Diseño del eje del nivelador tuman

 TARRILLO NUNTON JOEL
 QUISPE VASQUEZ RAUL
 HUANCAS RAMIREZ IVAN
JUNIOR
 DIAZ YEPEZ VICTOR ARTURO

DISEÑO DEL EJE DEL
NIVELADOR

• Esta visita se dio en el sector industrial azucarero donde
comenzaremos conociendo:
• su proceso
• diseñar el eje machetero
• seleccionar sus rodamientos
• presupuesto de su montaje
• plantear propuestas

OBJETIVO
• Diseñar un eje y seleccionar un cojinete
para el eje del nivelador de la Empresa
“AGROPUCALA S.A.A.”
• Aplicar los conocimientos que
obtuvimos s en clase.

GENERALIDADES
Métodos para el estudio y calculo de este tipo de
mecanismo
• Representación de elementos normalizados
• Calculo de la resistencia de los distintos materiales
• Elección de distintos rodamientos
• Elección de un diámetro adecuado del árbol
• Potencia necesaria del motor para accionar el mecanismo
• Elección del material del sistema

PROCESO DE
OBTENCION DE
AZUCAR DE CAÑA

• EN EL CAMPO:
-Preparación del terreno para la siembra.
-El periodo vegetativo de la caña.
-La cosecha.
(Maduración entre 12-18 meses)

PREMOLIENDA
 PESADO DE CAÑA
o Balanza semi – automática FARIBANKS MORSE
o Capacidad de 60 toneladas
o Plataforma de 18 metros de largo por 3.35de ancho
o Bascula de Caña:
Control de Calidad de Caña (pesado)

DESCARGA DE LA CAÑA
o Grúa de Descarga :
Grúa tipo Hilo
o Capacidad de Izage :
25 Ton.
o Motor de elevación :
50HP-1655rpm
o Velocidad de Izage :
83pie/min.

LAVADO Y PREPARACIÓN
Lavado con agua

• Conductor Auxiliar:
( Conductor N°3).
• Transportar la caña
hacia el conductor
principal.
• Lleva un Nivelador
llamado nivelador Nº2
(DISEÑO).

Primer juego de Machetes:
Tiene 22 brazos.
Desfasado: 30°
• Motor:
580HP-1190RPPM
• Reductor : 2:1

Segundo Juego de Machetes:
Longitud del eje : 146.29”
11 brazos-2 machetes cada brazo
Diámetro : 5.8”
Motor : 579.088HP-1190rpm
Reductor : 2:1
Nivelador al final del conductor.

-Desfibrador Shredder:
Completa la preparación
de la caña para la molienda.
• martillos giratorios(69).
• Capacidad 225ton.de caña/hora.

MOLIENDA :
Trapiche:
Función :
Extracción del jugo de
la caña mediante molinos
en buen estado.
Consta de 5 molinos.

Masa de Molienda:
• Consta de 3 masas.
• Superior , cañera, bagacera
• La superior y la cañera
objetivo : facilitar el agarre
de la caña.
• Entre la masa cañera y bagacera se encuentra la cuchilla.

• Ajustes de Molinos.
Finalidad obtener la máxima extracción
de jugo.

Turbinas de los Molinos.
Turbinas de vapor Necesario para el
accionamiento de estos a través de una
caja reductora.

PROCESAMIENTO DEL JUGO :
 Descripción del Proceso de Elaboración:
• Es necesario eliminar el
bagacillo antes del proceso
de clarificación.
• Encalado: Se eleva su pH con
el agregado de lechada de cal.
• Otros: purga.

Clarificación:
Eliminar la cantidad máxima
de impurezas del jugo.
Se añade cal para neutralizar
los ácidos orgánicos del jugo.

Sistema de Evaporación:
• El jugo es colado.
• Es bombeado a los evaporadores a 2.06 bar
para su concentración del jugo.

Vacumpanes o Tachos.
Cristalización de la sacarosa a partir
del jarabe.
Tres clases de azúcar : A,B,C.
A : jarabe + liga C
B : jarabe + liga C+ Miel A
C : Jarabe + Miel B

CRISTALIZADORES:
• Masas obtenidas de cada templa son dejadas enfriar.
• Empieza la cristalización.
• Se mantiene en agitación
continua.

Centrifugas :
-Separar licor madre(A,B,C)
de los cristales de azúcar.
-Se recircula las mieles A,B,
a los tachos para agotar mas la sacarosa.
-Miel C , llamada melaza subproducto del azúcar.

ENVASADO – ALMACEN
“Estibador” pesa el azúcar en bolsas de 50 Kg.
- Aproximado de 3000 bolsas por dia.

CAJA REDUCTORA
DATOS DEL MOTOR:
• P=24 HP
• n =1170 rpm
para engranajes cilíndricos de dientes helicoidales
• 푍푃 = 23 퐷푖푒푛푡푒푠 푚 = 3 휓 = 350
• 푍푔 = 100퐷푖푒푛푡푒푠 푟 = 2 휑 = 20⁰

CALCULO
DIAMETRO DE PASO
퐷푃 =
mZ푃
cos 휓
= 3 × 23/cos 35⁰
퐷푃 = 84.23 푚푚

DIAMETRO DE PASO
D푔 = mZ푔/ cos 휓 = 3 × 100/cos 35⁰
D푔 = 366.23푚푚
DISTANCIA ENTRE CENTROS
퐶 = (퐷푝 + 퐷푔 )/2
퐶 = 225.23 푚푚

VELOCIDAD TANGENCIAL
Vt =
휋퐷푝푛푝
60000
Vt =
휋 × 84.23 × 1170
60000
Vt=5.16

ANCHO DEL DIENTE
퐹 =
퐹 =
2휋푚
푠푒푛휓
2휋 × 3
푠푒푛 35⁰
퐹 = 32.86 푚푚
Tomamos F=33 para nuestro calculo

CALCULO POR FATIGA SUPERFICIAL
퐶0 = 1.75
 Factor de sobrecarga:
 Factor dinámico:
퐶푉 = 0.6
 Factor tamaño: 퐶푆 = 1
 Factor de distribución de carga: 퐶푀 = 1.31
 Factor geométrico: 훪 = 0.178
 Factor condición superficial: C=1
f

CALCULO POR FATIGA SUPERFICIAL
Factor de vida: 퐶퐿= 1
Factor de relación de dureza: 퐶퐻 = 1
Factor de temperatura: 퐶푇= 1
Factor de seguridad: 퐾푅 = 1
Coeficiente que depende de las propiedades elásticas del
material: 퐶푃 = 53

ESFUERZO ADMISIBLE DE CONTACTO:
 Esfuerzo admisible de contacto: para acero endurecido en toda la sección
del diente a 300BH
푆푎푐 = 95 퐾푔/푚2
푃 = 6.98 × 10−7
푛푝. 퐹. 퐶푉 . Ι
퐶0. 퐶푆. 퐶푚. 퐶푓
푆푎푐 . 퐷푃 . 퐶퐿 . 퐶퐻
퐶푇 . 퐶푅 . 퐶푃
2

• Reemplazando valores en la formula:
• 푃 = 6.98 × 10−7 1170×33×0.6×0.178
1.75×1×1.31×1
95×84.23×1×1
1×1×53
2
푃 = 28.62 퐶푉 = 28.24 퐻푃 > QUE 24 HP si cumple

 CALCULO POR RESISTENCIA A LA FATIGA
 Factor de sobrecarga: 퐾0 = 1.75
 Factor dinámico: 퐾푉 = 1.6
 Factor tamaño: 퐾푆 = 1
 Factor de distribución de carga: 퐾푀 = 1.31
 Factor geométrico: 퐽 = 0.49
 Factor condición superficial: Cf=1

Factor de vida: 퐾퐿 = 1
Factor de relación de dureza: 퐶퐻 = 1
Factor de temperatura: 퐾푇 = 1
Coeficiente que depende de las propiedades elásticas del
material: 퐶푃 = 53 para fierro fundido
 CALCULO POR RESISTENCIA A LA FATIGA

• Esfuerzo admisible de contacto: para acero
endurecido en toda la sección del diente a 300BH
푆푎푡 = 30 퐾푔/푚2
푃 = 6.98 × 10−7 푛푝. 퐷푃 . 푟. 퐽. 퐾퐿퐾푉. 푆푎푡
퐾푇 . 퐾푅. 퐾푆. 퐾푀. 퐾0

Reemplazando:
푃 = 6.98 × 10−7 1170 × 84.23 × 2 × 33 × 0.49 × 1 × 1.6 × 30
1 × 1 × 1 × 1.75
푃 = 61 퐶푉 = 60.2 퐻푃 > QUE 24 HP si cumple

VOLUMEN DEL EJE:
VOLUMEN EJE = (Área de la base ) * Longitud

흆 =
푾
푽풐풍
푾 = 흆. 푽풐풍
Donde:
휌푎푐푒푟표 = 7850퐾푔/푚3 = 0.28푙푏/푝푢푙푔3
푾풆풋풆 = ퟎ. ퟐퟖ ∗ (ퟑퟖퟔퟓ. ퟑퟒ풑풖풍품ퟑ)
푾풆풋풆 = ퟏퟖퟕퟎ풍풃
PESO DEL EJE

• 푾풃풓풂풛풐 = ퟐퟒퟎ 풍풃
• 푾풎풂풄풉풆풕풆풔 = ퟐퟏ. ퟑퟓ 풍풃
퐶푎푛푡푖푑푎푑 = 11 푏푟푎푧표푠; y 퐶푎푛푡푖푑푎푑 = 22 푚푎푐ℎ푒푡푒푠
푊퐵푟푎푧표푠 푌 푀푎푐ℎ푒푡푒푠 = (240 ∗ 11)푙푏 + 21.35 ∗ 22 푙푏
푾푩풓풂풛풐풔 풀 푴풂풄풉풆풕풆풔 = ퟑퟏퟎퟗ. ퟕ 풍풃
• PESO DE LA VOLANTE
푾푽푶푳푨푵푻푬 = ퟏퟗퟖퟎ풍풃
CALCULO PESO DE LOS
MACHETES

CÁLCULO DE
REACCIONES EN
LOS APOYOS “B”
Y “E”

• 푭푽풆풓풕풊풄풂풍풆풔 = ퟎ
푅퐵 + 푅퐸 − 1980 − 1870 − 3109.7 = 0
푅퐵 + 푅퐸 = 6959.7 푙푏 … (*)
• 푴푬 = ퟎ
1980 ∗ 126.77 − 114.97 ∗ 푅퐵 + (3109.7 ∗ 57.485)
+ 1870 ∗ 53.62 = 0
푹푩 = ퟒퟔퟏퟎ. ퟐ 풍풃
• Reemplazando en la ecuación anterior (*):
푅퐵 + 푅퐸 = 6959.7 푙푏
4610.2 푙푏 + 푅퐸 = 6959.7 푙푏
푹푬 = ퟐퟑퟒퟗ. ퟓ 풍풃

CALCULANDO
FUERZA CORTANTE
(V) Y MOMENTO
FLECTOR (M)

TRAMO A-B: 0 < x < 11.8
• 푭푽풆풓풕풊풄풂풍풆풔 = ퟎ : −푉1 − 1980 − 12.782푋 = 0 푉1 =
− 1980 − 12.782푋
푽ퟏ( 풙=ퟎ)′ = -1980 lb y 푽ퟏ( 풙=ퟏퟏ.ퟖ)′′= -2130.8276 lb
• 푴ퟏ = ퟎ : 푀1 − 1980푋 − 12.782
푋2
2
= 0
푀1 = −1980푋 − 12.782
푋2
2
푴ퟏ( 풙=ퟎ)′= 0 lb.pulg y 푴ퟏ( 풙=ퟏퟏ.ퟖ)′′= -24253.883 lb.pulg

TRAMO B-C: 11.8 < x <
30.31
• 푭푽풆풓풕풊풄풂풍풆풔 = ퟎ : 푉2 = −1980 − 12.782푋 + 4610.2
푽ퟐ( 풙=ퟏퟏ.ퟖ)′= 2479.7 lb y 푽ퟐ( 풙=ퟑퟎ.ퟑퟏ)′′= 2242.73 lb
• 푴ퟐ = ퟎ ∶ 푴ퟐ = −1980푋 − 12.782
푋2
2
+ 4610.2(푋 − 11.8)
푴ퟐ( 풙=ퟏퟏ.ퟖ) ′= -24253.88 lb.pulg y 푴ퟐ( 풙=ퟑퟎ.ퟑퟏ)′′= 19449.62
lb.pulg

TRAMO C-D: 30.31 < x <
108.26
• 푭푽풆풓풕풊풄풂풍풆풔 = ퟎ
푉3 = −1980 − 12.782푋 + 4610.2 − 39.8935(푋 − 30.31)
푽ퟑ(풙=ퟑퟎ.ퟑퟏ)′= 2242.77 lb y 푽ퟑ 풙=ퟏퟎퟖ.ퟐퟔ ′′= -1863.3 lb
• 푴ퟐ = ퟎ
푀3 = −1980푋 − 12.782
푋2
2
+ 4610.2 푋 − 11.8 − 39.8935
푋 − 30.31 2
2
′ = ퟏퟗퟒퟒퟗ. ퟔퟏ 퐲 푴ퟑ(풙=ퟏퟎퟖ.ퟐퟔ)′′ = ퟑퟒퟐퟑퟓ. ퟕ
푴ퟑ 풙=ퟑퟎ.ퟑퟏ

HALLANDO EL MAXIMO MOMENTO FLECTOR
• Para: 푉3 = 0:
푋 = 72.17′′
• 푅푒푒푚푝푙푎푧푎푛푑표 푋 = 72.17′′푡푒푛푒푚표푠:
푴ퟑ′
= ퟔퟕퟏퟖퟏ. ퟕ 풍풃. 풑풖풍품 (푴풐풎풆풏풕풐 풇풍풆풄풕풐풓 풎á풙풊풎풐)

• 푭푽풆풓풕풊풄풂풍풆풔 = ퟎ ∶ 푉4 = −1980 − 12.782푋 + 4610.2 − 3109.7
푽ퟒ(풙=ퟏퟎퟖ.ퟐퟔ)′= -1863.3 lb y 푽ퟒ(풙=ퟏퟐퟔ.ퟕퟕ)′′= -2099.87 lb
TRAMO D-E:
108.26 < x < 126.77
• 푴ퟐ = ퟎ ∶
푀4 = −1980푋 − 12.782
푋2
2
+ 4610.2 푋 − 11.8 − 3109.7 ∗ (푋 − 69.285)
′ = ퟑퟒퟐퟑퟓ. ퟕ퐥퐛 풚 푴ퟒ(풙=ퟏퟐퟔ.ퟕퟕ)′′ = −ퟐퟒퟐퟖ. ퟔ lb
푴ퟒ 풙=ퟏퟎퟖ.ퟐퟔ

TRAMO E-F: 126.77 < x
< 146.3
• 푭푽풆풓풕풊풄풂풍풆풔 = ퟎ ∶ 푉5 = −1980 − 12.782푋 + 4610.2 − 3109.7 + 2349.5
푽ퟓ(푿=ퟏퟐퟔ.ퟕퟕ)′= 249.6 lb y 푽ퟓ(ퟏퟒퟔ.ퟑ)′′= 0 lb
푀2 = 0 : 푀5 = −1980푋 − 12.782
푋2
2
+ 4610.2 푋 − 11.8 − 3109.7 푥 − 69.285
′ = −ퟐퟒퟐퟖ. ퟔ 풚 푴ퟓ(풙=ퟏퟒퟔ.ퟑ)
푴ퟓ 푿=ퟏퟐퟔ.ퟕퟕ
′′ = ퟎ

CÁLCULO DE
ESFUERZOS PARA
LA SELECCIÓN DE
ELEMENTOS:
EJE Y
RODAMIENTOS

El Momento Flector Máximo es:
푴풃 = ퟔퟕퟏퟖퟏ. ퟕ 풍풃 − 풑풖풍품
El Torque o Momento Torsor Máximo es:
푇 = 푀푡 =
63000 ∗ 퐻푃
CÁLCULO DE
푅푃푀
63000 ∗ 580
ESFUERZOS 푇 = 푀푡 =
PARA 595
LA
푻 = 푴풕 = ퟔퟏퟒퟏퟏ. ퟕퟔퟒퟕퟏ 풍풃 − 풑풖풍품
SELECCIÓN EJE

CALCULO DE DIAMETRO
DEL EJE
• Diseño de Eje según la Norma ASME:
푑0
3 =
16
휋푆푆 1−푘4 푘푏푀푏 +
훼퐹푎푑0 1+푘2
8
2
+ 푘푡푀푡
2
• Al contar con un eje macizo ,el diámetro interno es igual a 0
(cero); es decir:
K= Diámetro interior /Diámetro exterior = > K= 0
• Reemplazando la fórmula se reduce a:
푑0
3 =
16
휋푆푆
푘푏푀푏
2 + 푘푡푀푡
2

Donde obtenemos (mediante tablas):
• Para carga súbita aplicada con choques fuertes:
푘푏 = 2.0 – 3.0
푘푡 = 1.5 – 3.0
Se seleccionarán :
풌풃 = ퟑ
풌풕 = ퟑ

Selección del Material
para el Eje

• El material utilizado para el eje es acero AISI 4140 por lo tanto
el esfuerzo permisible es:
푆푆 = 8000 푙푏
푝푢푙푔2
Debido a que en el eje se hará un canal chavetero al valor del
esfuerzo permisible se multiplica por 0.75 : 퐒퐒 =
ퟔퟎퟎퟎ 퐥퐛
퐩퐮퐥퐠ퟐ
• Remplazando valores en la ecuación anterior:
푑0
3
=
16
휋(6000)
3 ∗ 67181.7 2 + 3 ∗ 61411.76471 2
풅ퟎ = ퟔ. ퟏퟒ ′′
Escogeremos un diámetro estándar de ퟔ
ퟏ
ퟐ
pulgadas

• Verificación por deformación torsional:
휃 =
584푀푡푙
퐺푑4
0
휃 =
584 ∗ 61411.76471 ∗ 146.3
11500000 ∗ 6.54
휽 = ퟎ. ퟐퟓퟓퟓퟗퟒ °
풑풊풆 (Ok!)

Clases de rodamientos:
 Rodamientos de bolas
Rodamientos de bolas a
rotula
Rodamientos de rodillos a
rotula
 Rodamientos de rodillos
cilindricos

Seleccionaremos rodamientos de rodillos
cilindricos
Del libro de alva davila:

Para el apoyo I
CARGA DINAMICA EQUIVALENTE
datos
X=1 Y=0 퐹푟 = 4610.2 푙푏 퐹푎 = 0

(Tabla N° 1 – Pág. 116 Alva Dávila)
Lh =(40 000 - 50 000)
Seleccionamos: 47 500 horas
푳 = ퟔퟎ 풏 푳풏 × ퟏퟎ−ퟔ
푳 = ퟔퟎ (ퟓퟗퟓ)(ퟒퟕퟓퟎퟎ) × ퟏퟎ−ퟔ
푳 = ퟏퟔퟗퟓ. ퟕퟓ millones de revoluciones

퐋 =
퐂
퐏
퐧
3
10 × 푃1
퐶1 = 퐿
퐶1 = (1695.75)
3
10× 4610.2
퐶1 = 42907 lb
퐶1 = 190.859KN
Designacion d D B C
NU230 150mm 270mm 45mm 340 KN

Para el apoyo II
CARGA DINAMICA EQUIVALENTE
datos
X=1 Y=0 퐹푟2 = 4610.2 푙푏 퐹푎 = 0

퐋 =
퐂
퐏
퐧
3
10 × 푃1
퐶2 = 퐿
퐶2 = (1695.75)
3
10× 2349.5
푪ퟐ = ퟐퟏퟖퟔퟔ 퐥퐛
푪ퟐ = ퟗퟕ. ퟐퟔퟖ 퐊퐍
Designacion d D B C
NU1030 150mm 225mm 35mm 170 KN

PRESUPUESTO TOTAL DEL
DISEÑO

“ACEROS BOEHLER DEL PERU”
Elemento D (pulg)
Largo
(pulg) Material peso Cantidad (und)
Costo
(S/.)
Eje 160 146.3” Acero “AISI 4140”. 850 1 13000

“ACEROS BOEHLER DEL PERU”
Elemento Di (mm) De (mm) B Designación Cantidad (unit) Costo (S/.)
Rodamiento 1 150 270 45 NU230 1 290
Rodamiento 2 150 225 35 NU1030 1 308
chumaceras SDAF-624 2 430

FACTORIA "NOVAC" (ING NOMBERA)
Maquinado en Torno S/. 700
Mano de obra para 2 Canales Chaveteros u
S/. 320
otros detalles mas.
Insumo
Cantidad
(kg)
P. (S/. x
kg) Costo (S./)
GRASA SKF TIPO
VKG1 3 8.85 26.55

COSTO DE MONTAJE S/300
COSTO DE DISEÑO S/2000

• Podemos decir que el buen diseño de un eje
conllevará a darle mayor Vida Útil a los elementos
que están acoplados a ella
• No golpear directamente el rodamiento con un
martillo, ya que se puede utilizar una prensa
mecánica o hidráulica y/o un extractor de
rodamientos
• Para evitar problemas de vibraciones, los ejes
exigen un buen equilibrado dinámico, buena
fijación de los soportes y una rígida
configuración.

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