, es el elemento clave del sistema de molienda. Los discos abrasivos o piedras colocados sobre un eje horizontal rotan a alta velocidad dentro de una funda. La cáscara se retira por la fricción de las piedras en rotación. Este método para procesar el sorgo se conoce como "por rozamiento en seco" y, a diferencia de otras técnicas tradicionales, no utiliza agua en ninguna de sus etapas.
DIFERENTES EQUIPOS DE MOLIENDA VENTILADORES Cecoco Procesamiento: Cereales. Fuente de energía: Manual. Capacidad: 650 kg./h. Aplicable: Agricultor a pequeña escala. Requerimientos de fabricación: Hojas de metal y ángulos de acero. Comentarios: a muchos ventiladores manuales se les pu ede adaptar un motor (Fellows & Hampton, 1992).
DESGRANADORAS Desgranadora Atlas Procesamiento: Maíz Fuente de energía: Manual. Capacidad: 56 kg. de mazorcas de las cuales obtiene un promedio de 48,5 kg. de granos por hora y 5,8 rotaciones de mazorca. Aplicable: Agricultor a pequeña escala. Requerimientos de Fabricación: Piezas fundidas. Comentarios: Fáciles de operar. Algunas veces se requiere presionar la mazorca, ligera proporción de granos rotos (Mp-huru, 1982). MOLONOS DE PIEDRA Y DE DISCO Molino de piedra Dandekar Procesamiento: Apto para la mayoría de los cereales y menestras. Fuente de energía: Manual. Capacidad: 225-270 kg./h. Aplicable: Propiedad de un cliente individual o de una cooperativa. Comentarios: Este molino fabricado en la India resulta especialmente apropiado para la molienda fina.
Molino de disco Emrecos Procesamiento: Granos húmedos y secos. Fuente de energía: Eléctrica. Capacidad: trifásico 6,6 hp. Aplicable: Agricultor a pequeña escala. Comentarios: Resulta muy apropiado para harinas y cereales (quinua y otros) y para especias y granos húmedos. Se fabrica en el Perú y tiene un amplio stock de zarándelas.
Molino triturador Ndume Procesamiento: Maíz Fuente de energía: Manual. Capacidad: 20kg./h. Aplicable: Agricultor a pequeña escala. Requerimientos para la fabricación: Trabajo en hojalata, soldado, los discos deberán ser fundidos. Comentarios: Se fabrica en Kenya, pero también puede producirse localmente. No resulta recomendable para la molienda fina.
Molino de disco Atlas Nº1 Procesamiento: Grano seco. Fuente de energía: Manual. Capacidad: 7-9 kg./h. Aplicable: Agricultor a pequeña escala. Requerimientos para la fabricación: Piezas
fundidas. Comentarios: Es más pequeño que el molino descrito en el estudio de caso. MOLINOS DE MARTILLO Ndume Procesamiento: Maíz, sorgo, mijo. Fuente de energía: Motor eléctrico /diesel (2-20 hp). Capacidad: 70-200 kg/h para unidades pequeñas y 400-250 kg/h para unidades grandes. Aplicable: Agricultor a gran escala, cooperativa. Comentarios: Si se cuenta con la habili dad y con los requerimientos de fabricación, los molinos de martillo pueden elaborarse localmente, como aquel que fue producido en Kenya (ECA Publications, 1985).
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN
Molino multipropósito Descripción El molino multipropósito (TEKNE 400), ha sido pensado para procesar todo tipo de producto orgánico que necesite ser triturado y zarandeado en diferentes tamaños (por ej., alimentos balanceados para animales, harinas para alimento humano, abono, etc.). En el proceso de triturado el molino puede usar martillo o cuchilla. Para moler, esta máquina usa un martillo y diferentes zarandas. De esta forma, puede procesar coco entero, maíz en grano o completo, semilla de algodón, chaucha de algarrobo, semillas de espina corona, maní, soja, pan duro, todo tipo de cereales, cal, cascotes de tierra, hueso quemado, etc. El grado de molienda se regula mediante el cambio de zarandas, el cual se realiza en pocos segundos y sin utilizar herramientas. Por su forma cilíndrica, la zaranda cubre los 360º y ofrece el máximo rendimiento de trabajo.
Para picar, el molino utiliza cuchillas. Así puede procesar caña de azúcar, mandioca, pasto seco, hierbas medicinales, yerba, maíz con toda la planta, etc. Es ideal para ensilar pastos, maíz, o caña de azúcar. El molino funciona con un motor naftero de 5,5 HP, que va acoplado en forma directa sin poleas, ni engranajes. También puede entregarse con motor monofásico de 2,5 kw/h y 2.900 r.p.m., o con adaptación para la toma de fuerza de tractor. En los lugares con corriente trifásica se fabrica un modelo de mayor capacidad con motor de 5 HP y 2.900 r.p.m. El molino se entrega con martillo, cuchilla y zarandas cuyas medidas varían según su destino (por ej., agujeros de 12, 6 y 2 mm de diámetro). Costo Según el modelo, el molino sin motor cuesta aproximadamente entre 350 y 450 dólares. El motor a combustión de 5,5-6 HP cuesta 500 dólares y el eléctrico de 2,5 HP y 2.900 r.p.m. 250. Por lo tanto el costo del conjunto motor y moli no multipropósito varía entre 850 y 900 dólares.
Desgranadora de maíz y moledora de granos Descripción Estas 2 máquinas son complementarias y tienen por objetivo preparar alimentos para distintos tipos de animales y elaborar harinas. El quebrado de maíz mejora sus posibilidades de aprovechamiento y conservación y la molienda del maíz en espigas es importante para alimentar vacunos y yeguarizos. Aunque podría considerarse una adaptación tecnológica, la máquina desgranadora de maíz es práctica, liviana, puede ser fácilmente trasladada y su uso es muy simple (incluso por personas menores). La máquina presenta un buen rendimiento y se acciona manualmente. Se trata de la tradicional máquina que extrae los granos del maíz del marlo por fricción de engranajes. Posee un volante para ayudar a impulsar la máquina, el que es movido por una manija. Existen 2 versiones. En una de ellas, marlos y granos tienen una misma salida y en la otra versión los marlos se separan del grano. Otra variante es la adaptación de un motor eléctrico en lugar de la manija que proporciona la tracción a la máquina. La moledora es de fácil uso y puede funcionar con motor eléctrico monofásico de 2 HP, o uno a explosión de 4 ó 5 HP. Su funcionamiento utiliza 4 martillos que giran a 3.000 r.p.m. Utilizando la zaranda con agujeros más grandes, esta moledora puede moler espigas de maíz deschaladas y cañas de maíz y sorgo. El juego de zarandas se completa con una segunda para moler granos de maíz o sorgo (intermedia) y otra con agujeros muy finos para la elaboración de harinas. El cambio de zarandas se realiza sacando sólo un bulón y levantando una tapa. Con la adición de una cuchilla se puede moler caña de azúcar. Con la moledora se pueden preparar alimentos balanceados caseros, utilizando toda la materia prima que esté a su alcance (chauchas de algarrobo, porotos, etc.). También les permite elaborar harinas de trigo y maíz para el autoconsumo y colocar los excedentes en el mercado.
SOLUCIÓN: MOLINO DE PLATOS ELECTRICO Se escogió el molino de platos, porque es más eficiente que los molinos de martillos y de rodillos, ya que este es menos costoso, es capaz de moler granos tanto húmedos como secos y con respecto a la necesidad, este es de menor escala que los otros molinos (Ver anexos: plano 1,2 y 3). Sistemas
1. 2. 3. 4.
Sistema Eléctrico (Motor) Sistema de Transmisión Mecánica (Poleas Acanaladas) Bastidor Soporte
Ver anexo: plano 4 Sistema Eléctrico (Motor) El sistema eléctrico está compuesto por un motor, que se escogió de la empresa SIEMENS, para el diseño de la máquina de moler, que cumple con las sigui entes referencias: Potencia: 1HP Tipo: 1RF3 056-4YC41 Peso neto: 15,4 Kg Velocidad nominal: 1745/1720 Factor de servicio: 1,5 Longitud: 313mm Tensión nominal Voltaje: 127/220 Ver anexos: plano 5
Sistema de Transmisión Mecánica (Poleas Acanaladas) El sistema de transmisión por poleas está diseñado para aumentar el par torsional y disminuir la velocidad de estrega del motor, es este caso se diseño para disminuir la velocidad del motor que es de 1745 rpm a 600 rpm (Ver anexo: hojas de cálculo para la transmisión mecánica). Las dimensiones de las poleas se escogieron de la empresa POWER TRANS para el diseño de la máquina de moler (ver anexo: plano 6, 7 y 8). Bastidor Es la carcasa donde se hará el proceso de molienda, está compuesto por: Base (carcasa) Tornillo de Empuje Plato móvil Plato fijo Rodamientos Tolva Ver anexo: plano 9 La base, el tornillo y los platos son diseños específicos para la construcción de la máquina de moler, por lo tanto hay que mandar a hacer las piezas, y uno de los procesos más usuales es por medio del proceso de fundición, ya que estas piezas tienen que ser de elementos metálicos para que resistan los esfuerzos de molienda (Ver anexo: plano 10,11, 12 y 13). Fundición Conjunto de operaciones que permite dar forma a los materiales metálicos mediante su fusión, colado sobre molde apropiado y posterior solidificación dentro de él, la fundición se puede clasificar cómo se muestra en la Figura.
El proceso que vamos a usar es fundición con arena ya que es el proceso menos costoso, se puede fundir cualquier elemento metálico (ferroso o no ferroso).
Fundición con arena La fundición con arena consiste en vaciar el metal fundido a un molde de arena (generalmente sílice arcilla de bentonita, aditivos orgánicos y agua) previamente apisonado y comprimido. Dejar solidificar el metal y romper después el molde para remover la fundición. Posteriormente la fundición pasa por un proceso de limpieza e inspección, pero en ocasiones requiere un tratamiento térmico para mejorar sus propiedades metalúrgicas. Características y productos obtenidos Se pueden hacer piezas fundidas complejas mediante la fundición en moldes de arena, la cual tiene ventajas particulares cuando se trata de formas complicadas y diferentes tamaños de secciones. Las configuraciones complicadas con rebajos, ángulos entrantes y contornos complejos, que serían muy difíciles de maquinar, se pueden lograr por fundición en moldes de arena. Las piezas fundidas en molde de arena tienen superficies un tanto irregulares y granulares. Se deben esperar variaciones dimensionales en las superficies tal como fueron fundidas y, por lo general, se necesita maquinarlas si la pieza va a hacer contacto movible con otras o si se van a instalar sellos. Casi todos los metales que se pueden fundir en molde de arena como el hierro, aluminio, magnesio y latón, son de fácil maquinado. El material que va a ser usado para el proceso de fundición es hiero colado Hierro colado Los engranajes grandes, estructuras de maquinas, soportes, piezas de eslabonamiento y demás piezas importantes de maquinas se fabrican con hierro colado. Los diversos tipos disponibles abarcan amplios márgenes de resistencia, ductilidad, facilidad de maquinado, resistencia al desgaste y costo. Para el diseño de la maquia, se usara hierro fundido gris para la base y el tornillo; y para los platos se usara hierro fundido blanco. Hierro fundido gris La fundición gris está caracterizada porque en ella, la mayoría del carbono se encuentra libre en forma de láminas de grafito. Posee una baja resistencia a la tracción que varía de 120 a 200 MPa y su alargamiento es casi nulo, pero es muy resistente a la compresión (600 – 900 MPa); presenta una fractura grisácea, es blanda y por lo tanto de fácil mecanización; es la más utilizada en las construcciones mecánicas y puede decirse que el 95 % de las fundiciones que se fabrican en la actualidad son fundiciones grises. Hierro fundido blanco Las fundiciones blancas poseen unas propiedades que las hacen valiosas para varios propósitos de ingeniería. Dentro de ellas sobresale una gran dureza junto con un alto esfuerzo de compresión, resultando en una combinación que es muy resistente al desgaste bajo presiones intensas.
Naturalmente a causa de su alta dureza, las fundiciones blancas no son comúnmente mecanizadas y son muy frágiles. Una de las desventajas que tiene el hierro colado o fundición es que se oxida rápido, por lo general se le hace un recubrimi ento, el recubrimiento será de cromo electrolítico (cromo duro). Recubrimientos metálicos de cromo duro El recubrimiento electrolítico con cromo es extensivamente usado en la industria para proteger metales de la corrosión y mejorar su aspecto. También se emplea para restaurar piezas metálicas o conseguir superficies muy duraderas y con bajo coeficiente de rozamiento. Como principales propiedades destacaremos: Resistencia al desgaste Aumento de dureza Resistencia a la corrosión Mejora de aspecto (color, brillo, etc.) Resistencia a la fricción Bajo coeficie nte (<0.2) Rodamientos En el diseño de la máquina de moler se escojo rodamientos de bolas con contacto angular de la empresa NTN corporation. Rodamiento de bolas con contacto angular Un lado de cada pista, en un rodamiento de contacto angular es más alto, para permitir la adaptación a mayores cargas de empuje en comparación con los rodamientos normales con una hilera de bolas y ranura profunda. El esquema de la figura muestra el ángulo preferido de la fuerza resultante (carga radial y de empuje combinadas), y los rodamientos comerciales tienen ángulos de 15o a 40o.
Tolva La tolva de esta máquina es redonda, es de lámina galvanizada y el proceso de fabricación de esta pieza es por conformado de lámina por medio de doblado y repujado (Ver anexo: plano 14). Soporte El soporte está diseñado para montar el motor eléctrico, la transmisión por poleas y el bastidor; está constituido por: Estructura metálica Bases de madera (motor y bastidor) Ver anexo: plano 15 Estructura metálica La estructura metálica es de ángulo de pulgada y media, se corta, dobla y suelda con respecto a las medidas (Ve r anexo: plano 16). Bases de madera Las bases son de pino, para que sean ligeras y soporten las cargas de motor y del bastidor, y es muy fácil de conseguir las medidas de las tablas son 23,35 x 28,15 cm de base, con una altura de 3,5 cm.
ERGONOMIA Ignorar los factores humanos en el proceso de diseño puede conllevar al fracaso. La humanidad desde sus inicios ha perseguido el confort y la comodidad, más aun, en la utilización de sus productos. La ergonomía precisamente estudia los factores humanos, que son considerados en el diseño, fabricación y utilización de las máquinas y productos. La ergonomía se encarga de estudiar el trabajo en relación con el entorno en que se lleva a cabo (el lugar de trabajo) y con quienes lo realizan (los trabajadores). Se utiliza para determinar cómo diseñar o adaptar el lugar de trabajo al trabajador, a fin de evitar distintos problemas de salud y de aumentar la eficiencia. En otras palabras, para hacer que el trabajo se adapte al trabajador en lugar de obligar al trabajador a adaptarse a él. Ergonomía de la máquina de moler Se diseña las medidas de la maquina con respecto al puesto de trabajo del operador y con las posturas recomendadas para evitar fatiga y una mejor operación.
Postura de trabajo Como el operador va a trabajar parado, es bueno que descanse alternando un pie en un escalón, tipo escuadra, con una i nclinación de 15º grados, con superficie antideslizante.
Cuando el operador este trabajando de pie, se recomienda que la dirección de l a mirada esté algo por debajo de la horizontal, en particular si la actividad debe ser desarrollada por la misma persona durante periodos de tiempo prolongados.
El ángulo de visión de la persona no debe sobrepasar los 40 o, para no forzar los ojos si los periodos de tiempo son prolongados; para tener un ángulo de visión más grande la persona puede rotar la cabeza ángulos de 10o.
Antropometría de personas de estatura baja
Los percentiles indican el porcentaje de personas entre la población (segmento) que tienen una dimensión corporal de cierto tamaño. En Antropometría, la población se divide para fines de estudios en 100 categorías: desde los más pequeños (en dimensión) hasta los más grandes, con respecto a un tipo de medida (estatura, peso, longitud de brazo, etc.).
Medidas ergonómicas Las medidas de la maquina corresponden a los percentiles de las personas con una estatura de 1,50 metros; de los cuales las personas con una altura mayor o igual a 1,50 pueden usar la maquina sin ningún problema.
CONCLUSIONES
Gracias a la investigación de las diferentes maquinas de moler, se pudo obtener información para tener un mejor diseño en esta con respecto a los tipos de molienda y de los sectores de producción (microempresas en zonas rurales y en hogares). Se hicieron cálculos de l a transmisión mecánica para ahorrar espacio y así poder hacer la maquina lo más pequeña posible para que sea portátil. Se investigó los materiales y procesos de fabricación más adecuados para que la máquina de moler sea lo más eficiente posible para tener una mejor producción en periodos largos. La maquina está diseñada para que esta se pueda adaptar a las personas para que puedan trabajar lo más cómodamente y evitar lesiones y fatiga a estas.
BIBLIOGRAFÍA
Serope Kalpakjian; Manufactura, Ingeniería y Tecnología cuarta edición_Editorial: Pearson Educación www.Wikipedia.com Motores SIEMEMENS, Catálogo General SD03 • 2005 Catalogo POWER TRANS; POWERTRANS LTDA_www.powertrans.cl Catalogo NTN; NTN Corporation. 2001 Transmisiones Temperley; CORREAS INDUSTRIALES; correas DUNLOP
