UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR COORDINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO DE UNA PRENSA CONTINUA PARA SECADO DE HARINA DE YUCA
Por Antonio Valntino Gon!"l! R#na
IN$ORME $INAL DE CURSOS EN COOPERACIÓN Pr%nta&o ant la il'%tr Uni(r%i&a& Si)*n Bol+(ar Co)o R,'i%ito Par-ial .ara O.tar al T+t'lo & In/niro M-"ni-o
Sartn0a%1 Enro2Mar!o & 3445
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR COORDINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO DE UNA PRENSA CONTINUA PARA SECADO DE HARINA DE YUCA
Informe de Pasantía realizado en Centro de Ingeniería Mecánica, Fundación Instituto de Ingeniería
AUTOR Antonio Valntino Gon!"l! R#na Carnet !"#"$%&' TUTOR ACA()MICO Ing* Andr+s Clai-o* TUTOR I.(U/TRIA0 Ing* Ann1rene Mocao*
Sartn0a%1 Enro2Mar!o & 3445
DISEÑO DE UNA PRENSA CONTINUA PARA SECADO DE HARINA DE YUCA
Realizado por:
Antonio Valentino González Reyna
RESUMEN
El presente trabajo tiene como fin la elaboración del diseño de una máquina capaz de prensar yuca, la cual tiene como propósito principal la extracción del yare, para ser involucrada en un proceso continuo de preparación del casabe. El diseño debe presentar una salida de masa y de yare, la primera para seuir la l!nea del proceso de casabe y la seunda para ser usada en el proceso de la elaboración de almidón. El proyecto abarca el el diseño conceptual conceptual y el diseño de detalle presentando presentando los planos planos para la elaboración de la máquina. "ic#o proyecto forma parte del $"iseño y puesta en marc#a de mini planta de #arina de yuca para cooperativas y %&'E() actualmente en ejecución en la *undación +nstituto de inenier!a.
PALABRAS CLAVES "iseño, máquina, casabe, prensa (artenejas, 'arzo --
i
INDICE GENERAL
INTRODUCCIN
/
CAP!TULO I LA EMPRESA /./ +dentificación de la empresa /. Reseña 1istórica /.0 'isión /.2 3isión /.4 3alores /.5 6bjetivos /.7 6ranirama de la Empresa /.7./ 8entro de +nenier!a 'ecánica /.7././ Recursos 1umanos /.7./.Estructura 6ranizativa de 8+'E8 /.7./.09!neas de rabajo
0 0 0 2 2 2 4 5 7 7 7 ;
CAP!TULO II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ./ %lanteamiento del %roblema . lcances .4 "elimitaciones .5 Recursos ?ecesarios .5./ 'ateriales y Equipos de 6ficina .5.'ateriales y 1erramientas de aller .5.0 1umanos .5.2 %aquete 8omputacional .5.2./ 1ard@are .5.2. (oft@are .5.4 6tros recursos
// // // / / /0 /0 /0 /0 /0 /0 /2 /2
CAP!TULO III MARCO TERICO 0./ >ntecedentes tAcnicos 0. *undamentos teóricos 0../ 8asabe 0.././ "escripción del %roducto 0../. "escripción del %roceso 0../../Recepción de la materia prima 0../.. 9avado
/4 /4 /7 /7 /7 /; /; /; ii
0../..0 "espuntado y raspado 0../..2 Rallado 0../..4 %rensado 0../..5 8ernido 0../..7 1orneado o cocción 0../..; 8ortado y empaque 0../.. Empaque 0.. +nenier!a 0..0 "iseño 0..2 El diseño en inenier!a mecánica 0..4 8onsideraciones de diseño 0..5 ?orma 0..7 'ecanismos 0..7./ 'ecanismos %lanos, EsfAricos y Espaciales 0..; Esfuerzos 0..;./ 'omento flector 0..;. 'omento orsor 0.. "iseño de uniones apernadas 0.../ Representación rafica de las roscas 0... ipos de rosca 0../- ransmisión industrial 0../-./ Relación de transmisión 0../-. Enranajes 0../-.0 8orreas trapezoidales 0../-.2 8adenas 0..// eor!a de falla 0..//./ 8riterio de la 'áxima ensión ?ormal BRanCineD 0..//. 8riterio de la 'áxima ensión anencial BrescaD 0..//.0 8riterio de la 'áxima Ener!a de "istorsión B3on 'issesD 0../ Resorte 0.././ Representación y acotación de resortes 0../. 'ateriales empleados para el diseño de resorte 0../.0 8lasificación de los Resortes 0../.0./ arras de torsión 0../.0. Resortes de tensión o extensores 0../.0.0 Resortes de compresión o muelles 0../.0.2 Resortes discoidales o arandelas elleville 0../.0.2./ ipo de resortes discoidales o arandelas elleville 0../0 'Atodo de los elementos finitos 0../0./ ipos de análisis inenieriles por elementos finitos
/; / / / / / / / 0 4 7 ; 00/ 0/ 0 00 02 02 05 07 0 22/ 2/ 2 20 20 22 24 25 27 2;
CAP!TULO IV MARCO METODOLOGICO 2./ 8onsideraciones =enerales 2. "iseño de la +nvestiación 2.0 ?ivel de la +nvestiación 2.2 Acnicas de Recolección de "atos 2.2./ Revisión "ocumental 2.2. 6bservación "irecta 2.2.0 Entrevista +nformal 2.4 'etodolo!a
2 2 2 2 4444/ 4/ iii
2.4./ 'otor 2.4 . Estructura 2.4 .0 ransmisión de potencia 2.4 .2(istema de prensado 2.4 .4 (istema entrada de masa 2.4 .5(istema de seuridad 2.4 .7 (istema de extracción de masa 2.4 .; "iseño de unión 2.4 . 8álculo de los rodamientos 2.4 ./- 8alculo de fatia
4 4 4 4 4 4 4 4 4 40
CAP!TULO V DESARROLLO 4./ "iseño de prototipo de prensa de yuca 4././ %arámetros =enerales 4././ ./ 9evantamiento de +nformación 4././ ././ %roceso de elaboración de casabe en 3enezuela 4././ ./. %royecto eneral 4././ . +nenier!a 8onceptual 4./. %arámetros espec!ficos 4./. ./ +nenier!a de detalle 4./. ././ 'otor 4./. ./. Estructura 4./.. /.0 (istema de transmisión 4./.. /. 2 El (istema de %rensado 4./. ./. 2 ./ Eje de ransmisión 4./. ./. 2 . Rodamientos 4./. ./. 2 .0 ornillo (in *in 4./. ./. 2 .2 Rejilla de filtrado 4./. ./. 2 .4 8ompartimiento de almacenado de yare 4./. ./. 4 3álvula Reuladora de %resión 4./. ./. 4./ Resortes de disco 4./. ./. 4. %istón 4./. ./. 5 Reuladores de presión 4./. ./. 5./ Reulador externo 4./. ./. 5. Reulador interno 4./. .7 'ecanismos de 8ompuerta 4./. ./. 7./ "iscos 4./. ./. 7 . razo 4./. ./. 7 ../ brazo compuerta 4./. ./. 7 .. razo de unión entre el sistema de compuerta y el sistema de presión 4./.. /. ; (istema de entrada de masa 4. 'antenimiento 4.0 Fnión del sistema de prensado con la estructura
42 42 42 42 42 4; 4 5 5 52 52 54 55 55 57 57 5 5 5 77/ 7 7 7 7 70 70 70 70 72 74 74
CAP!TULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
77
BIBLIOGRA"!A
7; iv
ANE#OS A C$LCULOS
7
>./ >. >.0 >.2 >.4 >.5 >.7 >.; >.
;;0 ;5 0 4 7
8álculo de via estructura (oldadura estructura 8álculo de cadena 8álculo de Eje 'omento flector del eje *atia Rodamiento 8álculo de presión de tornillo 8álculo Resorte
ANE#OS B PLANOS
/--
./ Ensamble . Estructura .0 >nclaje de la estructura .2 3ia soporte del motor .4 3ia lateral inferior .5 3ia lateral soporte estructura .7 3ia superior lateral .; 3ia base sistema prensado . (istema de entrada de masa ./- Fnión cono .// (ujetador ./ 8ono ./0 Fnión tubo cono ./2 8ubierta ./4 Ensamble total ./5 (oporte lateral sist. %rensado ./7 (oporte base sist. %rensado ./; (oporte sistema prensado ./ 3álvula .- Resorte ./ razo válvula . 8ilindro soporte .0 "isco interno .2 1orquilla tope .4 %asador .5 %istón .7 Reulador .; (oporte interno . Ensamblaje sistema de %rensado .0- >randela / .0/ >randela .0 razo compuerta .00 razo .02 "isco fijo .04 "isco móvil
/-/ /- /-0 /-2 /-4 /-5 /-7 /-; /- ///// // //0 //2 //4 //5 //7 //; // /// / /0 /2 /4 /5 /7 /; / /0/0/ /0 /00 /02 /04 v
.05 "renaje .07 8ilindro para lubricar .0; (ujetador / .0 (ujetador .2- 8ubierta sist. %rensado .2/ Rejilla filtrado .2 ubo externo
/05 /07 /0; /0 /2/2/ /2
vi
INDICE DE "IGURAS
*iura ?G /./: Estructura oranizacional de la empresa
5
*iura ?G 0./: Esquema de proceso de realización de casabe
/;
*iura ?G 0. 'ecanismo plano
*iura ?G 0.0 'ecanismo esfArico
*iura ?G 0.2 'ecanismo espacial
0
*iura ?G 0.4 Elemento diferencial de esfuerzos
2
*iura ?G 0.5 'odelo bidimensional
4
*iura ?G 0.7 Elemento sometida a flexión
4
*iura ?G 0.; 3ia sometida a flexión
5
*iura ?G 0. 8uerpo sometido a momento torsor
7
*iura ?G 0./- Eje sometido a momento torsor
;
*iura ?G 0.// Elementos de unión
;
*iura ?G 0./ Representación de entradas
*iura ?G 0./0 Representación de rosca
0-
*iura ?G 0./2 Representaciones de roscas
0-
*iura ?G 0./4 (istema de 8orrea
00
*iura ?G 0./5 (istema de transmisión por cadena
02
*iura ?G 0./7 =ráficos de esfuerzo vs. deformación
04
*iura ?G 0./; Estados tensiónales
05
*iura ?G 0./ Esfuerzos tensiónales
07
*iura ?G 0.- Esfuerzo axial
0;
*iura ?G 0./ Esfuerzo de tensión "
0;
*iura ?G 0. Esfuerzo de tensión sin cara axial
0
*iura ?G 0.0 Estado de esfuerzo de tensión con cara axial en elemento "
2-
*iura ?G 0.2 Estado de esfuerzo de tensión si cara axial en elemento "
2-
*iura ?G 0.4 Representación de resorte
2
*iura ?G 0.5 8onfiuración de resorte de arandela
25
*iura ?G 4./ %elado
44
*iura ?G 4. 9avado
44
*iura ?G 4.0 rallado
45 vii
*iura ?G 4.2 (ebHcan
47
*iura ?G 4.4 %rensa de tornillo
47
*iura ?G 4.5 %rimera etapa de producción de #arina semiI #Hmeda
4
*iura ?G 4.7 (eunda etapa de producción de yuca de #arina seca
4
*iura ?G 4.; %rimer boceto
5-
*iura ?G 4. oceto final de diseño
50
*iura ?G 4./- oceto de sistema de seuridad y sistema de salida de masa
50
*iura ?G 4.// oceto de válvula
52
*iura ?G 4./ 'otor Rossi de 7.4 1%
52
*iura ?G 4./0 Estructura en %ro enineer
52
*iura ?G 4./2 Estructura en pro enineer
54
*iura ?G 4./4 (istema interno de prensado
55
*iura ?G 4./5 ornillo sin fin
57
*iura ?G 4./7 ornillo sin fin con caras en %ro enineer
5;
*iura ?G 4./; 8álculo de esfuerzo en pro enineer
5;
*iura ?G 4.- Rejilla de filtrado
5
*iura ?G 4./ 8ompartimiento de yare extra!do
5
*iura ?G 4. (istema de seuridad vista externar
7-
*iura ?G 4.0 (istema de seuridad vista interna
7-
*iura ?G 4.2 Resortes de arandela
7/
*iura ?G 4.4 %istón
7/
*iura ?G 4.5 (istema de compuertas
7
*iura ?G 4.7 %lanos articulación esfArica
72
*iura ?G 4.; (istema de entrada de masa en pro enineer
72
*iura ?G 4. Ensamble del sistema de
74
%rensado, transmisión, compuerta y entrada de masa *iura ?G 4.0- Ensamble completo
75
*iura ?G 4.0/ %lano de ensamble total
75
viii
INDICE DE TABLAS
abla ?G 0./ "atos de resorte
2
abla ?G 0. 'ateriales para construcción de resortes
2
abla ?G 0.0 3istas de resorte de extensión
22
abla ?G 0.2 "iferencias, aplicación y caracter!sticas de resortes de muelle
24
abla ?G 0.4 ipo de resorte de arandela
27
abla 4./ 8aracter!sticas del tonillo
57
abla 4. 8aracter!sticas del pistón
7
ix
ABREVIATURAS J:
Esfuerzo normal
K:
esfuerzo de corte
L:
(umatoria 8
8>?3
8ompañ!a anónima nacional de telAfono
8"
"iscos compacto
8+'E8
8entro de inenier!a mecánica
cm
8ent!metros "
dx
"erivada con respecto a x
dy
"erivada con respecto a y
dz
"erivada con respecto a z *
*++
*undación instituto de inenier!a 1
18?
Mcido cian#!drico
1%
1orse %o@er
#r
1oras +
+(6
+nternational 6ranization for (tandardization
+3+8
+nstituto venezolano de investiación N
N
Niloramos
Nf
Niloramos *uerza x
9 l
9onitud '
'f
'omento *lector
'm
'il!metros
'%%8
'inisterio del poder popular para la ciencia y la tecnolo!a %
%
*uerza solicitante
%"3(>
%etróleo de 3enezuela
%&'E(
%equeña y mediana empresa R
r
Radio de la sección del cuerpo
R%'
Revoluciones por minutos O
x:
8oordenada eje x &
y:
8oordenada eje y P
z:
8oordenada eje z
xi
5
INTRODUCCIÓN
La yuca es un tubérculo que se da en Venezuela con mucha facilidad, se utiliza como ingrediente de la dieta básica del país. Se dice que el nombre “yuca pro!iene de la lengua de los "ndios #aribe, los cuales la llamaban también por el nombre de yog ca, cuyo significado es $que se amasa molida$. Sus raíces ha constituido un importante alimento para los indígenas mucho antes de que #ol%n descubriera &mérica. 'n Venezuela la yuca es reconocida por e(celencia como ingrediente principal en la preparaci%n del famoso casabe, se utiliza además her!ida, frita, en bu)uelos, a la plancha, o en recetas muy originales. La prensa tiene como prop%sito e(traer el yare de la yuca amarga, ya que contiene un gluc%sido cian%geno llamado linamarina que en presencia de una enzima como la linamarasa y en medio ácido se hidroliza y libera ácido cianhídrico *+#- en cantidades que representan desde una dosis inocua hasta una t%(ica y mortal. 'l dise)o del equipo forma parte del proyecto “ise)o y puesta en marcha de mini planta de harina de yuca para cooperati!as y /ymes actualmente en e0ecuci%n en la 1undaci%n "nstituto de ingeniería donde se di!ide en dos etapas. La primera etapa es de /roducci%n de +arina de 2uca Semi3+4meda para #asabe y comprende el la!ado, pelado, rallado, prensado y tamizado. La segunda es la /roducci%n de +arina de 2uca Seca panificable. 'sta etapa contempla el secado y la molienda . 'l prototipo para el prensado que será desarrollado durante el proceso de pasantía, a parte de e(traer el yare de la masa de yuca pre!iamente rallada, operará en forma continua y
: deberá ser de fácil operaci%n y mantenimiento presentando una condici%n importante de dise)os del prototipo. 'l desarrollo de este informe se estructura en los siguientes capítulos6 #apítulo " “La 'mpresa6 Se describe y se da una rese)a de la empresa donde se realiz% el proyecto de pasantía así como su estructura, !isi%n y ob0eti!os. #apítulo "" “'l /roblema6 'n este capítulo se identifica el problema y se plantea la 0ustificaci%n del mismo donde se da pie a e(traer los ob0eti!os que se deberá cumplir en el traba0o #apítulo """ “7arco 8e%rico6 Se plantea todos los conceptos necesarios así como los fundamentos te%ricos o in!estigaciones anteriores para poder comprender nuestro problema de in!estigaciones sus m4ltiples facetas y dimensiones #apítulo "V “7arco 7etodol%gico6 '(plicará las fases y pasos seguidos para la obtenci%n de la informaci%n y la posterior realizaci%n del libro. #apítulo V “esarrollo6 /lanteará el desarrollo del dise)o desde su inicio hasta el final del mismo e(aminando criterios de selecci%n y los di!ersos pasos para llegar al dise)o final #apitulo V" “#onclusi%n y 9ecomendaciones6 'stablecerá los alcances de los ob0eti!os de la pasantía que se cumplieron y planteará algunos conse0os o refle(iones
?
CAPÍTULO I LA EMPRESA
'n este capítulo se presenta la identificaci%n de la empresa, su rese)a hist%rica, misi%n, !isi%n y su estructura organizacional. 5.5 Identificación de la empe!a La 1undaci%n "nstituto de "ngeniería, se encuentra ubicada en la #arretera ;aruta < +oyo de la /uerta, Sartene0as, entrada 8ecn%polis. #aracas < Venezuela, 8eléfonos6 =:5:3 >=?@A5= B 1a(6 =:5:3>=?@CDC B =:5:3>=?@CA5 B =:5:3>=?@CA=. 'sta fundaci%n tiene por ob0eto la realizaci%n de acti!idades de in!estigaci%n, de desarrollo tecnol%gico, de asesoría técnica y ser!icios en los di!ersos campos de la ingeniería y disciplinas afines, relacionados con las diferentes industrias nacionales e internacionales y con los ser!icios p4blicos procurando la !inculaci%n de éstas acti!idades con los sistemas producti!os y educati!os. 5.: Re!e"a #i!tóica La 1undaci%n "nstituto de "ngeniería fue creada en 5>D= mediante el decreto o. C?? de la /residencia de la 9ep4blica, y adscrita al 7inisterio de #iencia y 8ecnología, seg4n lo pre!isto en el &rtículo :5 del ecreto Ley o. ?C= del =EB5=B>>, publicado en Faceta Gficial o. E.?>E '(traordinaria de fecha :EB5=B>>. Los fundadores fueron la 9'/H;L"#& ' V''IJ'L&, #G"#"8, /VS&, #&&1', #&8V, V'&LJ7, "V"# y JS;. Los ob0eti!os de su creaci%n consisten en la realizaci%n de acti!idades de in!estigaci%n, desarrollo tecnol%gico, asesoría para el sector empresarial p4blico y pri!ado. 'l "nstituto de "ngeniería está ubicado en #aracas, Venezuela y cuenta actualmente con una superficie de A.D== m : de construcci%n distribuida en laboratorios, talleres y oficinas. #on un personal altamente capacitado que representa el C= K entre profesionales y técnicos dedicados a acti!idades de
@ in!estigaci%n y desarrollo, ser!icios tecnol%gicos y asesorías en nuestras áreas de traba0o entre las cuales se encuentran6 tecnología industrial mecánica, ingeniería eléctrica y sistemas, tecnología de materiales, procesamiento digital de imágenes y gesti%n tecnol%gica. 'l "nstituto de "ngeniería fue creado como resultado de la iniciati!a de in!estigadores adscritos al "V"# y de un estudio donde particip% un destacado grupo de profesionales e in!estigadores en di!ersos campos de la ingeniería y disciplinas afines. Sus acti!idades se iniciaron en espacios alquilados al "V"#. 'l "nstituto ha crecido con una gran !ocaci%n de ser!icios, capacidad administrati!a, e(periencia en la gerencia de proyectos, equipos de traba0o arm%nicamente integrado y una creciente confianza por parte de un n4mero cada !ez mayor de empresas.
5.? Mi!ión #ontribuir de manera eficiente al fortalecimiento industrial del país mediante la in!estigaci%n, desarrollo y transferencia de tecnología y a la formaci%n de recursos humanos en áreas prioritarias, con un equipo humano altamente calificado y comprometido con la raz%n de ser del "nstituto de "ngeniería. ;a0o criterios de me0oramiento contin4o de la calidad, producti!idad y e(celencia, con un compromiso ético hacia las personas, clientes e instituciones con las cuales nos relacionamos. 5.@ $i!ión +acer del "nstituto de "ngeniería el #entro de "n!estigaci%n &plicada y esarrollo 8ecnol%gico por e(celencia de Venezuela, soporte fundamental del crecimiento econ%mico y social del país, reconocido por la capacidad y profesionalismo de sus recursos humanos, por el impacto nacional e internacional de sus proyectos y por la calidad de los ser!icios que presta. 5.E $al%e! 'l reconocimiento que posee la Fundación Instituto de Ingeniería es debido a su alto potencial en el desarrollo y capacitaci%n del recurso humano que allí labora, los siguientes aspectos son el refle0o de lo dicho6
•La rele!ancia de los proyectos e0ecutados, tanto a ni!el nacional como
internacional.
E
•La formaci%n del personal al más alto ni!el. •La
calidad de los recursos humanos formados en el "nstituto, a tra!és de sus cursos
especializados.
•La
calidad y e(celencia de nuestros proyectos6 de "n!estigaci%n &plicada, esarrollo
8ecnol%gico, &sesorías y Ser!icios.
•La documentaci%n técnica ba0o normas y la publicaci%n de nuestros resultados. •
#ompromiso, +onestidad, 7ística de traba0o, sentido de pertenencia a la instituci%n,
!ocaci%n de ser!icio. 5.A O&'eti(%! esde sus inicios la Fundación de Instituto de Ingeniería , se ha planteado ob0eti!os claros y precisos, los cuales hacen posible una me0ora sustancial en !irtud del cumplimiento de sus deberes como ente del estado6
•
"nfluir en los planes del 'stado en el sector tecnol%gico, desarrollo industrial y de modernizaci%n del estado !enezolano.
•
/romo!er el desarrollo de la rigurosidad científica y de calidad dentro de la instituci%n.
•
/romo!er la cultura de la documentaci%n y publicaci%n, en el ni!el correspondiente *planos, informes, artículos de di!ulgaci%n, artículos especializados-, dentro de los centros.
•
7odificar la cultura interna de la necesaria generaci%n de ingresos propios, orientándola
A •
hacia la b4squeda de programas de mediano y largo plazo, generadores de ingresos estables, que se constituyan en proyectos con impacto y rele!ancia a ni!el nacional yBo internacional.
•
La creaci%n de un fondo de reser!a que permita la operaci%n estable del "nstituto.
•
'l establecimiento de una política salarial acorde con el entorno en el cual se mue!e nuestra instituci%n. 'studiar, adicionalmente, la creaci%n de bonos de producti!idad por #entros.
5.C O)ani)ama de la empe!a
*i)+a N, -.- E!t+ct+a %)ani/aci%nal de la empe!a
C
-.0.- Cent% de In)enie1a Mec2nica 'l #entro de "ngeniería 7ecánica *#"7'#-, está encaminado al desarrollo de procesos de máquinas incluyendo la fabricaci%n de prototipos en peque)as series. &sí mismo la repotenciaci%n de equipos y maquinarias y al desarrollo de nue!os productos.
0.-.- Rec+!%! 3+man%! &ctualmente se cuenta con 5D personas, entre profesionales y técnicos, distribuidos de la siguiente forma6
•
i!el Jni!ersitario6 55
•
7aestría6 @
•
/regrado6 C
•
i!el 8écnico Superior Jni!ersitario6 5
•
i!el 8écnico6 @
•
&poyo &dministrati!o6 5
•
&lmacenista6 5
0.-.4 E!t+ct+a O)ani/ati(a de CIMEC 'l #entro está organizado en forma matricial siguiendo básicamente tres Jnidades de traba0o las cuales están encaminadas hacia el desarrollo industrial y de ser!icio. La primera de ellas6 'l desarrollo de procesos de manufactura, el cual en este instante esta siendo utilizado básicamente para la fabricaci%n de modernizaci%n de nuestros bancos de ensayos automotrices. La parte de dise)o utilizando equipos y softare especializado en el dise)o y la tercera, en este momento la más importante, es la unidad de ensayos automotrices, la cual esta
D orientada hacia la comprobaci%n de calidad de autopartes. 8odas ellas traba0ando en una sola direcci%n tratando de ofrecer el me0or ser!icio.
0.-.5 L1nea! de Ta&a'% •
ise)o y desarrollo.
•
#ertificaci%n y #ontrol de #alidad de /iezas y partes automotrices.
•
7anufactura.
•
7etrología.
>
CAPÍTULO II PLANTEAMIENTO DEL PRO6LEMA 'n este capítulo, se presentan aspectos importantes como el /lanteamiento del /roblema, Gb0eti!os Feneral y 'specíficos, Mustificaci%n, &lcances y elimitaciones de la in!estigaci%n.
4.- Planteamient% del P%&lema #omo la mini planta de harina de yuca consta de una 5era etapa del proceso de producci%n de la harina de yuca semi3h4meda para la realizaci%n de casabe de forma continua, se requiere realizar el Diseño de un prototipo de prensa para harina de yuca que obedezca las condiciones requeridas así como una fácil instalaci%n, operaci%n y mantenimiento para las #ooperati!as y /27'S
4.4 7+!tificación 'n este proyecto se analizarán prototipos e(istentes de prensas en Venezuela, seleccionando la idea que más se a0uste a las necesidades requeridas por los productores locales. 'l ise)o de las piezas y ensambles, se utilizará un Softare de dise)o ?, el cual permitirá la simulaci%n mecánica del prototipo logrado, así como toda la planimetría requerida tanto de detalle como de con0unto para su posterior construcci%n, usando materiales, elementos constructi!os y de fi0aci%n presentes en el país, logrando finalmente un prototipo de e(celente funcionalidad.
5= &ctualmente el #"7'# de la 1"", traba0a en di!ersas técnicas y propuestas para facilitar el proceso doméstico de la elaboraci%n del casabe y e(tracci%n de almid%n o procesamiento de la harina de yuca, ya que en la mayoría de los casos son producidos por familias ubicadas en sectores rurales siendo un producto artesanal de mucho traba0o físico y sacrificio. /ara la e(tracci%n de alg4n producto de la yuca como el almid%n o el procesamiento de la harina se requiere de la!ado, rallado, prensado, tamizado, separaci%n con agua, sedimentaci%n y secado. /ara concretar este potencial, será necesario desarrollar sistemas de procesamiento de harina de yuca que permitan un costo final competiti!o frente al precio de los cereales importados y que garanticen la oferta continua con estándares de calidad adecuados como suceden en nuestros países !ecinos ;rasil y #olombia, donde son de un alto consumo interno Jna de esas propuestas se encuentra en e0ecuci%n dentro del proyecto “ Diseño y puesta en marcha de mini planta de harina de yuca para cooperativas y PYMES 8,
por el
#entro de "ngeniería 7ecánica de la 1undaci%n "nstituto de "ngeniería *#"7'#31""-, adscrita al 7inisterio del /oder /opular para la #iencia y la 8ecnología *7//#8-, ubicado en la urb. 7onte 'lena, #arretera nacional +oyo de la /uerta, Sartane0as ;aruta 'do37iranda. 7oti!ado a que la producci%n a gran escala de la mini planta de harina de yuca es importante para el país, se busca crear una 5era etapa de línea de producci%n de harina de yuca semi3h4meda para casabe en el proceso de prensado, para lograr e(traerle el yare y que pueda ser usado tanto en el proceso de almid%n como inter!enir en la e(tracci%n de la harina de yuca panificable, todo integrado a un proceso continuo. /ara ello se requiere de un dise)o adecuado que permita lograr tales condiciones de traba0o y procesamiento. La yuca es uno de los culti!os más arraigados en la cultura de nuestro país, en algunas regiones el casabe representa un sustituto muy importante del pan de trigo. ebido al desarrollo end%geno y tecnol%gico de Venezuela, sobre todo en los rubros de alimentos secos como granos y harinas, se busca darle cabida a la harina de yuca procesada. 'n Venezuela particularmente la harina de trigo es la de mayor uso en panaderías, pastelerías y empresas afines, pero con la des!enta0a econ%mica que resulta importarla al país
55 a un muy alto costo, por tal moti!o la harina de yuca representaría en un futuro muy cercano un importante ahorro de di!isas, generaci%n de fuentes de empleo tanto directos como indirectos. 's importante resaltar que esté tipo de prototipos no es fabricado en nuestro país, por lo tanto este dise)o obedecerá a los ob0eti!os de la 1undaci%n "nstituto de "ngeniería aportando desarrollo tecnol%gico al país para beneficio de todos los !enezolanos. :.? O&'eti(%!
4.5.- 9eneal ise)ar un prototipo de prensa de yuca que permita optimizar la línea de procesamiento de la obtenci%n de casabe
4.5.4 O&'eti(%! E!pec1fic%! •
'!aluar prototipos y sugerencias de modelos e(istentes
•
esarrollar la tormenta de ideas
•
Seleccionar la idea que me0or se a0uste a las necesidades de los productores locales
•
esarrollar la ingeniería de detalle
•
7odelar el prototipo de prensa de yuca mediante la utilizaci%n de un softare #&
•
"ncluir los planos de con0unto y de detalle para la elaboraci%n y construcci%n del prototipo de prensa
•
9edactar el informe final del traba0o especial de grado.
5: :.@ Alcance! 'l desarrollo del presente estudio estará su0eto a las siguientes consideraciones6
•
'l proyecto total abarcará solo el dise)o conceptual, sin embargo en el proyecto de grado aparecerá el detalle del equipo.
•
'l Softare a utilizar para el desarrollo de la pasantía será un programa de #& debido a que es el disponible en el #"7'# y permite la realizaci%n de todas las acti!idades que !an desde el dise)o de las piezas en ? y ensambla0es hasta la e!aluaci%n de soldaduras y la simulaci%n de mecanismos.
•
La ingeniería básica para la construcci%n y el análisis de costos para su futura construcci%n.
•
La elaboraci%n del procedimiento de fabricaci%n y planos será fundamental para la culminaci%n de la tesis
•
Seleccionar los elementos de máquinas y materiales de construcci%n e(istentes en el mercado de Venezuela, como son el &cero &"S" 5=:= *'structural- y &cero "no(idable para el desarrollo del prototipo de prensa de yuca
:.E Delimitaci%ne! ebido al corto período de estadía en planta, este proyecto no contempla la construcci%n del prototipo, ni la elaboraci%n del manual de mantenimiento pre!enti!o del banco a dise)ar, sin embargo se incluirán algunas recomendaciones para su mantenimiento. 8ampoco se dise)arán y seleccionaran los elementos del sistema de adquisici%n de datos *#eldas de #argas, Softare-.
5? :.A Rec+!%! Nece!ai%! /ara la realizaci%n de la in!estigaci%n se requieren los siguientes recursos6
4.:.- Mateiale! ; E<+ip%! de Oficina 6 3 Lápiz 3 /apel bond *tama)o carta-. 3 #omputadora. 3 "mpresora. 3 isco #ompacto *#-.
4.:.4 Mateiale! ; 3eamienta! de Talle 3 'scuadras. 3 #inta 7étrica. 3 Vernier.
4.:.5 3+man%! 3 8utor 'mpresarial. 3 8utor &cadémico. 3 8écnicos 7ecánicos del 8aller.
4.:.= Pa<+ete C%mp+taci%nal 4.:.=.- 3ad>ae 3 /# de escritorio 7arca Samsung, #ore uo 5.A= F+z, :.= Fb de 9&7, D= Fb y 8ar0eta de !ideo &8" 5:D 7b edicada *<a 1uncionalidad3"mpresora, escáner, copiadora +/ /hoto smart #?5D= all3in3one.
5@
4.:.=.4 S%ft>ae 37icrosoft Nindos O/ Ser!er /acP : 37icrosoft Gffice :==? /rofessional 3/roB'F"''9 Nildfire ?.= *#&B#&7-.
4.:.? Ot%! ec+!%! 3 "nstalaciones del #entro de "ngeniería 7ecánica de la 1undaci%n "nstituto de "ngeniería *#"7'#31""3&cceso a "nternet del #"7'#31"", en la ;iblioteca uni!ersidad Sim%n ;olí!ar 3 7aterial bibliográfico e(istente en las bibliotecas6 #"7'#31"", Jni!ersidad Sim%n ;olí!ar. 3 9ecursos de "nternet y #atálogos etc.
5E
CAPÍTULO III MARCO TEÓRICO 'ste capítulo abarca el 7arco 8e%rico, el cual proporciona los basamentos te%ricos utilizados para la realizaci%n del proyecto y de los parámetros tomados en cuenta para abordar el problema.
5.- Antecedente! t@cnic%! 'n el &)o :==?, 'lysaud ;erm4dez y 7auricio Quintero, desarrollaron su traba0o especial de grado en la escuela de ingeniería mecánica de la Jni!ersidad #entral de Venezuela, con el título de “Diseño de una M!uina Empacadora de "arina y #lmidón$% en dicha in!estigaci%n se consideraron los siguientes aspectos6
•
ise)o de una máquina que procesa harina y almid%n, a partir de los “chips y féculas de la yuca.
•
'!aluaci%n de una serie de alternati!as apro(imadas al dise)o requerido
•
'l imensionamiento de la máquina se considero en base a la producci%n estimada de producto y fundamentado en estudios de esfuerzos requeridos por el sistema
•
Se realizaron todos los planos de cada uno de los elementos dise)ados que conforman todo el sistema. #on esto se obtu!o un estimado del costo de fabricaci%n de cada componente, y se pudo realizar un estudio de factibilidad econ%mica para la industrializaci%n de la máquina.
5A 'n el a)o :==@, 7iguel 7ota y Mean Fonzález, desarrollaron en su traba0o especial de grado en la escuela de ingeniería mecánica en la Jni!ersidad #entral de Venezuela, con el titulo de6 “ Diseño de una M!uina &alladora y E'primidora de Yuca para la Ela(oración de )asa(e
%$#uyo estudio fundamental se centro en un dise)o de una máquina de producci%n
por lote, el cual en su primer proceso !a a rallar la yuca amarga, y en su siguiente proceso e(prime o prensa la yuca ya rallada o masa de yuca. #onsiderando en la in!estigaci%n los siguientes aspectos6
•
La máquina debía ser accionada por sistemas de energía alternati!a, utilizando los conocimientos adquiridos en el área de dise)o, adaptándolo a las demandas de producci%n y consumo del mercado !enezolano.
•
La yuca amarga, después de raspada y la!ada, se !ierte en la tol!a alimentadora, el cual !a a pasar por medio de gra!edad a un tambor para ser rallada
•
La masa de yuca rallada *catebía h4meda-, !a a caer en un recipiente *saco de sisal para confinar la masa de 2uca, en el cual finalmente !a al proceso de e(primido por medio de un sistema hidráulico para lograr el producto final. 'n el a)o :==A, &nnyrene 7ocao y Sim%n Farmendia, desarrollaron en el 1"" un
proyecto titulado “Diseño y )onstrucción de Prototipos de Pelado% &allado y Prensado de Yuca Para Me*orar el Procesamiento de )asa(e$
donde se abarca una serie de estudios de
zonas productoras de yuca en el país y también la !ariedad de tipo de yuca en el territorio nacional buscando optimizar el proceso de elaboraci%n del casabe, este traba0o presenta condiciones de me0oras en el proceso como6
#ondiciones sanitarias y de seguridad.
'fecto contaminante.
'ficiencia del proceso < producti!idad.
&utomatizaci%n.
i!ersificaci%n de productos
5C /or lo que el proyecto tiene como ob0eti!o6
•
ise)ar y fabricar prototipos para optimizar la línea de procesamiento de yuca para la obtenci%n de casabe, a0ustados a las necesidades de los peque)os y medianos productores nacionales.
•
ise)ar y fabricar prototipos para los procesos de pelado, rallado y prensado de yuca, para la producci%n casabera nacional.
•
7e0orar las condiciones sanitarias y de seguridad e(istentes.
•
7e0orar la eficiencia del proceso en funci%n de la producti!idad.
•
'!aluar la multifuncionalidad de los prototipos para la obtenci%n de otros productos además del casabe.
•
'!aluar prototipos e(istentes.
5.4 *+ndament%! teóic%! 5.4.- Ca!a&e 'l casabe es un producto típico de la costa norte de Sudamérica *Venezuela, Suriname y ;rasil- y las &ntillas *Santa Lucía, 9ep4blica ominicana y +aití-, que se obtiene de la yuca siguiendo una tradici%n que data de la época precolombina. 'l término casabe pro!iene de un !ocablo indígena que significa $pan de yuca$.
5.4.-.- De!cipción del P%d+ct% 'l casabe se presenta en forma de tortas circulares de hasta @= cm. de diámetro y 5 cm de espesor. /resenta un color blanquecino quemado y de consistencia y te(tura más o menos áspera, dependiendo de la ralladura y del contenido de almid%n. 'l proceso que se sigue en 9ep4blica ;oli!ariana de Venezuela, consiste en pelar, rallar y prensar la yuca, para obtener una harina de grano grueso. #on esta harina se hacen tortas que se asan en un horno rudimentario llamada burén
5D
5.4.-.4 De!cipción del P%ce!% 'l siguiente es la descripci%n del proceso que se sigue en una agroindustria casabera tradicional, se puede representar a tra!és del siguiente esquema. Ver 1ig. :.5
*i)+a N, 5.- E!<+ema de p%ce!% de eali/ación de ca!a&e 5.4.-.4.-Recepción de la mateia pima La yuca fresca se recibe en sacos, se pesa y se eliminan las raíces que presenten da)os por podredumbre
5.4.-.4.4 La(ad% La yuca se coloca en una pila de agua potable para quitarle la tierra que tiene adherida y otros materiales e(tra)os.
5.4.-.4.5 De!p+ntad% ; a!pad% #on un cuchillo se cortan los dos e(tremos de la raíz y luego es raspada con un raspador *hecho de una tapa de lat%n- para despegar la cascarilla.
5>
5.4.-.4.= Rallad% La yuca limpia es colocada en un rallador *guayo-, que consiste en una placa de metal montada sobre un cilindro de madera soportado en un e0e, el cual es accionado por un motor eléctrico. 'n algunas zonas toda!ía se usa un método manual
5.4.-.4.? Pen!ad% La yuca rallada *catibía- es sometida a un proceso de prensado con una palanca para e(traerle el agua y parte del almid%n. Luego, se la coloca en sacos de propileno y se somete a presi%n por medio de un tronco *palanca con piedras en un e(tremo y que hacen presi%n-. 'n algunas plantas se han adaptado prensas de tornillo.
5.4.-.4.: Cenid% La yuca prensada es pasada por un tamiz metálico con orificios de unos :.E mm.
5.4.-.4.0 3%nead% % c%cción La catibía cernida se pone en el molde y se cuece en la superficie del burénR éste es una meseta de bloques de cemento cubierta por una loza de concreto de unos C cm de espesor, de 5 m de ancho por @.E m de largo, sobre la cual son cocidas las tortas6 'l horno en la parte posterior tiene dos !entanas que le sir!en para alimentaci%n de le)a y aire.
5.4.-.4. C%tad% ; empa<+e Las tortas se cortan en cuartos con una sierra circular, se en!uel!en en papel y se amarran con hilo.
5.4.-.4.B Empa<+e Se utiliza como material de empaque bolsas de papel, sin embargo, puede utilizarse cualquier tipo de saco impermeable.
:=
5.4.4 In)enie1a Seg4n el diccionario de la 9eal &cademia 'spa)ola, la ingeniería es “el con0unto de conocimientos y técnicas que permiten aplicar el saber científico a la utilizaci%n pro!echosa de la materia y la energía ”
5.4.5 Di!e"% ise)ar es formular un plan para la satisfacci%n de una necesidad específica o resol!er un problema. Si el plan propicia la creaci%n de algo que tiene una realidad física, entonces el producto debe ser funcional, competiti!o, 4til, que se pueda fabricar y comercializar .
5.4.= El Di!e"% en In)enie1a Mec2nica 'l dise)o mecánico, es el dise)o de ob0etos y sistemas de naturaleza mecánica6 máquinas, aparatos, estructuras, dispositi!os e instrumentos. 'n su mayor parte, el dise)o mecánico hace uso de las matemáticas, la ciencia de los materiales y la ciencia mecánica aplicada. /ara dise)ar sistemas mecánicos %ptimos, el ingeniero debe tener una cierta habilidad y e(periencia respecto a los elementos de máquinas. 'l estudio del dise)o y la selecci%n de los elementos que componen a determinado mecanismo sugieren una e!aluaci%n de la resistencia y limitaciones para ser utilizados. 's con!eniente también presentar planos y especificaciones del dise)o.
5.4.? C%n!ideaci%ne! de Di!e"% Se refiere a alguna característica que influye en el dise)o del elemento, o tal !ez en todo el sistema. Los criterios más generales a considerar en el dise)o mecánico son6
•
9esistencia B esfuerzo
•
istorsi%n B defle(i%n B rigidez
:5 •
esgaste
•
#orrosi%n
•
Seguridad
•
#onfiabilidad
•
1ricci%n
•
1acilidad de uso
•
Jtilidad
•
#osto
•
/rocesamiento
•
/eso
•
Vida
•
9uido
•
'stilo
•
1orma
•
8ama)o
•
#ontrol
•
/ropiedades térmicas
•
Superficie
•
Lubricaci%n
•
#omercializaci%n
•
7antenimiento
•
Volumen
•
9esponsabilidad legal
•
esecho B reciclado
&lgunos de estos factores se refieren directamente a las dimensiones, al material, al procesamiento o procesos de fabricaci%n, o bien a la uni%n o ensamble de los elementos del sistema.
5.4.: N%ma Jna norma es un con0unto de especificaciones para partes, materiales o procesos establecidos a fin de lograr uniformidad, eficiencia y una cantidad especificada. Jno de los
:: prop%sitos importantes de una norma es poner un límite al n4mero de artículos en las especificaciones para proporcionar un in!entario razonable de herramientas, tama)os, formas y !ariedades.
5.4.0 Mecani!m%! 5.4.0.- Mecani!m%! plan%! E!f@ic%! ; E!paciale! Los 7ecanismos se pueden clasificar de di!ersas maneras haciendo hincapié en sus similitudes y sus diferencias. Jno de estos agrupamientos di!ide los mecanismos en planos, esféricos y espaciales Jn mecanismo plano es aquel en el que todas las partículas describen cur!as planas en el espacio y todas estás se encuentran en planos paralelosR en otras palabras, los lugares geométricos de todos los puntos son cur!as paralelas a un solo plano en com4n. 'l eslabonamiento plano de cuatro barras, la le!a de placa y su seguidor, y el mecanismo de corredera3mani!ela son e0emplos muy conocidos de mecanismos planos. La !asta mayoría de mecanismos en uso hoy en día son del tipo plano.
*i)+a N, 5.4 Mecani!m% plan% Jn mecanismo esférico es aquel en el que cada eslab%n tiene alg4n punto que se mantiene estacionario conforme el eslabonamiento se mue!e, y en el que los puntos estacionarios de todos los eslabones están en una ubicaci%n com4n. *#oncéntricas-.
*i)+a N, 5.5 Mecani!m% e!f@ic%
:? Los mecanismos espaciales no incluyen, por otro lado, restricci%n alguna en los mo!imientos relati!os de las partículas. La transformaci%n del mo!imiento no es necesariamente coplanar, como tampoco es preciso que sea concéntrica. Jn mecanismo espacial puede poseer partículas con lugares geométricos de doble cur!atura.
*i)+a N, 5.= Mecani!m% e!pacial
5.4. E!f+e/%! 's el resultado de la di!isi%n entre una fuerza y el área en la que se aplica, Los esfuerzos internos sobre una secci%n plana se definen como un con0unto de fuerzas y momentos estáticamente equi!alentes a la distribuci%n de tensiones internas sobre el área de esa secci%n. &sí, por e0emplo, los esfuerzos sobre una secci%n trans!ersal plana “ de una !iga es igual a la integral de las tensiones “t sobre esa área plana. ormalmente se distingue entre los esfuerzos perpendiculares a la secci%n de la !iga y los tangentes a la secci%n de la !iga6
•
'sfuerzo normal, es el que !iene dado por la resultante de tensiones normales T, es decir, perpendiculares al área para la cual pretendemos determinar el esfuerzo normal.
•
'sfuerzo cortante, es el que !iene dado por la resultante de tensiones cortantes U, es decir, tangenciales al área para la cual pretendemos determinar el esfuerzo cortante.
:@ /ara poder e(plicar me0or el concepto de esfuerzo es necesario tomar un elemento diferencial de un cuerpo. ebido a que las fuerzas internas pueden presentarse en las tres direcciones posibles *(,y,z-, el elemento diferencial será un elemento diferencial !olumétrico.
*i)+a N, 5.? Element% difeencial de e!f+e/%! #ada una de las caras tiene un diferencial de área, las fuerzas que son normales a esa cara generan un esfuerzo normal T B& y las fuerzas que son tangentes al elemento diferencial generan esfuerzos cortantes U VB&. &l interior de un elemento ba0o carga, cada punto del cuerpo tiene !alores particulares para estas 5D !ariables *cada cara del cubo d( dy dz tiene tres esfuerzos, uno normal y dos de corte-, al analizar un punto !ecino el !alor de las !ariables cambia. Si se analizan las superficies e(teriores de un elemento estructural ba0o carga, se encuentra que sobre estas caras, los esfuerzos internos no e(isten, esto anula tres esfuerzos pero por equilibrio de fuerzas se anulan E esfuerzos, por lo tanto, se puede simplificar el modelo tridimensional a uno bidimensional que contiene solo tres !ariables, s ( sy t(y, las cuales describen el estado de tensiones de un punto sobre la superficie e(terior de un cuerpo ba0o carga. Ver fig ?.A
:E
*i)+a N, 5.: M%del% &idimen!i%nal
'ste grupo de esfuerzos actuando sobre un punto es el estado de tensiones del punto. 9epresenta una situaci%n de cargas que puede transformarse rotando el cubo d(,dy,dz. 'sto genera un cambio en las tensiones sobre las caras, los esfuerzos !arían en magnitud y sentido pero en con0unto, el estado de tensiones se ha cambiado por otro equi!alente. Las unidades de los esfuerzos son las mismas que para la presi%n, fuerza di!idida por área, se utilizan con frecuencia 7/a psi Wpsi WgBmm: WgBcm:
5.4..- M%ment% flect% Jn momento de fuerza resultante de una distribuci%n de tensiones sobre una secci%n trans!ersal de un prisma mecánico fle(ionado o una placa que es perpendicular al e0e longitudinal a lo largo del que se produce la fle(i%n.
*i)+a N, 5.0 Element% !%metida a fleión 's una solicitaci%n típica en !igas y pilares ya que todos estos elementos suelen deformarse predominantemente por fle(i%n. 'l momento flector puede aparecer cuando se
:A someten estos elementos a la acci%n un momento *torque- o también de fuerzas puntuales o distribuidas. 'l producto de la magnitud del esfuerzo solicitante, multiplicado por la longitud de la distancia *brazo- de la acci%n, esto es, la distancia de la línea de acci%n del esfuerzo desde el punto de empotramiento de un cuerpo se indica como momento flector de un cuerpo.
*i)+a N, 5. $i)a !%metida a fleión
M+ = P ⋅ l
*'c. ?.5-
M+, 7omento 1lector
/6 1uerza solicitante l 6 longitud ebido al efecto de dicho momento, 'l e0e O del cuerpo fle(iona formando un arco de círculo como se demuestra en la figura ?.D. /or efecto de la fle(i%n, las fibras superiores al e0e neutro O se estiran *tracci%n-, mientras las fibras inferiores se comprimen *compresi%n-, la tracci%n y la compresi%n de la fibras del cuerpo es tanto mayor en cuanto aumenta la distancia desde el e0e neutro O /ara definir e(actamente como es posible aumentar la resistencia de un cuerpo a la solicitaci%n por fle(i%n, hay que aclarar lo siguiente6 La resistencia aumenta cuanto mas grande es la distancia en direcci%n del esfuerzo del material resistente del e0e neutro, y dicha resistencia es proporcional al cuadrado de la distancia misma. 's muy simple entonces comprender el por que todo los cuerpos s%lidos solicitado a fle(i%n deben tener una secci%n en la cual el material resistente se encuentra le0os del e0e neutro del cuerpo mismo.
:C
5.4..4 M%ment% t%!% 'l momento torsor en un cuerpo s%lido es determinado por la intensidad de la fuerza, multiplicada por la distancia “r de su punto de aplicaci%n respecto al e0e del cuerpo mismo
*i)+a N, 5.B C+ep% !%metid% a m%ment% t%!% Fuente:http://ibiguridp3.wordpress.com/res/tor/
Mt-P.r
*'c. ?.:-
Siendo6 Mt, 7omento 8orsor
/ 6 1uerza solicitante r6 radio de la secci%n del cuerpo
'n la figura ?.5= se puede apreciar un árbol de transmisi%n antes de estar solicitado por un momento torsional y luego de estar sometido a un momento torsor
:D
*i)+a N, 5.- e'e !%metid% a m%ment% t%!% 1uente6 http6BB.monografias.comBtraba0osE>Btorsion3metalesB"mage:.gif
5.4.B Di!e"% de +ni%ne! apenada! Jnir es uno de los problemas básicos en ingeniería, las piezas básicas siempre se integran formando piezas más comple0as. Jna clasificaci%n para las uniones las separa en6 uniones permanentes, uniones semipermanentes y uniones desmontables. 'n el primer grupo, se re4nen las uniones que una !ez ensambladas son muy difíciles de separar. 's el caso de las soldaduras, remaches y a0ustes muy forzados. 'stas uniones, si se separan, implican da)os en la zona de uni%n. Jn segundo grupo lo forman las uniones que en general no !an a desmontarse, pero se de0a abierta esta posibilidad. /ara esto se usan principalmente uniones roscadas. 1inalmente, las uniones que deben ser desmontables para efectos de mantenimiento o traslados utilizan elementos roscados, cha!etas, lengXetas, pasadores y seguros elásticos. 'n la figura ?.55 se e0emplifican di!ersos elementos de uni%n.
*i)+a N, 5.-- Element%! de +nión
:> Los elementos básicos de una rosca o hilo son el diámetro e(terior, el diámetro interior, el paso, el tipo de hilo, el sentido de a!ance, la cantidad de entradas y el a0uste. Los diámetros interior y e(terior limitan la zona roscadaR el paso es el desplazamiento a(ial al dar una !uelta sobre la héliceR el tipo de hilo es determinado por el tipo de filete y el paso, e(istiendo un gran n4mero de hilos estandarizados. 'l sentido de a!ance puede ser derecho o izquierdo. 'sto significa que una rosca derecha a!anza a(ialmente al girarla de acuerdo a la ley de la mano derecha. 'n una rosca izquierda esta ley no se cumple. 'l sentido de a!ance izquierdo se usa principalmente por seguridad, como en las !ál!ulas de balones de gas. La cantidad de entradas indican cuántas hélices están presentes. Feneralmente s%lo hay una hélice presente. /or e0emplo si se desea unir una tuerca a un perno, se tiene una oportunidad por !uelta, o sea, una entradaR en tapas de frascos y bebidas se desea una colocaci%n fácil y se utilizan ?, @ o más entradas, es decir ?, @ o más hélices presentes. 'sto necesariamente aumenta el paso, lo cual no es con!eniente en un elemento que debe permanecer unido
*i)+a N, 5.-4 Repe!entación de entada!
5.4.B.- Repe!entación )afica de la! %!ca! 'l dibu0o detallado de las roscas es muy difícil de realizar, esto obliga a reemplazarlo por alg4n símbolo que represente un e0e roscado. La siguiente figura muestra las representaciones simplificadas en 'uropa y orte &mérica. osotros utilizamos principalmente la representaci%n europea
?=
*i)+a N, 5.-5 Repe!entación de %!ca
5.4.B.4 Tip%! de %!ca '(isten !arios tipos de rosca, como por e0emplo las roscas métricas *7-, la rosca unificada fina *J1-, la rosca unificada normal *corriente- *J#-, la rosca Nitorth de paso fino *;S1-, la rosca Nitorth de paso normal *;SN o N-, entre otras. Las diferencias se basan en la forma de los filetes que los hacen más apropiados para una u otra tarea, las roscas indicadas son las más utilizadas en elementos de uni%n. 'n la figura siguiente se aprecian !arias formas de roscas, los filetes triangulares son utilizados en pernos y tuercas, los filetes redondos son utilizados en uniones rápidas de tuberías, finalmente las roscas rectangulares en general se utilizan para e0ercer fuerza en prensas
*i)+a N, 5.-= epe!entaci%ne! de %!ca!
?5 La designaci%n de las roscas se hace por medio de su letra representati!a e indicando la dimensi%n del diámetro e(terior y el paso. 'ste 4ltimo se indica directamente en milímetros para la rosca métrica, mientras que en la rosca unificada y Nitorth se indica a tra!és de la cantidad de hilos e(istentes dentro de una pulgada. /or e0emplo, la rosca 7 ?,E ( =,A indica una rosca métrica normal de ?,E mm de diámetro e(terior con un paso de =,A mm. La rosca N ?B@ YY3 5= equi!ale a una rosca Nitorth normal de ?B@ pulg. de diámetro e(terior y 5= hilos por pulgada.
5.4.- Tan!mi!ión ind+!tial Se entiende por transmisi%n de potencia, la acci%n de cuerpos mecánicos destinados a la transformaci%n del mo!imiento. Jna transmisi%n mecánica es una forma de intercambiar energía mecánica distinta a las transmisiones neumáticas o hidráulicas, ya que para e0ercer su funci%n emplea el mo!imiento de cuerpos s%lidos, como lo son los engrana0es y las correas de transmisi%n. La transmisi%n cambia la !elocidad de rotaci%n de un e0e de entrada, lo que resulta en una !elocidad de salida diferente. 'n la !ida diaria se asocian habitualmente las transmisiones con los autom%!iles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran !ariedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primiti!as comprenden, por e0emplo, reductores y engrana0es en ángulo recto en molinos de !iento o agua y máquinas de !apor , especialmente para tareas de bombeo
5.4.-.- Relación de tan!mi!ión 'n un sistema de transmisi%n de mo!imiento, se define la relaci%n de transmisi%n del mecanismo como el cociente de las !elocidades de giro de los árboles6 i - / 0 1
onde i, relaci%n de transmisi%n
/6 !elocidad de giro del árbol conducida 1, !elocidad de giro del árbol conductora
*'c. ?.?-
?: 'sta magnitud, por definici%n, no tiene dimensiones. #uando la relaci%n de transmisi%n es mayor que 5, el árbol resistente gira más rápidamente que el árbol conductor, y se dice que el sistema es multiplicador . 'l momento de torsi%n, sin embargo, es menor. #uando pasa lo contrario, el sistema se llama reductor . &demás de determinar las !elocidades de giro, la relaci%n de transmisi%n permite aumentar el momento resistente para una potencia determinada del árbol motor. 'n el dise)o de un mecanismo, se a0ustan las formas y medidas de los diferentes componentes para garantizar la relaci%n de transmisi%n deseada
5.4.-.4 En)ana'e! 'l in!entor de los engrana0es en todas sus formas fue Leonardo da Vinci, quien a su muerte en la 1rancia de 5E5>, de0% para nosotros sus !aliosos dibu0os y esquemas de muchas de los mecanismos que hoy utilizamos diariamente. La forma más básica de un engrane es una pare0a de ruedas, una de ellas pro!istas de barras cilíndricas y la otra formada por dos ruedas unidas por barras cilíndricas. Los engrana0es se clasifican en tres grupos6 •
'ngrana0es #ilíndricos *para e0es paralelos y que se cruzan-
•
'ngrana0es #%nicos *para e0es que se cortan y que se cruzan-
•
8ornillo sin fin y rueda helicoidal *para e0es ortogonales-
Se fabrican a partir de un disco cilíndrico, cortado de una plancha o de un trozo de barra maciza redonda. 'ste disco se lle!a al proceso de fresado en donde se retira parte del metal para formar los dientes. 'stos dientes tienen dos orientaciones6 dientes rectos *paralelos al e0ey dientes helicoidales *inclinados con respecto al e0e-. Los engrana0es de diente recto son más simples de producir y por ello más baratos, la transmisi%n del mo!imiento se realiza por medio de los dientes, quienes se empu0an sin resbalar. 'n el caso de los dientes helicoidales los dientes se empu0an y resbalan entre sí, parte de la energía transmitida se pierde por roce y el desgaste es mayor. La !enta0a de los helicoidales es la falta de 0uego entre dientes que pro!oca un funcionamiento silencioso y preciso.
?? Los engrana0es cilíndricos se aplican en la transmisi%n entre e0es paralelos y que se cruzan. Los engrana0es pueden ser desde muy peque)os hasta muy grandes, para facilitar la puesta en marcha y la detenci%n de un mecanismo es importante que el engrana0e tenga poca masa, esto se logra quitando material.
5.4.-.5C%ea! tape/%idale! /ara la transmisi%n de torque de una máquina motriz a una máquina conducida, e(isten al menos tres métodos muy utilizados6 8ransmisi%n con engrana0es, correas fle(ibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos. ependiendo de la potencia, posici%n de los e0es, relaci%n de transmisi%n, sincronía, distancia entre e0es y costoR se seleccionará el método a utilizar. Los pasos siguientes lo guiarán en la selecci%n de una transmisi%n utilizando correas de secci%n trapecial y poleas acanaladas para conectar dos e0es. &l comienzo se requieren los siguientes datos6 •
/otencia requerida en la máquina conducida Z+/[
•
8ipo de máquina motora y máquina conducida
•
Velocidad de la máquina motora Zrpm[
•
Velocidad de la máquina conducida Zrpm[
•
istancia tentati!a entre e0es
CORREAS TRAPS
*i)+a N, 5.-? Si!tema de c%ea
?@
5.4.-.= Cadena! /ara la transmisi%n de torque de una máquina motriz a una máquina conducida, e(isten al menos tres métodos muy utilizados6 8ransmisi%n con engrana0es, correas fle(ibles de caucho reforzado y cadenas de rodillos. ependiendo de la potencia, posici%n de los e0es, relaci%n de transmisi%n, sincronía, distancia entre e0es y costoR se seleccionará el método a utilizar. Los pasos siguientes lo guiarán en la selecci%n de una transmisi%n utilizando correas de secci%n trapecial y poleas acanaladas para conectar dos e0es. &l comienzo se requieren los siguientes datos6 •
/otencia requerida en la máquina conducida Z+/[
•
8ipo de máquina motora y máquina conducida
•
Velocidad de la máquina motora Zrpm[
•
Velocidad de la máquina conducida Zrpm[
•
istancia tentati!a entre e0es
*i)+a N, 5.-: Si!tema de tan!mi!ión p% cadena 5.4.-- Te%1a de falla Se considera un fallo de una estructura o pieza mecánica cuando la misma pierde la utilidad para la cual fue dise)ada, las diferentes fallas que puede presentar un material pueden ser por deformaci%n, fractura, corrosi%n. Se dice que un material ha fallado por fluencia cuando la deformaci%n plástica en alg4n punto es superior a un cierto !alor límite, normalmente con!enido en =.==:. 'ste tipo de falla se asocia generalmente con los esfuerzos tangenciales y ocurre como consecuencia
?E del desplazamiento de planos de átomos sin que se modifiquen la continuidad en la estructura del materia. Jn material falla por fractura cuando se separa en !arias partes, la fractura de un material puede ser d4ctil o frágil. Jna fractura se considera d4ctil cuando presenta una deformaci%n plástica muy grande antes de que se produzca la falla, si ocurre lo contrario se llama frágil. Se asocia la fractura frágil normalmente con la presencia de esfuerzos normales a tracci%n por fuerzas cohesi!as entre los átomos superados por solicitaciones e(ternas. & tra!és de un grafico de esfuerzo !s. deformaci%n se puedes e(traer di!ersas propiedades mecánicas del material incluyendo el fallo de las misma.
*i)+a N, 5.-0 92fic%! de e!f+e/% (!. Def%mación 1uente6 http6BB.emc.u0i.esBdB77#8'docB";55''B";5538=E3 #9"8'9"GSK:='K:=9G8J9&.pdf 'n la figura ?.5C se obser!a la cur!a característica de esfuerzos Vs. deformaciones de los materiales d4ctiles y frágiles donde la principal característica en cuanto a criterio de falla es la siguiente6 3Si Tma(\ T' el material plastifica 3Si Tma(\ T' el material rompe Se han desarrollado !arias teorías de falla, muchas de ellas con soporte e(perimental la cual nos permiten establecer y calcular la tensi%n equi!alente, para predecir me0or o peor la rotura seg4n el tipo de material.
?A 'stos criterios tienen como filosofía de establecer una equi!alencia entre estados general de esfuerzos y un estado unia(ial como el que presenta el ensayo de tracci%n !er 1igura ?.5D, entre 5DEA y 5>?C fueron desarrolladas !arias teorías de fallas entre las cuales se tienen las teorías de 9anPine, 8resca y Von 7ises.
*i)+a N, 5.- E!tad%! ten!iónale! 5.4.--.- Citei% de la M2ima Ten!ión N%mal FRanGineH 1ue una teoría desarrollada a mediados del siglo O"O, por el celebre ingeniero ingles N M.7. 9anPine y se utiliza principalmente para predecir la falla de aquellos materiales que presentan una fractura de naturaleza frágil. 'n la aplicaci%n de esta teoría puede presentarse tres casos6 •
/ara una má(ima tensi%n normal será igual a una má(ima o minima tensi%n principal.
EJRanGine K - ó 5 •
*'c. ?.@-
Se producirá el fallo del material cuando6
*'c. ?.E•
'n materiales is%tropos *acero-
σEtacción
σEc%mpe!ión
TEJRanGine ma( ]^T- ^,^ T5^_
*'c. ?.A-
?C
5.4.--.4 Citei% de la M2ima Ten!ión Tan)encial FTe!caH 8eoría propuesta inicialmente por el científico francés +. 8resca en un articulo presentado en la &cademia de #iencia de /aris en 5DAD y comprobada posteriormente de manera e(perimental por el in!estigador ingles M.M Fuest en el a)o 5>>=. 'sta teoría consiste principalmente en establecer que un material sometido a un estado general de esfuerzo fallara por fluencia cuando el esfuerzo de corte má(imo alcance un determinado !alor el cual corresponderá al esfuerzo cortante má(imo que se genera en el ensayo de tracci%n cuando llega el limite de fluencia. 'ntre los aspectos principales de esta teoría se tiene el siguiente6
•
Se producirá el fallo o plastificaci%n del material cuando la má(ima tensi%n tangencial que e(perimente en un estado general ? alcance la má(ima tensi%n tangencial del ensayo de tracci%n cuando se produce la plastificaci%n de la probeta
•
/ara una má(ima tensi%n tangencial es igual a /ara una má(ima tensi%n tangencial es igual a *T- T5-B: en un caso esfuerzos tensional real. Ver 1ig.?.5>
*i)+a N, 5.-B E!f+e/%! ten!iónale! τ M#2
•
=
*σ 5
−
:
σ ?
-
*'c. ?.C-
7á(ima tensi%n tangencial en un ensayo unia(ial cuando T T'. Ver 1ig.?.:=
?D
*i)+a N, 5.4 e!f+e/% aial τ Ma'
•
=
σ E
*'c. ?.D-
:
"gualando ambas e(presiones
τ M#2
=
*σ 5
−
σ ?
:
-
Kτ Ma'
=
σ E
*'c. ?.>-
:
Seg4n este criterio el material fallará si6 •
Luego la tensi%n equi!alente a un estado tensional ? genérico seg4n el criterio de 8resca σ 5
•
−
σ ?
≥
σ E
*'c. ?.5=-
La tensi%n equi!alente a un estado tensional ? genérico seg4n el criterio de 8resca TEJTe!ca T- ` T5 *'c. ?.55-
Esta teoría se basa en la •
'sta teoría se basa en la obser!aci%n e(perimental de que los materiales d4ctiles fallan por deslizamiento sobre planos cristalográficos a @E.
•
'n un caso de tensi%n plana : conocido el estado tensional referido a unos e0es cartesianos cualesquiera GO2. Ver 1ig.?.:5
*i)+a N, 5.4- E!f+e/% de ten!ión 4D
?> *'c. ?.5:•
'n el caso particular de que T n;=. Ver 1ig.?.::
*i)+a N, 5.44 E!f+e/% de ten!ión !in ca)a aial *'c. ?.5?-
5.4.--.5 Citei% de la M2ima Ene)1a de Di!t%!ión F$%n Mi!!e!H Jna teoría desarrollada inicialmente en forma independiente por 7.8. +uber en /olonia en 5>=@ y por 9. Von 7isses en &lemania en 5>5?, basado ambas teorías en el concepto de la energía de distorsi%n. onde se utiliza los esfuerzos a corte en un plano octaedral. La teoría de Von 7isses es utilizada para predecir fallas por fluencia en materiales con comportamiento d4ctil y arro0a resultados que guardan una correlaci%n con !alores e(perimentales &spectos fundamentales de esta teoría6 •
Seg4n el criterio de la 7á(ima 'nergía de istorsi%n se produce el fallo o plastificaci%n cuando en un punto del s%lido se alcanza la energía de distorsi%n del ensayo unia(ial al plastificar T K TE.
•
'l esfuerzo de corte en un plano octaedral puede e(presarse como
*'c. ?.5@-
@= •
'n un caso : conocido el estado tensional referido a unos e0es cartesianos cualesquiera GO2.Ver 1ig?.:?
*i)+a N, 5.45 E!tad% de e!f+e/% de ten!ión c%n ca)a aial en element% 4D
*'#. ?.5E-
•
'n el caso particular de la figura ?.:@ Tn;;=
*i)+a N, 5.4= E!tad% de e!f+e/% de ten!ión !i ca)a aial en element% 4D
*'c. ?.5A•
#riterio de falla σ 4M
≤
*
: ?
- ⋅ S y
⇒
F#33#
*'c. ?.5C-
5.4.-4 Re!%te 9obert +ooPe *5A?E35C=?-, desarroll% y public% en 5ACD una ley que permite asociar una constante a cada resorte, la cual es conocida como Ley de +ooPe y se enuncia6 53a
@5 +uer6a !ue devuelve un resorte a su posición de e!uili(rio es proporcional al valor de la distancia !ue se despla6a de esa posición5.
/re!io a este descubrimiento, en 5ACE, realiz% !arios e(perimentos que permitieron construir una pieza metálica enrollada en forma de hélice para descubrir sus propiedades, cuyo estudio cuantitati!o lleg% más tarde. 'sto lle!o a la in!enci%n del !olante con resorte espiral, los cuales se contraen y se rela0an alrededor de la posici%n de equilibrio en periodos iguales *tardando lo mismo- sin que influya la amplitud de la oscilaci%n. 'l resorte capilar, hizo posible la aparici%n de las piezas de relo0ería portátiles. &l eliminar el pesado péndulo, se pudieron construir relo0es de pulsera y precisos relo0es insensibles al balanceo de un barco, que fueron la cla!e para determinar la longitud geográfica. /osteriormente se desarrollaron los cron%metros. Los resortes son componentes mecánicos capaces de absorber deformaciones considerables ba0o la acci%n de una fuerza e(terior, recuperando su forma inicial cuando cesa la acci%n de la misma, por ello se dice que presentan una gran elasticidad. /rincipalmente se dise)an para dar una fuerza que puede ser6 de empu0e, puede tirar e incluso torcer. Su funci%n principal es e0ercer fuerzas, proporcionar fle(ibilidad y almacenar o absorber energía, por ello su principal utilizaci%n es en máquinas. 'n general estos elementos pueden clasificarse en resortes de alambre o resortes planos.
5.4.-4.- Repe!entación ; ac%tación de e!%te! La norma J'3' "SG :5A: establece una clasificaci%n de los diferentes tipos de resortes, datos técnicos, su representaci%n y acotaci%n. 'n general, los resortes se pueden representar en !ista o seccionados por un plano secante a(ial, en ambos casos, en la proyecci%n seg4n un plano paralelo al e0e del resorte, las sinusoides que representan los contornos de las espiras se sustituyen por líneas rectas que unen las partes del contorno o secci%n trans!ersal de la espira. *Ver 1ig. ?.:E'n los dibu0os de fabricaci%n, los resortes se representan con su e0e en posici%n horizontal y con la forma que presentan en estado libre, es decir, sin tener en cuenta la carga e(terior que
@: pro!oca su deformaci%n. & su !ez, en caso de que el e(tremo del resorte presente alguna forma especial, se a)adirán las !istas necesarias para su total definici%n.
*i)+a N, 5.4? Repe!entación de e!%te Ta&la N, 5.- Dat%! de e!%te
5.4.-4.4 Mateiale! emplead%! paa el di!e"% de e!%te Ta&la N, 5.4 Mateiale! paa c%n!t+cción de e!%te!
5.4.-4.5 Cla!ificación de l%! Re!%te! 5.4.-4.5.- 6aa! de t%!ión
@? 's uno de los di!ersos tipos de elementos elásticos o resortes que se pueden utilizar en una suspensi%n, además de los muelles helicoidales, los sistemas hidroneumáticos y las ballestas. #onsiste en barras de acero reforzado que absorben la energía al pasar por un bache $retorciéndose$, es decir, traba0ando a torsi%n. 'n automotriz, generalmente, esta su0eta al bastidor y se conecta indirectamente con la rueda. 'n algunos casos el e(tremo trasero de la barra esta fi0o al chasis y el delantero al brazo de control de la suspensi%n, que act4a como palancaR al mo!erse !erticalmente la rueda, la barra se tuerce. /ueden estar montadas longitudinalmente o trans!ersalmente y están hechas de una aleaci%n tratada por calor para el acero, durante la manufactura son precisamente estiradas para darles una resistencia contra la fatiga.
5.4.-4.5.4 Re!%te! de ten!ión % eten!%e! 'stán dise)ados para absorber y acumular energía, mediante la creaci%n de resistencia a una fuerza de tracci%n. 8odas las espiras son acti!as, y la tensi%n inicial es lo que mantiene las espiras firmemente apretadas. &demás los e(tremos de este tipo de resortes presentan una serie de formas peculiares, que incluyen6 &rgollas de torsi%n o de cruceta e(tendidas. Fanchos u o0ales a distintas distancias del cuerpo del resorte. G0ales ampliados o reducidos. r educidos. '(tremos rectangulares o en forma de lágrima. Los e(tremos estándar se forman doblando la 4ltima espira a >= en relaci%n con el cuerpo de espira. 'l alambre redondo es el material más usado para la fabricaci%n de los resortes de e(tensi%n, ya que es más adaptable al herramental de enrollado estándar. Jn resorte de e(tensi%n de uso especial com4n es el resorte de horno usado en las puertas de los hornos, que se distingue de los demás resortes de e(tensi%n debido a sus e(tremos de gancho e(tendido especiales.
@@
Ta&la N, 5.5 (i!ta! de e!%te de eten!ión
5.4.-4.5.5 Re!%te! de c%mpe!ión % m+elle! m +elle! ise)ado ise)adoss para crear resistenc resistencia ia a una fuerza compresi!a, compresi!a, son de cuerpo cilíndrico cilíndrico helicoidal abiertos, y por lo general enrollados con diámetro constante. 'l alambre redondo es el material más com4nmente usado para la fabricaci%n de los resortes de compresi%n, pues es el más adaptable al herramental de enrollado estándar. o obstante, también puede usarse alambre cuadrado, rectangular rectangular o de secci%n especial especial cuando así e(ige el dise)o. & menudo se esmerilan los e(tremos para aumentar su !ida de ser!icio y permitir que el resorte se asiente plenamente sobre la superficie de carga. 'l esmerilado también aumenta el n4mero de espiras acti!as y el diámetro de alambre disponible en un !olumen de espacio específico, lo que conduce a cargas más altas o tensiones más ba0as. 'n general, suelen poseer un diámetro de espiras constante, un paso constante y una tasa o constante de resorte, aunque en determinadas aplicaciones se puede obser!ar un paso de resorte !ariable
@E
8ipo de resorte de muelle seg4n su aplicaci%n6
Ta&la N, 5.= Difeencia! Dif eencia! aplicación ; caacte1!tica! de e!%te! de m+elle
5.4.-4.5.= Re!%te! di!c%idale! % aandela! 6elle(ille 9esorte de compresi%n formado por arandelas elásticas en forma de tronco de cono *arandelas ;elle!ille- o roldana, montadas indi!idualmente o en grupo superpuestas. Jna de las características que las hace muy 4tiles en ciertas aplicaciones, es que tienen una característica fuerza3defle(i%n no lineal, así como también se pueden colocar en pilas formando !arios tipos de configuraci%n, en serie, paralelo, y combinados en paralelos y en serie. *Ver 1igura ?.:A -
@A
*i)+a N, 5.4: C%nfi)+ación de e!%te de aandela
8ienen gran aplicaci%n, entre las cuales destacan6
•
imensiones reducidas con gran capacidad de carga.
•
Varias arandelas superpuestas en el mismo sentido permiten multiplicar la carga que soportan con igual deformaci%n
•
Varias arandelas superpuestas en oposici%n permiten multiplicar la deformaci%n elástica con igual carga
•
/resentan una gran resistencia a la fatiga
•
7á(ima seguridad de funcionamiento ya que la rotura de una arandela no de0a el resorte fuera de ser!icio.
@C
5.4.-4.5.=.- Tip% de e!%te! di!c%idale! % aandela! 6elle(ille Ta&la N, 5.? tip% de e!%te de aandela
5.4.-5 M@t%d% de l%! element%! finit%! 'l método se basa en di!idir el cuerpo, estructura o dominio *medio continuo- sobre el que están definidas ciertas ecuaciones integrales que caracterizan el comportamiento físico del problema en una serie de subdominios no intersectantes entre sí denominados elementos finitos. 'l con0unto de elementos finitos forma una partici%n del dominio también denominada discretizaci%n. entro de cada elemento se distinguen una serie de puntos representati!os llamados nodos. os nodos son adyacentes si pertenecen al mismo elemento finitoR además, un nodo sobre la frontera de un elemento finito puede pertenecer a !arios elementos. 'l con0unto de nodos considerando sus relaciones de adyacencia se llama malla. Los cálculos se realizan sobre una malla o discretizaci%n creada a partir del dominio con programas especiales llamados generadores de mallas, en una etapa pre!ia a los cálculos que se denomina pre3proceso. e acuerdo con estas relaciones de adyacencia o conecti!idad
@D se relaciona el !alor de un con0unto de !ariables inc%gnitas definidas en cada nodo y denominadas grados de libertad. 'l con0unto de relaciones entre el !alor de una determinada !ariable entre los nodos se puede escribir en forma de sistema de ecuaciones lineales *o linealizadas-. La matriz de dicho sistema de ecuaciones se llama matriz de rigidez del sistema. 'l n4mero de ecuaciones de dicho sistema es proporcional al n4mero de nodos. 8ípicamente el método de los elementos finitos se programa computacionalmente para calcular el campo de desplazamientos y, posteriormente, a tra!és de relaciones cinemáticas y constituti!as las deformaciones y tensiones respecti!amente, cuando se trata de un problema de mecánica de s%lidos deformables o más generalmente un problema de mecánica de medios continuos. 'l método de los elementos finitos es muy usado debido a su generalidad y a la facilidad de introducir dominios de cálculo comple0os *en dos o tres dimensiones-.
@>
CAPÍTULO I$ MARCO METODOLÓ9ICO 'n este capítulo se especifica el tipo de procedimiento usado para la realizaci%n del traba0o de in!estigaci%n, así como también contempla, los métodos científicos, técnicas y herramientas para resol!er la situaci%n planteada.
=.- C%n!ideaci%ne! )eneale! 'l 7arco 7etodol%gico esta referido al momento que alude al con0unto de procedimientos l%gicos, tecno3operacionales implícitos en todo proceso de in!estigaci%n, con el ob0eto de ponerlos de manifiesto y sistematizarlosR a prop%sito de permitir describir y analizar los supuestos del estudio y de construir los datos, a partir de los conceptos te%ricos con!encionalmente operacionales. *;allestring, 5>>C-.
=.4 Di!e"% de la in(e!ti)ación e acuerdo al planteamiento del problema y a los ob0eti!os de la in!estigaci%n, se fundamenta el estudio en in!estigaci%n del tipo documental, ya que la informaci%n recabada se hizo a tra!és de folletos, manuales y te(tosR y de campo, debido a que parte de la informaci%n se obtu!o en el área, recolectando datos y !erificando condiciones de traba0o, con el fin de describir, analizar e interpretar la naturaleza del problema
=.5 Ni(el de la In(e!ti)ación
E= ebido a las características de la in!estigaci%n y a los ob0eti!os planteados en este proyecto, seg4n el 7anual de 8raba0os de Frado de 'specializaci%n y 7aestría y 8esis octorales, J/'L :==?, la in!estigaci%n corresponde a una del tipo /royecto 1actible, la cual consiste en la in!estigaci%n, elaboraci%n y desarrollo de una propuesta de un modelo operati!o !iable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales. La in!estigaci%n es de tipo documental, porque fue indispensable la b4squeda y obtenci%n de datos a tra!és de manuales, catálogos y te(tos. 's una in!estigaci%n de campo, porque parte de la informaci%n necesaria para elaborar la propuesta surgi% del área de traba0o así como a !isitas a di!ersos lugares donde eran e!identes obser!ar el problema como fue el caso de las casaberas en el estado &nzoátegui. 8ambién se considera una in!estigaci%n descripti!a, porque se dise)% un mecanismo en el cual se dan a conocer sus componentes, materiales y elementos mecánicos.
=.= T@cnica! de ec%lección de dat%! =.=.- Re(i!ión d%c+mental 7ediante esta técnica se consultaron te(tos de ingeniería, para afianzar los conocimientos referidos a la in!estigaci%n. "gualmente, se re!isaron tesis de grado y te(tos de metodología de la in!estigaci%n, para la constituci%n del marco metodol%gico, dise)ando así un proyecto organizado, claro sistemático y sencillo, que cumpla con las normas establecidas en la elaboraci%n de traba0os de in!estigaci%n
=.=.4 O&!e(ación diecta Seg4n 7u)oz 9azo *5>>D-, nos dice que la obser!aci%n directa es la "nspecci%n que se hace directamente de un fen%meno dentro del medio en el que se presenta, a fin de contemplar todos los aspectos inherentes a su comportamiento y características dentro del campo. 'n estos casos el obser!ador entra en contacto directo con el fen%meno obser!ado, pudiendo permanecer aislado del mismo o participar en él.
E5
=.=.5 Ente(i!ta inf%mal La entre!ista permite la recopilaci%n de informaci%n en forma directa, cara a caraR es decir, el entre!istador obtiene datos del entre!istado siguiendo una serie de preguntas preconcebidas y adaptándose a las circunstancias que las respuestas del entre!istado le presenten. e acuerdo con Sabino *5>DA- $La entre!ista informal es la modalidad menos estructurada posible, ya que la misma se reduce a una simple con!ersaci%n sobre el tema en estudio.$ *p.5@:-
=.? Met%d%l%)1a & continuaci%n se describe la metodología utilizada en el desarrollo del proyecto6
'!aluar prototipos e(istentes por medio de la b4squeda de patentes y equipos e(istentes en el país.
eterminar los parámetros y criterios de dise)o del mecanismo6 'n esta etapa se establecen las diferentes fases del análisis del problema, las cuales definen las funciones del prototipo, las condiciones que deberá soportar durante su !ida 4til, las !ariables de soluci%n y los criterios a utilizar.
esarrollo de la ingeniería conceptual, a tra!és de tormentas de ideas y selecci%n de una idea la cual se a0ustes a las necesidades requeridas para resol!er la problemática de forma satisfactoria.
'stablecer las diferentes alternati!as y !ariantes para el dise)o del mecanismo
Seleccionar el dise)o %ptimo. 'n este caso, para seleccionar la alternati!a %ptima de dise)o se emplea una matriz de decisi%n, la cual permite comparar las alternati!as posibles para dise)ar el mecanismo, y de esta manera identificar la me0or opci%n.
E:
esarrollar en detalle la opci%n seleccionada. 'n este caso por ser un dise)o técnico, se incluye una rutina de cálculos necesaria para obtener los resultados finales. 'l procedimiento que se sigue en los cálculos se puede di!idir seg4n el mecanismo a desarrollar como se presenta a continuaci%n6
=.? .- M%t% •
#álculo del motor a usar en el desarrollo del prototipo
=.? .4 E!t+ct+a •
ise)o de estructura
•
Selecci%n de material y tipo de !igas de la estructura
•
#álculo de cargas a soportar
•
#álculo de pandeo
=.? .5 Tan!mi!ión de p%tencia •
'studio de di!ersos tipos de transmisi%n de potencia
•
Selecci%n del sistema más adecuado para el prototipo
•
#álculo de transmisi%n de potencia
=.? .= Si!tema de pen!ad% •
'lementos de transmisi%n de torque
•
#álculo de torque, fuerza para el sistema de prensado
=.? .? Si!tema entada de ma!a •
ise)o de entrada de masa
=.? .: Si!tema de !e)+idad •
ise)o de !ál!ula
•
#álculo de presi%n
•
#álculo de fuerza
•
#reaci%n de mecanismo optimo
=.? .0 Si!tema de etacción de ma!a •
ise)o de mecanismo donde debe de salir la masa
=.? . Di!e"% de +nión •
#álculos de elementos de uni%n como6
8ornillos
Soldadura
Sistema e0e cubo
E?
=.? .B C2lc+l% de l%! %damient%! •
#argas radiales y a(iales
•
Selecci%n del rodamiento
•
uraci%n del rodamiento
=.? .- C2lc+l% de fati)a •
#álculo de cargas alternati!as
•
#álculo de ciclos de !ida de los elementos
'laboraci%n de planos de prototipo de prensa por medio de programa de dise)o asistido por computadora. 'n cada una de las partes dise)adas en detelle se indican sus dimensiones y material.
E@
CAPÍTULO $ DESARROLLO & continuaci%n se muestra el análisis realizado para poder completar el dise)o del prototipo con mayor detenimiento, así como e(poner los conceptos de dise)o en la ingeniería y la aplicaci%n de las técnicas de representaci%n habituales en el proceso de dise)o
?.- Di!e"% de p%t%tip% de pen!a de ;+ca ?.-.- Pa2met%! )eneale! Se pueden clasificar dos etapas importantes del dise)o las cuales integran la b4squeda de la soluci%n del problema, dichas etapas son6 'l le!antamiento de informaci%n y La ingeniería conceptual
?.-.- .- Le(antamient% de inf%mación #onsiste en realizar una serie de sondeo que permita establecer uso, funcionamiento, procesos, historia a!ances e in!estigaciones para plantear y desarrollar una idea de dise)o
?.-.- .-.- P%ce!% de ela&%ación de ca!a&e en $ene/+ela La b4squeda de informaci%n para este traba0o se logro a tra!és de la in!estigaci%n de diferentes fuentes obteniendo di!ersos antecedentes y e!aluando los procesos de elaboraci%n de casabe, para ello se realiz% el estudio artesanal e industrial, en una zona productora de Venezuela específicamente en #antaura, estado &nzoátegui donde se hizo una !isita.
EE 'l estudio en la zona fue de gran importancia para !er el desarrollo de la producci%n del casabe. & pesar de no tener un proceso continuo se pudo obser!ar el uso de di!ersas máquinas y técnicas para la realizaci%n de las tortas de casabe y lograr tener una idea del problema y posibles soluciones del mismo, en el proceso industrial se obser!%, el pelado *!er 1ig. E.5-, la!ado *!er 1ig. E.:-, rallado *!er 1ig. E.?- y prensado *!er 1ig. E.E-.
*i)+a N, ?.- Pelad%
*i)+a N, ?.4 La(ad%
EA
*i)+a N, ?.5 Rallad%
'n esa !isita se obser!% como la industria del casabe en Venezuela ha !enido e!olucionando, así como las dificultades presentes en cuanto a la inno!aci%n tecnol%gica, en este caso particular se pudo !er todo el proceso pero especialmente el sistema de prensado. 'l prensado del casabe es uno de los procesos más importantes ya que es la fase que permite e(traer de la yuca amarga una gran cantidad de yare que en grandes cantidades es t%(ico y se puede con!ertir en almid%n a tra!és de otro proceso. 'n el proceso artesanal de acuerdo a la informaci%n obtenida pro!iene de los indígenas. 'n nuestro país se usa un elemento llamado sebucán, este instrumento esta hecho de fibras de ca)a y consiste en una gran bolsa donde echan la yuca rallada hasta casi llenarla, y después la cuelgan en un árbol o de un palo, donde se hace una palanca bien fuerte haciendo presi%n cuando una persona se sienta sobre el sebucán pro!ocando la compresi%n de la masa logrando e(traer el 0ugo !enenoso *yare- formado por ácido cianhídrico. *Ver 1ig.E.@-. /ara luego lle!arlas al horno y crear la torta de casabe.
EC
*i)+a N, ?.= Se&+c2n 'n la industria del casabe, el proceso de prensando es distinto ya que no se usa el sebucán, en instalaciones industriales, se usa la prensa de tornillo, el cual es un instrumento que e0erce presi%n a la masa de yuca por medio de una placa que sube o ba0a por un brazo por medio del giro de un tornillo. *Ver 1ig. E.E-
*i)+a N, ?.? Pen!a de t%nill% & pesar de que el proceso industrial tiene un menor traba0o físico que en el proceso artesanal, no se presenta en una sola línea de producci%n, siendo difícil para la persona poder lle!ar acabo un traba0o más producti!o y eficiente
ED 'n el 1"" se ha traba0ado en el desarrollo del proceso de la elaboraci%n del casabe, actualmente traba0an en el perfeccionamiento del mismo, lo cual forma parte de esta pasantía en cuanto a la me0ora del prensando, para una sola línea de producci%n.
?.-.- .-.4 P%;ect% )eneal 'l desarrollo de esta propuesta forma parte del proyecto “ Diseño y Puesta en Marcha de Mini Planta de "arina de Yuca Para )ooperativas y Pymes$
actualmente en e0ecuci%n en
la 1undaci%n "nstituto de ingeniería. La mini planta de harina de yuca consta de dos etapas principalmente6 " 'tapa6 /roducci%n de +arina de 2uca Semi3+4meda, para #asabe 3
La!ado y pelado.
3
9allado.
3
Pen!ad%.
3
8amizado.
"" 'tapa6 /roducci%n de +arina de 2uca Seca, panificable 3
Secado.
3 7olienda. Las siguientes figuras muestran el proceso de forma más específico
E>
*i)+a N, ?.: Pimea etapa de p%d+cción de #aina !emi #meda
*i)+a N, ?.0 Se)+nda etapa de p%d+cción de ;+ca de #aina !eca /or medio de estas figuras se puede apreciar la aplicaci%n del dise)o de la prensa de yuca donde llega la masa a tra!és de una cinta transportadora, luego debe de comprimir la yuca y e(trae el yare. La masa comprimida debe de salir para llegar al tamiz y luego seguir su proceso continuo hasta obtener harina de yuca.
?.-.- .4 In)enie1a c%ncept+al Luego de la b4squeda de informaci%n y de obser!aci%n del proceso de casabe se lle!a a cabo el proceso de ingeniería conceptual donde se establece condiciones para el dise)o, y se busca la soluci%n del problema de forma corriente sin mucho detalle por la informaci%n recopilada.
A= e acuerdo con las condiciones establecidas en el dise)o se tiene lo siguiente6
•
ise)o de una prensa para una línea contin4a de producci%n.
•
Jn capacidad de ?A= Wg.Bhr de yuca rallada, lo cual equi!ale a E sacos de @E Pilos.
•
ise)o !isualmente atracti!o.
•
ise)o de fácil mantenimiento.
•
'l dise)o debe tener una salida para el yare.
•
ebe de tener una salida para la que la masa de yuca pueda ir al otro proceso de la línea de producci%n
•
ise)o para un motor de C.E hp *motor adquirido pre!iamente-. /or las condiciones requeridas para el dise)o de la prensa se piensa aplicar un dise)o
alternati!o a los con!encionales de prensa de tornillo ya que esa máquina solo sir!e para una producci%n discontinua, en !ista de esta situaci%n se busca establecer una prensa de tornillo sin fin con paso !ariable donde se sol!enta el requerimiento de prensado y transporte de masa para crear una línea línea de producci%n continua. /ara ello se realizan !arios bosque0os entre ellos el de la figura E.D donde se plante% un dise)o de tornillo sin fin con paso !ariable y el motor acoplado en el mismo e0e.
*i)+a N, ?. Pime &%cet%
A5 'sta propuesta a pesar de ser el más %ptima de forma parcial, fue descartada por el sistema de acople entre entre la uni%n de motor3e0e debido a la potencia, potencia, peso y tama)o del motor, el cual el 1"" lo hab había ía adquirid adquiridoo pre!ia pre!iamen mente, te, por la poten potencia cia del motor motor el dise)o dise)o se !e beneficiado por el el torque suministrado para para el prensado de de la yuca. 'l predise)o al no ser descartado totalmente, se estableci% otro dise)o manteniendo como base el prensado por medio de un tornillo sin fin y colocando una estructura resistente como soporte del motor, así como también de la misma estructura principal de prensado. & pesar del beneficio de la potencia del motor para el prensado de yuca, se presenta un problema en cuanto al torque y a la presi%n suministrada a la masa de yuca yuca por lo que en la me0ora del pre3dise)o se incluye una !ál!ula *!er 1ig. E.55- como un sistema de seguridad y regulador de presi%n para el sistema sistema de prensado. La forma de transmisi%n de la potencia es por cadenas. &l resol!er el control de la presi%n, que se debe e0ercer, también se resol!i% otra condici%n del dise)o como la salida de la masa para ir al siguiente proceso de la línea de producci%n, para ello se pens% en unas compuertas conformada por dos discos con agu0eros uno fi0o y otro m%!il desfasado a 5E, donde la forma de su apertura y cerrado son creadas a tra!és de un mecanismo de brazos unidos por la !ál!ula de presi%n. *!er el mecanismo de compuertas de la figura E.>onde al aumentar la presi%n e0ercida por el tornillo sin fin de paso !ariable y al ser almacenado la masa de yuca la !ál!ula se e(pande, de tal modo sube y el sistema de brazos permite el mo!imiento del disco m%!il 5E, logrando que la masa salga por los hoyos que se encuentran por los discos debido a la presi%n de empu0e del sistema de prensado como se aprecia en la 1ig.E.5= 8ambién se puede !er el sistema de salida del yare, logrando integrar otra condici%n al dise)o este yare puede ser utilizado en otro proceso para generar almid%n. 'l sistema de salida del yare producto del prensado de yuca, se obtiene por la presi%n e0ercida sobre la misma por el tornillo sin fin de paso !ariable, el cual pasa por una re0illa logrando así filtrar el liquido de las partículas s%lidas que pueden quedar en medio del proceso, este líquido *yare- al ser filtrado es almacenado en un compartimiento el cual tiene
A: un tubo macho donde puede ser conectado por una maguera para iniciar el proceso de almid%n. /ara introducir la masa de yuca se dise)a una tol!a de forma c%nica con inclinaci%n de A= la cual permite que entre la masa sin ning4n problema del proceso anterior al prensado. 'n cuanto al mantenimiento se unirá en dos tramos el sistema de prensado por lo que es fácil ser desmontado y poder limpiar el tornillo sin fin y los tubos que lo recubren. r ecubren. 'l bosque0o final del dise)o se puede obser!ar en la figura E.>, donde se integra todas las condiciones del dise)o así como algunos detalles.
?.-.4 Pa2met%! e!pec1fic%! Son aquellos aspectos que se definirán con mayor profundidad en el dise)o, este parámetro abarca la ingeniería de detalle, donde se 0ustificara el la selecci%n de piezas en la máquina de prensado como, motor, estructura, sistema de transmisi%n, sistema de prensado, !ál!ula reguladora de presi%n y mecanismos mecanismos de compuerta. compuerta.
?.-.4 .- In)enie1a de detalle 's la fase de implantaci%n, contempla realizar una re!isi%n de la ingeniería básica, a fin de adecuar y actualizar el proyecto a posibles nue!as e(igencias, redimensionamientos y cambios en el entorno.
A?
*i)+a N, ?.B 6%cet% final de di!e"%
*i)+a N, ?.- 6%cet% de !i!tema de !e)+idad ; !i!tema de !alida de ma!a
A@
*i)+a N, ?.-- 6%cet% de (2l(+la ?.-.4.- .- M%t%ed+ct% 'l motor seleccionado es de C.E hp de marca 9ossi, modelo 79?5D= de @5 9/7 adquirido en el 1"" por lo que el dise)o fue realizado en base a la potencia del mismo siendo un dise)o adaptati!o. 1ig. E.5:
*i)+a N, ?.-4 M%t% R%!!i de 0.? 3P ?.-.4.- .4 E!t+ct+a
*i)+a N, ?.-5 E!t+ct+a en P% en)inee
AE La estructura es de forma trapezoidal con !igas J/ D= las cuales fueron seleccionadas por medio del cálculo de estructuras y pandeo, también fueron comprobados con la aplicaci%n de análisis de esfuerzos del softare /ro engineer, como se aprecia en la figura E.5@
*i)+a N, ?.-= C2lc+l% en P% en)inee /ara el cálculo de la estructura se tomaron en cuenta las cargas del peso del motor así como el peso del sistema de prensado incluyendo sus componentes internos tomando como bases una carga a soportar de @== Pgf Jna de las principales características de la estructuras son las ranuras tanto en la parte superior donde esta ubicado el sistema de prensado así como también las ranuras que se encuentra en las !igas inferiores donde se ubica el motor para poder colocador en la forma más %ptima posible. Las !igas serán unidas por medio de soldadura La estructura mide de alto E:= mm y de ancho @== mm
?.-.4.- .5 Si!tema de tan!mi!ión 'l sistema de transmisi%n usado en el dise)o de la prensa es por medio de cadenas ya que consume mas potencia del motor y por la facilidad de lubricaci%n, a pesar de la des!enta0a del ruido proporcionado por la cadena, se !e compensado con la !enta0a de no tener que cambiarla frecuentemente ya que las cadenas presenta una gran durabilidad porque la carga repartida sobre los dientes de los pi)ones prolongan la !ida 4til de la misma, otra !enta0a es la !elocidad de trasmisi%n constante que presenta la cadena y el poco resbalamiento que tiene.
AA Los cálculos realizados fueron para una relaci%n de transmisi%n de :.AA para pasar de una !elocidad de motor de @= 9/7 a una de 5E 9/7 en el e0e de transmisi%n dando como resultado por las normas "SG, rodillos dobles de 5A;3: & pesar del cálculo de la cadena para la relaci%n de transmisi%n anterior, puede usar una relaci%n de 565 en el dise)o al poseer un !ariador de frecuencia disponible en el 1""
?.-.4.- .= El Si!tema de pen!ad% 'l sistema de prensado esta compuesto por !arios elementos, entre los que se encuentra el e0e de transmisi%n de potencia, rodamientos y tornillo sin fin, así como el recubrimiento de de los mismos.
*i)+a N, ?.-? Si!tema inten% de pen!ad% ?.-.4.- .= .- E'e de Tan!mi!ión 'l e0e de transmisi%n forma parte del sistema de prensado el cual esta acoplado al tornillo sin fin de paso !ariable y presentan tres rodamientos, las cargas del e0e se calcularon por medio del criterio de la tercera deri!ada. onde se tienen cargas en tres sentidos a(iales, radiales y tangenciales. #on los !alores, se cálculo la resistencia de fatiga, el cálculo de esfuerzo y la elecci%n de los rodamientos, el e0e de trasmisi%n gira a 5E 9/7
AC
?.-.4.- .= .4 R%damient%! Los rodamientos seleccionados de acuerdo con el cálculo son el A:5D9S5 y el E5?5D de marca SW1 donde resistes gran carga a(ial y radial, necesaria en el dise)o por la fuerza de empu0e de la presi%n así la masa de yuca muy alto por el torque que pro!iene de la potencia del motor
?.-.4.- .= .5 T%nill% Sin *in 'l tornillo sin fin es la parte más importante del dise)o de la prensa, ya que traslada y comprime la masa por su dise)o de paso !ariable. Las características del tonillo
*i)+a N, ?.-: T%nill% !in fin #aracterísticas del tonillo
Ta&la ?.- caacte1!tica! del t%nill% Diámetro Largo Paso mayor Paso menor Material
100 mm 560 mm 80 mm 60 mm Acero no!i"able
'l cálculo de esfuerzo por la comple0idad de la pieza y al estar sometida a cargas en toda su superficie por el traslado de masa de yuca, se realiz% por medio del cálculo de elementos finitos de pro engineer.
AD Los !alores de las cargas aplicada para el análisis de elementos finitos son de 5> Bmm: y ?A?=A mm , obtenida del cálculo del estudio de la presi%n por la transmisi%n de la potencia onde se presenta una presi%n interna a soportar de 5:= bar, por lo que a tra!és del análisis, se pudo determinar el espesor de la hélice, al tantear con !arias láminas, obteniendo como resultado una lamina entre Amm a Dmm de espesor.
*i)+a N, ?.-0 T%nill% !in fin c%n ca)a! en P% en)inee
*i)+a N, ?.- C2lc+l% de e!f+e/% en p% en)inee
La pieza es de acero ino(idable por el yare, por salubridad y normas de higiene. 's hueca para que sea más li!iana y también se pueda acoplar al sistema del mecanismo de compuertas o salida de masa.
A>
?.-.4.- .= .= Re'illa de filtad% Se encuentra en la parte interior del sistema de prensado, es decir en la zona donde se encuentra el tornillo sin fin y su funci%n es separar las partículas s%lidas del líquido *yare para que pueda ser almacenado en un compartimiento.
*i)+a N, ?.4 Re'illa de filtad% ?.-.4.- .= .? C%mpatimient% de almacenad% de ;ae 's un compartimiento que se encuentra en la zona de prensado, el tiene un tubo con una cone(i%n macho para poder trasladar yare por medio de una manguera a otro lugar para poder ser usado en los procesos de la e(tracci%n de almid%n. Se encuentra unido al tubo que forma parte de la cubierta del sistema de prensado.
*i)+a N, ?.4- C%mpatimient% de ;ae eta1d% ?.-.4.- .? $2l(+la Re)+lad%a de pe!ión La !ál!ula reguladora del sistema esta conformada por resortes de discos como característica principal y un pist%n el cual sube o ba0a de acuerdo al !alor de la presi%n y un
C= brazo unido a una horquilla la cual crea un tope físico para que el brazo se desplace lo necesario y los discos de la compuerta gire 5E.
*i)+a N, ?.44 Si!tema de !e)+idad (i!ta etena
*i)+a N, ?.45 Si!tema de !e)+idad (i!ta intena ?.-.4.- .?.- Re!%te! de di!c% 'l resorte de disco @=O:=.@O:.:EO?.5E fue seleccionado de acuerdo a los cálculos y presenta una configuraci%n de ? resortes en paralelo y A en serie formando un paquete combinado de serie paralelo 'l uso de este resorte era el más factible por el espacio y la fácil configuraci%n que se puede usar en serie, paralelo o ambas, dando resistencia para soportar grandes cargas y fle(ibilidad para un mayor desplazamiento del pist%n
C5
*i)+a N, ?.4= Re!%te! de aandela =4.=4.4?5.-? ?.-.4.- .?.4 Pi!tón 's uno de los elementos más importante en el sistema de seguridad y en el dise)o de la máquina, ya que su funci%n principal es establecer un enlace entre la !ál!ula y la apertura de las compuertas a tra!és de su desplazamiento, donde es regulado por una cubierta m%!il roscada, el cual permite aumentar o disminuir el desplazamiento requerido seg4n la presi%n necesaria para compensar la fuerza de empu0e creada por la presi%n transmitida por el torque a la masa que se quiere prensar. 'l cilindro en la parte superior esta unido a una horquilla y al brazo del sistema de presi%n que conforma la !ál!ula por medio de un tornillo allen 75=.
*i)+a N, ?.4? Pi!tón
C: Las características del pist%n son las siguientes6
Ta&la ?.4 Caacte1!tica! del pi!tón Largo Diámetro mayor Diámetro menor Material
1#6.5 mm $8 mm 10 mm Lat%n
?.-.4.- .: Re)+lad%e! de pe!ión ?.-.4 .-.: .- Re)+lad% eten% 'l regulador e(terno es un cilindro roscado el cual regula el desplazamiento del pist%n así como también los paquetes de resortes que se encuentran en la parte interna del mecanismo manteniendo el control de una forma mas adecuada
?.-.4.- .:.4 Re)+lad% inten% Se encuentra dentro del mecanismo de la !ál!ula y regula el desplazamiento del pisto ya que sir!e como un tope físico y un sistema de seguridad da un me0or control por las altas presiones a las cual esta sometido el mecanismo
?.-.4.- .0 Mecani!m%! de c%mp+eta
*i)+a N, ?.4: Si!tema de c%mp+eta!
C?
?.-.4.- .0 .- Di!c%! 'ste mecanismo esta conformado por dos discos con tres hileras de agu0eros donde uno es m%!il y el otro se encuentra fi0o dentro del sistema de prensando y por un sistema de brazos el cual esta unido por una articulaci%n esférica al otro brazo que se encuentra en el sistema que regula la presi%n. Los dos discos presentan un acabado superficial tipo espe0o para disminuir el calentamiento y los da)os producido por el roce de las superficies.
?.-.4.- .0 .4 6a/% ?.-.4.- .0 .4.- 6a/% c%mp+eta 'l brazo que se encuentra en la compuerta m%!il permite el giro del disco para que pueda salir la masa de yuca comprimida por la hilera de hoyos que se encuentran en los discos
?.-.4.- .0 .4.4 6a/% de +nión ente el !i!tema de c%mp+eta ; el !i!tema de pe!ión 's el brazo de forma cilíndrica unida con una horquilla 75: se encuentra unida a tra!és de un tornillo allen al brazo de la compuerta. 'l brazo cilíndrico permite establecer una uni%n entre los sistemas de compuerta y presi%n, de tal modo cuando el brazo del sistema de presi%n se mue!a, este se mo!erá permitiendo que el mecanismo cumpla su traba0o. La uni%n entre los brazos es a tra!és de una uni%n esférica al presentarse un mo!imiento en tres dimensiones, otra opci%n podría ser por una cabeza de articulaci%n libre con rosca hembra, de acero y compuesto de lat%n sintetizado *!er figura E.:C-
C@
*i)+a N, ?.40 Plan%! atic+lación e!f@ica 'l mecanismo fue probado por medio del sistema de simulaci%n de mecanismo de pro engineer obteniendo buenos resultados con esta articulaci%n.
?.-.4.- . Si!tema de entada de ma!a
*i)+a N, ?.4 Si!tema de entada de ma!a en p% en)inee 'l sistema de entrada de masa de yuca es por medio de un cono de lámina de 5mm unido a la cubierta del sistema de prensado por medio de soldadura. La lámina presenta un espesor peque)o ya que la masa entra ralla y no en materia s%lida y una cantidad de ?@= Wg.Bhr, lo cual no representa una gran cantidad de masa
CE
?.4 Mantenimient% 'l mantenimiento en la máquina es muy importante al tratarse de alimentos. /ensando en ello se tiene una uni%n por medio de tornillos 75: para la uni%n del sistema de prendado con él de transmisi%n, lo que hace que el sistema de prensado pueda ser desmontado y tener pleno acceso al tonillo sin fin. 8ambién se puede desmontar por el sistema de compuertas o el sistema de salida de masa.
*i)+a N, ?.4B En!am&le del !i!tema de pen!ad% tan!mi!ión c%mp+eta ; entada de ma!a ?.5 Unión del !i!tema de pen!ad% c%n la e!t+ct+a La uni%n del sistema de prensado con la estructura se realiz% a tra!és de unas láminas de D mm de espesor soldadas a @E del tubo de recubrimiento y estas se unieron a otras láminas !erticales por soldadura y luego a otras horizontales, las cuales !an apernadas a la ranura de la estructura por medio de tornillos 7E. Las ranuras permiten una mo!ilidad importante para poder cuadrar el motor con el sistema prensado y las posibles cintas transportadoras que lle!en la masa de yuca a la entrada y salida de la máquina 'n la figura E.?= se aprecia de forma general la parte e(terna del dise)o de la prensa de yuca tanto la estructura, motor, sistema de transmisi%n, cubierta de sistema de transmisi%n, cubierta de sistema de prensado, !ál!ula, y el con0unto que forma parte del sistema de compuertas como la uni%n de los sistemas como la estructura.
CA
*i)+a N, ?.5 En!am&le c%mplet%
'n la figura E.?5 se puede obser!a con mayor detalle el sistema interno del dise)o de la máquina
*i)+a N, ?.5- Plan% de en!am&le t%tal
CC
CAPÍTULO $I
CONCLUSIONES RECOMENDACIONES
•
Se estudiaron !arias máquinas de prensado de yuca en Venezuela y no se obtu!o ning4n resultado en cuanto a una máquina de inter!enci%n en un proceso continuo
•
Se dot% a la empresa de un dise)o de detalles el cual complementa un proyecto para el desarrollo producti!o, econ%mico y social del país
•
Se aporta un dise)o inno!ador integrando las condiciones planteada inicialmente para la ayuda de los productores.
•
'ste dise)o forma parte de un proceso para e(traer dos productos de la yuca el almid%n y la harina.
•
#on este dise)o se tiene dos líneas de producci%n en una sola máquina, el costo disminuye y la eficiencia aumenta en los dos procesos.
•
#uando se realice el dise)o de piezas particulares cuyo funcionamiento es crítico, es importante utilizar un softare que permita el análisis de esfuerzo de estas para así dise)arlas con mayor base y seguridad.
•
Se recomienda la construcci%n de la máquina, no solo por el aporte tecnol%gico al país sino también como una ayuda para disminuir la ardua labor física de muchas personas que laboran en la realizaci%n del procesado de harina de yuca y casabe.
CD
6I6LIO9RA*ÍA
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C>
ANEOS A ANEOS CLCULO
D= &'OGS #L#JLG
#alculo de !iga estructura
D5
D:
D? Soldadura estructura
&;#
D@
DE
DA #aculo de cadena
DC
DD
D>
>= #alculo de '0e
7omento flector del e0e
7omento ?
>5
>:
>? 1atiga
>@
/resenta !ida infinita ya que
>E
#alculo de rodamiento
>A
>C #alculo de presi%n de tornillo
La presi%n es alrededor de 5:= bar en el tornillo sin fin
>D
>> #alculo de 9esorte
5==
ANEO 6 PLANOS
5=5
;.5 'nsamble
5=:
;.: 'structura
5=?
;.? &ncla0e de la estructura
5=@
;.@ Viga soporte del motor
5=E
;.E Viga lateral inferior
5=A
;.A Viga lateral soporte estructura
5=C
;.C Viga superior lateral
5=D
;.D Viga base sistema prensado
5=>
;.> Sistema de entrada de masa
55=
;.5= Jni%n cono
555
;.55 Su0etador
55:
;.5: #ono
55?
;.5? Jni%n tubo cono
55@
;.5@ #ubierta
55E
;.5E 'nsamble total
55A
;.5A Soporte lateral sist. /rensado
55C
;.5C Soporte base sist. /rensado
55D
;.5D Soporte sistema prensado
55>
;.5> Vál!ula
5:=
;.:= 9esorte
5:5
;.:5 ;razo !ál!ula
5::
;.:: #ilindro soporte
5:?
;.:? isco interno
5:@
;.:@ +orquilla tope
5:E
;.:E /asador
5:A
;.:A /ist%n
5:C
;.:C 9egulador
5:D
;.:D Soporte interno
5:>
;.:> 'nsambla0e sistema de /rensado
5?=
;.?= &randela 5
5?5
;.?5 &randela :
5?:
;.?: ;razo compuerta
5??
;.?? ;razo
5?@
;.?@ isco fi0o
5?E
;.?E isco m%!il
5?A
;.?A rena0e
5?C
;.?C #ilindro para lubricar
5?D
;.?D Su0etador 5
5?>
;.?> Su0etador :
5@=
;.@= #ubierta sist. /rensado
5@5
;.@5 9e0illa filtrado
