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Laboratorio N°07 – Combustibles
Flores Zavala Benjamín 20092554B
Huertas Cotillo Pedro 20082643B
Mendoza Olivares, Jeanpierre 20094083G
Velarde Quispe Martin 20054039G
Laboratorio
de Ingeniería
Mecánica I
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN........................................................................................................2
OBJETIVOS ...............................................................................................................3
FUNDAMENTO TEÓRICO ..........................................Error! Bookmark not defined.
CÁLCULOS Y RESULTADOS....................................................................................3
OBSERVACIONES ..................................................................................................17
CONCLUSIONES........................................................Error! Bookmark not defined.
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INTRODUCCIÓN
Antecedentes
En los últimos años la agricultura nacional ha conseguido un nivel de
crecimiento óptimo obteniendo una mayor producción en distintos campos como los
tubérculos, legumbres, granos etc, sin embargo cuenta con una serie de
inconvenientes que limita su crecimiento y competitividad en mercados externos,
imposibilitando la mejora de la calidad de vida de los agricultores en cuestión.
Esto se debe a diversos factores sociales, culturales, tecnológicos, etc que
generan una serie de desventajas para este sector; el presente proyecto se dirige a
contribuir con una solución en el aspecto tecnológico y así generar mejoras de
calidad y competitividad.
El producto a estudiar será el Sesamum indicum del cual deriva la semilla
conocida como ajonjolí. Se sabe que el proceso de esta semilla es manual y consta
de tres etapas, el descutilizado, la selección y el secado, los cuales poseen perdidas
de productos por manipulación del material, es aquí donde planeamos insertar una
solución a dichas pérdidas, garantizando una mejora de calidad en la producción de
dicha semilla.
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OBJETIVOS
 Diseño de una maquina capaz de seleccionar y secar ajonjoli.
 Contribuir con un metodo alternativo para el secado del ajonjoli
 Expandir el rango de utilizacion de la maquina para otro tipo de producto
 Reccion de perdidas al utilizar el metodo manual de selección y secado del
ajonjoli.
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Análisis del proyecto
Análisis de la necesidad y abstracción
La necesidad de una maquina de selección y secado está dada por la
cantidad de pérdidas que genera el método manual de procesamiento del ajonjolí, en
definitiva, la creación de esta máquina podría ayudar a reducir dichas pérdidas por lo
cual se considera una serie de pasos para la concepción del mismo.
La maquina básicamente constara de dos procesos: selección y secado, cada
uno poseerá una distinto diseño por lo que se elaborara dos abstracciones:
Figura 1. Abstracción para maquina de selección
Figura 2. Abstracción para maquina de secado
Encendido – Luz “On”
CN1
Ajonjolí con escorias
Calor
Ajonjolí limpio
Corriente Eléctrica
Termino-Luz “Off”
Encendido – Luz “On”
CN2
Ajonjolí húmedo
Calor
Ajonjolí seco
Corriente Eléctrica
Termino-Luz “Off”
Aire caliente Aire frio húmedo
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Estructura de partes y matriz morfológica
Para una adecuada selección se procederá a realizar una matriz en la cual se
especifican cada una de las funciones que la maquina realizara, cada una de estas
funciones posee varios tipos de solución, las cuales estarán incluidas en dicha
matriz.
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Tabla 1. Matriz Morfológica
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De esta matriz se derivaran distintas soluciones para así tener una serie de
maquinas posibles de las cuales se escogerá a la más conveniente de acuerdo a
criterios económicos y técnicos; de acuerdo a una serie de debates e ideas se
seleccionaron las siguientes posibles maquinas:
Tabla 2. Matriz Morfológica con posibles soluciones
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Tabla 3. Posibles Máquinas
Para ejecutar una adecuada selección de la maquina se elaborar una matriz en la
cual se pueda analizar de manera objetiva cada una de las propuestas desde un
marco económico y técnico.
Tabla 4. Matriz de Consistencias
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Con lo cual podremos obtener una primera apreciación de la maquina optima para
nuestra necesidad.
Tabla 5. Matriz de Evaluación
En primera instancia podríamos decir cuál es la maquina con mejor posibilidad de
diseño bajo aspectos económicos y técnicos, pero esta evaluación preliminar solo es
un indicador; se procederá a reevaluar a las maquinas bajo otros conceptos vistos
en la tabla de consistencias para obtener así un panorama claro acerca de las
ventajas y desventajas de cada una de las maquinas.
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Tabla 6. Matriz de Re-Evaluación
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De esto podemos concluir que la máquina adecuada para la solución de nuestro
problema es la maquina 2.
De esto podemos dibujar bocetos para guiarnos en el diseño de esta máquina.
Figura 3. Bosquejo de zaranda vibratoria
Figura 4. Bosquejo de secador
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Estudio teórico y Parámetros funcionales
Proceso de selección:
La limpieza y selección de las semillas debe ser realizada con la mayor eficiencia (
máxima capacidad de separación y minima perdida de semillas) ya que de otra
manera el costo de operación aumentaría de forma notable
La técnica de limpiezase basa en las diferencias de caracteres físicos de la semillas
tales com el tamaño, longitud, forma, etc.
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CÁLCULOS Y RESULTADOS
Zaranda Vibratoria
El diseño de la zaranda vibratoria consiste de las siguientes partes:
 Dimensionado de la superficie de Cribado.
 Estructura de la Zaranda.
 Análisis Vibratorio de la Zaranda.
Dimensionado de la superficie de Cribado
En la actualidad existen numerosos procedimientos de cálculo para obtener la
superficie de cribado (Ecuaciones de Blanc, Mular, Bhappu, etc), pero todos ellos se
reducen a una expresión como la siguiente:
( )
( ) ( )
Donde:
= Superficie de cribado necesaria [m
2
]
= Tonelaje que se necesita cribar [ton/h]
= Capacidad básica o específica [ton/ m
2
·h]
= Factores de corrección adimencionales
Esta fórmula es el resultado de experiencias en el diseño de este tipo de máquinas.
El método de cálculo que se desarrollará pertenece a Juan Luis Bouso, y se basa en
la capacidad básica sobre material pasante, se tiene la siguiente expresión:
Donde:
= Superficie de cribado necesaria [m
2
]
= Tonelaje teórico que deberá pasar la cribar [ton/h]
= Capacidad básica pasante [ton/ m
2
·h]
= Factores de corrección adimencionales
= Factores de operación adimencional
A continuación se describirá cada uno de los parámetros y cómo obtener su valor en
base al autor de la fórmula.
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Capacidad Básica (B)
Los valores de la capacidad básica han sido obtenidos de forma separada para
materiales naturales (redondeados), materiales triturados (cúbicos) y para carbón.
Las condiciones bajo las que se ha obtenido esta capacidad es:
 Densidad aparente del producto: 1,6 ton/m3
 Malla de alambre de acero
 Área libre de malla: 50%
 Posición de la malla: Primera.
 Inclinación de la criba: 20º.
 El rechazo del producto de alimentación: 25%
 Porcentaje de partículas inferiores a la mitad de la luz en el producto de
alimentación: 40%
 Rendimiento de cribado: 94%
Bajo estas condiciones se obtuvo la siguiente tabla:
Tabla 7. Capacidad Básica
Capacidad Básica B (Ton/m
2
.h)
Luz de Malla
(mm)
Carbón Cúbico Redondeado
0,5 2,0 2,7 3,5
0,8 2,6 3,4 4,4
1,0 2,8 3,7 4,9
1,3 3,1 4,1 5,5
2,0 4,0 5,3 7,1
4,0 6,0 8,0 10,5
5,6 7,5 10,0 13,0
6,3 8,1 10,8 14,0
8,0 9,4 12,5 16,0
10,0 10,8 14,4 18,6
12,5 12,5 16,6 21,5
16,0 14,3 19,0 25,1
20,0 16,5 22,0 29,0
25,0 19,5 26,0 33,4
31,5 22,5 30,0 37,9
40,0 26,0 34,7 42,5
50,0 29,3 39,0 47,4
63,0 33,0 44,0 52,0
80,0 36,8 49,0 57,0
100,0 42,0 56,0 63,0
120,0 47,3 63,0 68,0
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Factores de Corrección (fc)
Como se mencionó antes, la capacidad básica ha sido calculada bajo unas
condiciones muy concretas. Es por ello que surge la necesidad de aplicar unos
factores de corrección a la capacidad básica (B) que nos permitirán obtener un valor
de la capacidad que se ajuste a nuestras condiciones de operación. Los factores se
desarrollan a continuación.
1. Factor de densidad específica aparente (fd)
Para los valores de densidad aparente (a) distintos a 1,6 ton/m3
, el factor de
densidad será:
2. Factor de Rechazo (fr)
El factor de rechazo es cuantas partículas están por encima de la dimensión de la
malla. Para corregir el valor se tiene la siguiente tabla:
Tabla 8. Factor de Rechazo.
Porcentaje de
rechazo %
Factor de
Rechazo (fa)
0 1,10
5 1,08
10 1,06
15 1,04
20 1,02
25 1,00
30 0,98
35 0,96
40 0,94
45 0,92
50 0,90
60 0,88
70 0,86
80 0,84
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3. Factor de Semitamaño (fs)
El factor de semitamaño es el contenido de partículas que son inferiores a la mitad
de la luz de la malla. Para corregir esta condición se tiene la siguiente tabla:
Tabla 9. Factor de Semitamaño.
Porcentaje de
semitamaño (%)
Factor de
semitamaño (fs)
0 0,50
5 0,55
10 0,60
15 0,65
20 0,72
25 0,77
30 0,85
35 0,92
40 1,00
45 1,10
50 1,20
55 1,30
60 1,45
65 1,60
70 1,75
75 1,95
80 2,20
85 2,55
90 3,00
95 3,65
4. Factor de Rendimiento, E (fe)
Los valores del coeficiente de eficiencia o rendimiento para rendimientos usuales son
los siguientes:
Tabla 10. Factor de Rendimiento.
Rendimiento (%)
Factor de
eficiencia (fe)
98 0,60
96 0,85
94 1,00
92 1,05
90 1,12
85 1,26
80 1,41
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5. Factor de Cribado por vía Húmeda (fa)
Para cribados por vía húmeda (Humedad mayor al 9%) hay que introducir un nuevo
factor de corrección cuyo valor dependerá de la luz de la malla.
Tabla 11. Factor de cribado por vía húmeda.
Luz de la malla
(mm)
Factor de cribado
por vía húmeda (fa)
< 0,50 1,00
1,00 1,42
1,25 1,70
2,00 2,20
4,00 2,50
5,60 2,35
6,30 2,25
8,00 2,00
10,00 1,42
11,20 1,35
12,50 1,30
14,00 1,25
16,00 1,20
20,00 1,12
22,40 1,13
31,50 1,06
40,00 1,03
50,00 1,00
6. Factor de Abertura de Malla (fm)
Este factor va a depender del tipo de abertura que posea la malla (cuadrada,
rectangular y redonda) tomando como valor los que se presentan en la siguiente
tabla:
Tabla 12. Factor de abertura de malla.
Tipo de abertura
Factor de Abertura
de Malla (fm)
Cuadrada 1,00
Redonda 0,80
Rectangular 1,20
7. Factor de Lajosidad (fl)
Se consideran lajas aquellas partículas cuya longitud es 3 veces a cualquiera de
las otras dos dimensiones.
La presencia de lajas puede hacer disminuir la capacidad de la criba es por eso
que se debe reconocer el porcentaje de lajas que forman parte de la alimentación
y aplica el factor de corrección correspondiente. Se usa la siguiente tabla:
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Tabla 13. Factor de lajas.
% Lajas
Factor de
Lajosidad (fl)
< 5 1,00
10 0,95
20 0,85
30 0,80
40 0,75
50 0,70
60 0,65
70 0,60
80 0,55
8. Factor de Posición del Paño (fp)
Las telas o paños inferiores no aprovechan toda su superficie útil en la operación de
cribado debido a las trayectorias de las partículas, por ello habrá que introducir un
factor de corrección que tenga en cuenta la posición relativa de la superficie de
cribado:
Tabla 14. Factor de posición del paño.
Piso
Factor de posición
del Paño (fp)
Primer 1,0
Segundo 0,9
Tercer 0,8
Cuarto 0,7
9. Factor de Inclinación (fi)
Para corregir la inclinación de la criba a diseñar se usa la siguiente tabla:
Tabla 15. Factor de inclinación.
Inclinación de
la criba (
o
)
Factor de
inclinación (fi)
0 0,83
5 0,87
10 0,94
15 0,96
20 1,00
10. Factor de Área Libre (fo)
El Área Libre representa la superficie útil de cribado, sin tener en cuenta la superficie
ocupada por los alambres. Por lo tanto, a medida que aumenta el área libre, lo hace
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en la misma medida la capacidad. Este valor se puede encontrar en los catálogos de
las cribas. El factor se corrige con la siguiente tabla:
Tabla 16. Factor de área libre.
Superficie
Libre %
Factor de Área
Libre (fo)
15 0,30
20 0,40
25 0,50
30 0,60
35 0,70
40 0,80
45 0,90
50 1,00
55 1,10
60 1,20
65 1,30
70 1,40
75 1,50
Factor de Servicio (fop)
Como la operación de cribado no va a ser perfecta. Se incrementa el valor de la
superficie de cribado en un 20% para operaciones normales (fop = 1,20) y en un 40 %
para operaciones dificultosas (fop = 1,40).
Cálculo de las cribas
En el diseño de esta zaranda vibratoria se considera dos pisos. En el primer piso se
rechazará los elementos de mayor dimensión al ajonjolí. Luego, en el segundo piso
se filtrarán los elementos residuales de menor dimensión del ajonjolí.
En el diseño se a considerado usar mallas de poliuretano ya que es un cribado a
condiciones mayores del 9% de humedad.
Para cada piso se dimensionará la superficie de cribado. Cabe resaltar que la
superficie de cribado mayor será la superficie base para el diseño. El diseño se hará
en base a las dimensiones de las cribas que nos ofrece el fabricante.
En la siguiente tabla se muestran las características del tipo de mallas a usar para el
primer y segundo piso.
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Tabla 17. Tabla de características de mallas de poliuretano.
Fuente: Talleres Núñez
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A continuación se muestran los parámetros de diseño para el cálculo de la superficie
de cribado para el primer y segundo piso con sus respectivos resultados.
Superficie de cribado del primer piso
Utilizando la fórmula de Juan Luis Bousco y las tablas para obtener los factores de
corrección se obtuvo la siguiente tabla de resultado para el primer piso de la zaranda.
Tabla 18. Cálculo de superficie de cribado del primer piso.
Datos Valor Unidad
Densidad del ajonjolí 577 kg/m
3
Capacidad Másica (Masa de entrada) 480 kg/h
Luz de malla 4 mm
Porcentaje de Rechazo 30 %
Porcentaje de Semitamaño 10 %
Rendimiento (E) 98 %
Tipo de abertura Cuadrada
Porcentaje Lajas 60 %
Piso Primer piso
Inclinación 5
o
Superficie Libre 30 %
Tipo de operación Normal
Tonelaje teórico que pasará la criba 0,34 Ton/h
Capacidad Básica (B) 10,50 Ton/m
2
.h
Factores de corrección (fc) 0,11
Factor de densidad específica (fd) 0,36
Factor de rechazo (fr) 0,98
Factor de semitamaño (fs) 0,60
Factor de eficiencia (fe) 0,60
Factor de cribado por vía húmeda (fa) 2,50
Factor de Abertura de Malla (fm) 1,00
Factor de Lajosidad (fl) 0,65
Factor de Posición del Paño (fp) 1,00
Factor de Inclinación (fi) 0,87
Factor de Área Libre (fo) 0,60
Factor de Servicio (fop) 1,20
Superficie de Cribado (S) 0,36 m
2
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Superficie de cribado del segundo piso
Usando los mismos criterios para el diseño de la superficie de cribado del primer piso
se obtuvo la siguiente tabla con los parámetros de diseño y resultados.
Tabla 19. Cálculo de superficie de cribado del segundo piso.
Datos Valor Unidad
Densidad del ajonjolí 577 kg/m
3
Capacidad Másica 336 kg/h
Luz de malla 1 mm
Porcentaje de Rechazo 70 %
Porcentaje de Semitamaño 5 %
Rendimiento (E) 98 %
Tipo de abertura Rectangular
Porcentaje Lajas < 5 %
Piso Segundo piso
Inclinación 5
o
Superficie Libre 15 %
Tipo de operación Normal
Tonelaje teórico que pasará la criba 0,10 Ton/h
Capacidad Básica (B) 4,90 Ton/h
Factores de corrección (fc) 0,04 Ton/m
2
.h
Factor de densidad específica (fd) 0,36
Factor de rechazo (fr) 0,86
Factor de semitamaño (fs) 0,55
Factor de eficiencia (fe) 0,60
Factor de cribado por vía húmeda (fa) 1,42
Factor de Abertura de Malla (fm) 1,20
Factor de Lajosidad (fl) 1,00
Factor de Posición del Paño (fp) 0,90
Factor de Inclinación (fi) 0,87
Factor de Área Libre (fo) 0,30
Factor de Servicio (fop) 1,20
Superficie de Cribado (S) 0,60 m
2
Dimensiones de diseño de las cribas
Como se mencionó antes, se tomarán las dimensiones que ofrece el fabricante, de
esto se obtiene que las dimensiones de las dos cribas será:
Tabla 20. Dimensiones de diseño.
Datos Valor Unidad
Ancho Nominal (AN) 50 cm
Longitud Nominal (LN) 150 cm
Superficie de Cribado Nominal (SN) 0,75 m
2
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Estructura de la Zaranda
En esta sección se analizará y diseñará la estructura metálica del cuerpo de la
zaranda vibratoria.
Sistema modular TN de fijación de mallas de poliuretano
El sistema modular TN es completamente plano, sin obstáculos que retengan los
materiales finos, se adapta a los conocidos perfiles ranurados.
Está diseñado para ser acoplado a cualquier tipo de máquina tanto de cribado como
de escurrido.
La fijación entre módulos ofrece total seguridad aumentando con la presión de los
materiales a clasificar. No obstante el reemplazar cualquier módulo es de gran
facilidad.
En las siguientes figuras se muestra como es la instalación de este tipo de sistema
modular.
Figura 5. Sistema modular TN
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Figura 6. Detalle 6 del Sistema modular TN.
Figura 7. Detalle 1 y 2 del Sistema modular TN.
Figura 8. Detalle 3,4 y 5 del Sistema modular TN.
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Diseño de estructura metálicas para el soporte de las cribas
Considerando que se va a usar el sistema modular TN para fijar las mallas, se diseñó
el siguiente soporte para las mallas.
Se usaron ángulos estructurales de 1 ½ x 1 ½ x 1/8 para los extremos, estos ángulos
tienen orificios para ser empernados a una plancha que se mostrará a continuación.
Se utilizó 3 metros de este perfil de acero ASTM A36.
También, como se puede ver se tiene perfiles ranurados de 40 x 40 x 3 de acero
ASTM A36. Se utilizó 3 metros de este perfil para esta estructura.
Por último, se usaron Tees 1 ½ x 1 ½ x 1/8 de acero ASTM A36 para unir los perfiles
ranurados con los ángulos estructurales mediante soldadura.
La dimensión de esta estructura es de 500 x 1500 de área. En el anexo se puede
encontrar el despiece de este soporte con las dimensiones y tipo de soldadura a usar
para cada unión.
Cabe señalar que este soporte se usa para el primer y segundo piso de la zaranda
vibratoria.
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Página 16
Luego, está el diseño de las planchas. Para esto se usa plancha de 8 mm de espesor
de acero ASTM A36. Como se puede observar en la figura, la plancha tiene orificios
para ser empernada con la estructura de soporte de las cribas. Además, en el medio
de la plancha tiene orificios para empernar el soporte con el rodamiento Y (Soporte
FYJ508, Rodamiento FYJ 40 TF).
También, se tienen ángulos estructurales de 20 x 20 x 3 que serán soldadas a la
plancha. Estos ángulos servirán para ejercer presión sobre las cribas mediante cuñas
como se muestra en el Detalle 4 del Sistema Modular TN en la parte interior.
Exteriormente se soldarán unos apoyos para el montaje de los resortes. Estos
apoyos están hechos de acero ASTM A 36 de 8 mm de espesor. Sus dimensiones
detalladas se encuentran en el anexo.
Finalmente, en las siguientes figuras mostramos como termina montado la criba con
sus módulos y cuñas de fijación, así también como el ensamblado final añadiendo
una plancha para el suministro del ajonjolí.
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Análisis Vibratorio de la Zaranda
Es complejo analizar por vibraciones cuerpos reales, es por ello que se busca
simplificar estos cuerpos en sistemas masa-resorte-amortiguador de tal manera que
las propiedades másicas y cinéticas no varíen. Se modela de la siguiente forma:
En los puntos 1, 2, 3 y 4 irán los resortes. También se ven que en el eje x del centro
de gravedad están dos fuerzas. Estas dos fuerzas representan a la masa
desbalanceada que se unirá al eje de la zaranda vibratoria.
Posición de los resortes
Cabe señalar que se analizará la zaranda como si no estuviera inclinada, más
adelante se usará un artificio matemático para incluir la inclinación del 5%.
También, se considera que la vibración de la zaranda será en el eje Z, también
existirá rotación en 1 y 2, pero como se demostrará, esta rotación de disipará
después de un tiempo después del encendido.
Entonces, se tienen las posiciones de cada resorte con respecto al eje Z. Se
considera que 1 y 2 son ángulos chicos, por lo que se obtendrá lo siguiente:
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(1)
(2)
(3)
(4)
Posición de los contrapesos
Se considera que los contrapesos están en el extremo de una polea de radio R,
como una masa desbalanceada. La polea gira a una frecuencia de r. Se obtuvieron
las siguientes ecuaciones.
* ( )+ (5)
* ( )+ (6)
Fuerza de las masas desbalanceadas
La fuerza de las masas desbalanceadas se obtiene de derivar dos veces la posición
con respecto al eje x de la masa y multiplicándolo por su masa (m0).
̈ ( ) (7)
Análisis con Ecuación Diferencial de Lagrange
Para resolver este sistema aplicamos la ecuación diferencial de Lagrange:
(
̇
) (8)
Donde:
L= T – V
qi: Grado de libertad
T: Energía Cinética
V:Energía Potencial
Qi: ∑
Se resuelve la ecuación y se simula los valores con tal de obtener una frecuencia de
vibración adecuada con valores de resortes en los catálogos.
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Entonces, hallamos la Energía Cinética:
̇ ̇ ̇ (9)
Así también, hallamos la energía potencial considerando a como la constante de
elástica de cada resorte:
(10)
Luego, reemplazamos las ecuaciones (1), (2), (3) y (4) en la (10).
Para simplificar el diseño de la zaranda vibratoria, se considerará las constantes de
elasticidad de cada resorte iguales: , entonces, definiremos a la
energía potencial con la siguiente ecuación:
( ) ( )
( ) ( ) ( )
(11)
Después se reemplaza la ecuación (9) y (11) en L= T – V
̇ ̇ ̇ ( ) ( )
( ) ( ) ( )
Entonces, hallamos los elementos de la ecuación (8):
( ) ( )
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
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Página 21
̇
̇ (
̇
) ̈
̇
̇ (
̇
) ̈
̇
̇ (
̇
) ̈
Con las ecuaciones 7 se calcula el:
∑
( )
( ) ( )
Por último, se tendrán las siguientes ecuaciones:
̈ ( ) ( ) ( )
̈ ( ) ( ) ( )
( ) ( )
̈ ( ) ( ) ( )
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Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM
Proyecto de Máquinas
Página 22
Análisis de las dimensiones
Como se puede observar, el análisis de vibraciones depende mucho de la geometría
del cuerpo, es por eso que se debe modelar de una manera correcta el sólido a
analizar.
Figura 1. Software Secciones (versión 3.2.50)
Haciendo el uso de un software (siguiente Figura), obtenemos los centros de
gravedad de cada estructura y aplicando el Teorema de Steiner hacemos el cálculo
de ellas y obtenemos los siguientes resultados:
(Consideración para el análisis)
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Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM
Proyecto de Máquinas
Página 23
Solución final de la ecuación de Lagrange
̈ ( )
̈
̈
Entonces, solucionando el primer enunciado:
(
⁄
( ( ⁄ ) )
) ( ) [ ]
Se sabe que: y que , ya que produciría resonancia al no tener
amortiguadores.
Luego, con este dato se simula en una hoja de cálculo los valores que pueden tener
las constantes de los resortes, la masa desbalanceada y el radio respecto al eje de
esta.
Se obtuvieron valores óptimos para el diseño, de tal manera que la amplitud se
encuentre en el rango de 6 – 8 mm, seleccionando resortes de catálogo:
Regresando a la solución de la ecuación:
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Página 24
CALCULO DE FAJAS
La potencia de diseño está en función al área de la criba. Por lo tanto, tomando
valores usados en la industria: Potencia de diseño = 1,4 kW = 1,84 HP = 1,86 CV
Buscando catálogos y considerando un factor de servicio de 1,2 para la zaranda,
usando una transmisión por fajas, se seleccionó el siguiente motor.
Motor asíncrono de 4 polos de 2,4 CV con de 1145 RPM
Se usará una faja, debido a que la potencia por faja que puede transmitir superan los
2,43 HP.
Por lo que se selecciona las fajas sección B, que trasmiten 2,70 HP por faja referido
a la polea de diámetro menor con valor de 4,6’’
Por lo tanto, se sabe que se necesita una velocidad de rotación de 467,6 RPM en eje
de la zaranda, por lo que la polea de diámetro mayor tendrá un valor de: 11,5 ‘’
Luego, se encuentra la distancia entre centros:
Considerando C de 15’’, se obtendrá la longitud de la faja:
( )
( )
De tablas se tiene que para Faja N° se tiene B55 con longitud de 56,8’’ y kl de 0,90
Se recalcula la distancia a los centros:
Por lo tanto tenemos seleccionado a la FAJA N° B55

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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 10 Laboratorio N°07 – Combustibles Flores Zavala Benjamín 20092554B Huertas Cotillo Pedro 20082643B Mendoza Olivares, Jeanpierre 20094083G Velarde Quispe Martin 20054039G Laboratorio de Ingeniería Mecánica I
  • 2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 1 CONTENIDO INTRODUCCIÓN........................................................................................................2 OBJETIVOS ...............................................................................................................3 FUNDAMENTO TEÓRICO ..........................................Error! Bookmark not defined. CÁLCULOS Y RESULTADOS....................................................................................3 OBSERVACIONES ..................................................................................................17 CONCLUSIONES........................................................Error! Bookmark not defined.
  • 3. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 2 INTRODUCCIÓN Antecedentes En los últimos años la agricultura nacional ha conseguido un nivel de crecimiento óptimo obteniendo una mayor producción en distintos campos como los tubérculos, legumbres, granos etc, sin embargo cuenta con una serie de inconvenientes que limita su crecimiento y competitividad en mercados externos, imposibilitando la mejora de la calidad de vida de los agricultores en cuestión. Esto se debe a diversos factores sociales, culturales, tecnológicos, etc que generan una serie de desventajas para este sector; el presente proyecto se dirige a contribuir con una solución en el aspecto tecnológico y así generar mejoras de calidad y competitividad. El producto a estudiar será el Sesamum indicum del cual deriva la semilla conocida como ajonjolí. Se sabe que el proceso de esta semilla es manual y consta de tres etapas, el descutilizado, la selección y el secado, los cuales poseen perdidas de productos por manipulación del material, es aquí donde planeamos insertar una solución a dichas pérdidas, garantizando una mejora de calidad en la producción de dicha semilla.
  • 4. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 3 OBJETIVOS  Diseño de una maquina capaz de seleccionar y secar ajonjoli.  Contribuir con un metodo alternativo para el secado del ajonjoli  Expandir el rango de utilizacion de la maquina para otro tipo de producto  Reccion de perdidas al utilizar el metodo manual de selección y secado del ajonjoli.
  • 5. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 4 Análisis del proyecto Análisis de la necesidad y abstracción La necesidad de una maquina de selección y secado está dada por la cantidad de pérdidas que genera el método manual de procesamiento del ajonjolí, en definitiva, la creación de esta máquina podría ayudar a reducir dichas pérdidas por lo cual se considera una serie de pasos para la concepción del mismo. La maquina básicamente constara de dos procesos: selección y secado, cada uno poseerá una distinto diseño por lo que se elaborara dos abstracciones: Figura 1. Abstracción para maquina de selección Figura 2. Abstracción para maquina de secado Encendido – Luz “On” CN1 Ajonjolí con escorias Calor Ajonjolí limpio Corriente Eléctrica Termino-Luz “Off” Encendido – Luz “On” CN2 Ajonjolí húmedo Calor Ajonjolí seco Corriente Eléctrica Termino-Luz “Off” Aire caliente Aire frio húmedo
  • 6. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 5 Estructura de partes y matriz morfológica Para una adecuada selección se procederá a realizar una matriz en la cual se especifican cada una de las funciones que la maquina realizara, cada una de estas funciones posee varios tipos de solución, las cuales estarán incluidas en dicha matriz.
  • 7. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 6 Tabla 1. Matriz Morfológica
  • 8. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 7 De esta matriz se derivaran distintas soluciones para así tener una serie de maquinas posibles de las cuales se escogerá a la más conveniente de acuerdo a criterios económicos y técnicos; de acuerdo a una serie de debates e ideas se seleccionaron las siguientes posibles maquinas: Tabla 2. Matriz Morfológica con posibles soluciones
  • 9. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 8 Tabla 3. Posibles Máquinas Para ejecutar una adecuada selección de la maquina se elaborar una matriz en la cual se pueda analizar de manera objetiva cada una de las propuestas desde un marco económico y técnico. Tabla 4. Matriz de Consistencias
  • 10. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 9 Con lo cual podremos obtener una primera apreciación de la maquina optima para nuestra necesidad. Tabla 5. Matriz de Evaluación En primera instancia podríamos decir cuál es la maquina con mejor posibilidad de diseño bajo aspectos económicos y técnicos, pero esta evaluación preliminar solo es un indicador; se procederá a reevaluar a las maquinas bajo otros conceptos vistos en la tabla de consistencias para obtener así un panorama claro acerca de las ventajas y desventajas de cada una de las maquinas.
  • 11. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 10 Tabla 6. Matriz de Re-Evaluación
  • 12. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 11 De esto podemos concluir que la máquina adecuada para la solución de nuestro problema es la maquina 2. De esto podemos dibujar bocetos para guiarnos en el diseño de esta máquina. Figura 3. Bosquejo de zaranda vibratoria Figura 4. Bosquejo de secador
  • 13. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 2 Estudio teórico y Parámetros funcionales Proceso de selección: La limpieza y selección de las semillas debe ser realizada con la mayor eficiencia ( máxima capacidad de separación y minima perdida de semillas) ya que de otra manera el costo de operación aumentaría de forma notable La técnica de limpiezase basa en las diferencias de caracteres físicos de la semillas tales com el tamaño, longitud, forma, etc.
  • 14. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 3 CÁLCULOS Y RESULTADOS Zaranda Vibratoria El diseño de la zaranda vibratoria consiste de las siguientes partes:  Dimensionado de la superficie de Cribado.  Estructura de la Zaranda.  Análisis Vibratorio de la Zaranda. Dimensionado de la superficie de Cribado En la actualidad existen numerosos procedimientos de cálculo para obtener la superficie de cribado (Ecuaciones de Blanc, Mular, Bhappu, etc), pero todos ellos se reducen a una expresión como la siguiente: ( ) ( ) ( ) Donde: = Superficie de cribado necesaria [m 2 ] = Tonelaje que se necesita cribar [ton/h] = Capacidad básica o específica [ton/ m 2 ·h] = Factores de corrección adimencionales Esta fórmula es el resultado de experiencias en el diseño de este tipo de máquinas. El método de cálculo que se desarrollará pertenece a Juan Luis Bouso, y se basa en la capacidad básica sobre material pasante, se tiene la siguiente expresión: Donde: = Superficie de cribado necesaria [m 2 ] = Tonelaje teórico que deberá pasar la cribar [ton/h] = Capacidad básica pasante [ton/ m 2 ·h] = Factores de corrección adimencionales = Factores de operación adimencional A continuación se describirá cada uno de los parámetros y cómo obtener su valor en base al autor de la fórmula.
  • 15. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 4 Capacidad Básica (B) Los valores de la capacidad básica han sido obtenidos de forma separada para materiales naturales (redondeados), materiales triturados (cúbicos) y para carbón. Las condiciones bajo las que se ha obtenido esta capacidad es:  Densidad aparente del producto: 1,6 ton/m3  Malla de alambre de acero  Área libre de malla: 50%  Posición de la malla: Primera.  Inclinación de la criba: 20º.  El rechazo del producto de alimentación: 25%  Porcentaje de partículas inferiores a la mitad de la luz en el producto de alimentación: 40%  Rendimiento de cribado: 94% Bajo estas condiciones se obtuvo la siguiente tabla: Tabla 7. Capacidad Básica Capacidad Básica B (Ton/m 2 .h) Luz de Malla (mm) Carbón Cúbico Redondeado 0,5 2,0 2,7 3,5 0,8 2,6 3,4 4,4 1,0 2,8 3,7 4,9 1,3 3,1 4,1 5,5 2,0 4,0 5,3 7,1 4,0 6,0 8,0 10,5 5,6 7,5 10,0 13,0 6,3 8,1 10,8 14,0 8,0 9,4 12,5 16,0 10,0 10,8 14,4 18,6 12,5 12,5 16,6 21,5 16,0 14,3 19,0 25,1 20,0 16,5 22,0 29,0 25,0 19,5 26,0 33,4 31,5 22,5 30,0 37,9 40,0 26,0 34,7 42,5 50,0 29,3 39,0 47,4 63,0 33,0 44,0 52,0 80,0 36,8 49,0 57,0 100,0 42,0 56,0 63,0 120,0 47,3 63,0 68,0
  • 16. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 5 Factores de Corrección (fc) Como se mencionó antes, la capacidad básica ha sido calculada bajo unas condiciones muy concretas. Es por ello que surge la necesidad de aplicar unos factores de corrección a la capacidad básica (B) que nos permitirán obtener un valor de la capacidad que se ajuste a nuestras condiciones de operación. Los factores se desarrollan a continuación. 1. Factor de densidad específica aparente (fd) Para los valores de densidad aparente (a) distintos a 1,6 ton/m3 , el factor de densidad será: 2. Factor de Rechazo (fr) El factor de rechazo es cuantas partículas están por encima de la dimensión de la malla. Para corregir el valor se tiene la siguiente tabla: Tabla 8. Factor de Rechazo. Porcentaje de rechazo % Factor de Rechazo (fa) 0 1,10 5 1,08 10 1,06 15 1,04 20 1,02 25 1,00 30 0,98 35 0,96 40 0,94 45 0,92 50 0,90 60 0,88 70 0,86 80 0,84
  • 17. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 6 3. Factor de Semitamaño (fs) El factor de semitamaño es el contenido de partículas que son inferiores a la mitad de la luz de la malla. Para corregir esta condición se tiene la siguiente tabla: Tabla 9. Factor de Semitamaño. Porcentaje de semitamaño (%) Factor de semitamaño (fs) 0 0,50 5 0,55 10 0,60 15 0,65 20 0,72 25 0,77 30 0,85 35 0,92 40 1,00 45 1,10 50 1,20 55 1,30 60 1,45 65 1,60 70 1,75 75 1,95 80 2,20 85 2,55 90 3,00 95 3,65 4. Factor de Rendimiento, E (fe) Los valores del coeficiente de eficiencia o rendimiento para rendimientos usuales son los siguientes: Tabla 10. Factor de Rendimiento. Rendimiento (%) Factor de eficiencia (fe) 98 0,60 96 0,85 94 1,00 92 1,05 90 1,12 85 1,26 80 1,41
  • 18. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 7 5. Factor de Cribado por vía Húmeda (fa) Para cribados por vía húmeda (Humedad mayor al 9%) hay que introducir un nuevo factor de corrección cuyo valor dependerá de la luz de la malla. Tabla 11. Factor de cribado por vía húmeda. Luz de la malla (mm) Factor de cribado por vía húmeda (fa) < 0,50 1,00 1,00 1,42 1,25 1,70 2,00 2,20 4,00 2,50 5,60 2,35 6,30 2,25 8,00 2,00 10,00 1,42 11,20 1,35 12,50 1,30 14,00 1,25 16,00 1,20 20,00 1,12 22,40 1,13 31,50 1,06 40,00 1,03 50,00 1,00 6. Factor de Abertura de Malla (fm) Este factor va a depender del tipo de abertura que posea la malla (cuadrada, rectangular y redonda) tomando como valor los que se presentan en la siguiente tabla: Tabla 12. Factor de abertura de malla. Tipo de abertura Factor de Abertura de Malla (fm) Cuadrada 1,00 Redonda 0,80 Rectangular 1,20 7. Factor de Lajosidad (fl) Se consideran lajas aquellas partículas cuya longitud es 3 veces a cualquiera de las otras dos dimensiones. La presencia de lajas puede hacer disminuir la capacidad de la criba es por eso que se debe reconocer el porcentaje de lajas que forman parte de la alimentación y aplica el factor de corrección correspondiente. Se usa la siguiente tabla:
  • 19. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 8 Tabla 13. Factor de lajas. % Lajas Factor de Lajosidad (fl) < 5 1,00 10 0,95 20 0,85 30 0,80 40 0,75 50 0,70 60 0,65 70 0,60 80 0,55 8. Factor de Posición del Paño (fp) Las telas o paños inferiores no aprovechan toda su superficie útil en la operación de cribado debido a las trayectorias de las partículas, por ello habrá que introducir un factor de corrección que tenga en cuenta la posición relativa de la superficie de cribado: Tabla 14. Factor de posición del paño. Piso Factor de posición del Paño (fp) Primer 1,0 Segundo 0,9 Tercer 0,8 Cuarto 0,7 9. Factor de Inclinación (fi) Para corregir la inclinación de la criba a diseñar se usa la siguiente tabla: Tabla 15. Factor de inclinación. Inclinación de la criba ( o ) Factor de inclinación (fi) 0 0,83 5 0,87 10 0,94 15 0,96 20 1,00 10. Factor de Área Libre (fo) El Área Libre representa la superficie útil de cribado, sin tener en cuenta la superficie ocupada por los alambres. Por lo tanto, a medida que aumenta el área libre, lo hace
  • 20. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 9 en la misma medida la capacidad. Este valor se puede encontrar en los catálogos de las cribas. El factor se corrige con la siguiente tabla: Tabla 16. Factor de área libre. Superficie Libre % Factor de Área Libre (fo) 15 0,30 20 0,40 25 0,50 30 0,60 35 0,70 40 0,80 45 0,90 50 1,00 55 1,10 60 1,20 65 1,30 70 1,40 75 1,50 Factor de Servicio (fop) Como la operación de cribado no va a ser perfecta. Se incrementa el valor de la superficie de cribado en un 20% para operaciones normales (fop = 1,20) y en un 40 % para operaciones dificultosas (fop = 1,40). Cálculo de las cribas En el diseño de esta zaranda vibratoria se considera dos pisos. En el primer piso se rechazará los elementos de mayor dimensión al ajonjolí. Luego, en el segundo piso se filtrarán los elementos residuales de menor dimensión del ajonjolí. En el diseño se a considerado usar mallas de poliuretano ya que es un cribado a condiciones mayores del 9% de humedad. Para cada piso se dimensionará la superficie de cribado. Cabe resaltar que la superficie de cribado mayor será la superficie base para el diseño. El diseño se hará en base a las dimensiones de las cribas que nos ofrece el fabricante. En la siguiente tabla se muestran las características del tipo de mallas a usar para el primer y segundo piso.
  • 21. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Área Académica de Energía Laboratorio de Ingeniería Mecánica I Página 110 Tabla 17. Tabla de características de mallas de poliuretano. Fuente: Talleres Núñez
  • 22. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 11 A continuación se muestran los parámetros de diseño para el cálculo de la superficie de cribado para el primer y segundo piso con sus respectivos resultados. Superficie de cribado del primer piso Utilizando la fórmula de Juan Luis Bousco y las tablas para obtener los factores de corrección se obtuvo la siguiente tabla de resultado para el primer piso de la zaranda. Tabla 18. Cálculo de superficie de cribado del primer piso. Datos Valor Unidad Densidad del ajonjolí 577 kg/m 3 Capacidad Másica (Masa de entrada) 480 kg/h Luz de malla 4 mm Porcentaje de Rechazo 30 % Porcentaje de Semitamaño 10 % Rendimiento (E) 98 % Tipo de abertura Cuadrada Porcentaje Lajas 60 % Piso Primer piso Inclinación 5 o Superficie Libre 30 % Tipo de operación Normal Tonelaje teórico que pasará la criba 0,34 Ton/h Capacidad Básica (B) 10,50 Ton/m 2 .h Factores de corrección (fc) 0,11 Factor de densidad específica (fd) 0,36 Factor de rechazo (fr) 0,98 Factor de semitamaño (fs) 0,60 Factor de eficiencia (fe) 0,60 Factor de cribado por vía húmeda (fa) 2,50 Factor de Abertura de Malla (fm) 1,00 Factor de Lajosidad (fl) 0,65 Factor de Posición del Paño (fp) 1,00 Factor de Inclinación (fi) 0,87 Factor de Área Libre (fo) 0,60 Factor de Servicio (fop) 1,20 Superficie de Cribado (S) 0,36 m 2
  • 23. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 12 Superficie de cribado del segundo piso Usando los mismos criterios para el diseño de la superficie de cribado del primer piso se obtuvo la siguiente tabla con los parámetros de diseño y resultados. Tabla 19. Cálculo de superficie de cribado del segundo piso. Datos Valor Unidad Densidad del ajonjolí 577 kg/m 3 Capacidad Másica 336 kg/h Luz de malla 1 mm Porcentaje de Rechazo 70 % Porcentaje de Semitamaño 5 % Rendimiento (E) 98 % Tipo de abertura Rectangular Porcentaje Lajas < 5 % Piso Segundo piso Inclinación 5 o Superficie Libre 15 % Tipo de operación Normal Tonelaje teórico que pasará la criba 0,10 Ton/h Capacidad Básica (B) 4,90 Ton/h Factores de corrección (fc) 0,04 Ton/m 2 .h Factor de densidad específica (fd) 0,36 Factor de rechazo (fr) 0,86 Factor de semitamaño (fs) 0,55 Factor de eficiencia (fe) 0,60 Factor de cribado por vía húmeda (fa) 1,42 Factor de Abertura de Malla (fm) 1,20 Factor de Lajosidad (fl) 1,00 Factor de Posición del Paño (fp) 0,90 Factor de Inclinación (fi) 0,87 Factor de Área Libre (fo) 0,30 Factor de Servicio (fop) 1,20 Superficie de Cribado (S) 0,60 m 2 Dimensiones de diseño de las cribas Como se mencionó antes, se tomarán las dimensiones que ofrece el fabricante, de esto se obtiene que las dimensiones de las dos cribas será: Tabla 20. Dimensiones de diseño. Datos Valor Unidad Ancho Nominal (AN) 50 cm Longitud Nominal (LN) 150 cm Superficie de Cribado Nominal (SN) 0,75 m 2
  • 24. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Área Académica de Energía Laboratorio de Ingeniería Mecánica I Página 113 Estructura de la Zaranda En esta sección se analizará y diseñará la estructura metálica del cuerpo de la zaranda vibratoria. Sistema modular TN de fijación de mallas de poliuretano El sistema modular TN es completamente plano, sin obstáculos que retengan los materiales finos, se adapta a los conocidos perfiles ranurados. Está diseñado para ser acoplado a cualquier tipo de máquina tanto de cribado como de escurrido. La fijación entre módulos ofrece total seguridad aumentando con la presión de los materiales a clasificar. No obstante el reemplazar cualquier módulo es de gran facilidad. En las siguientes figuras se muestra como es la instalación de este tipo de sistema modular. Figura 5. Sistema modular TN
  • 25. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 14 Figura 6. Detalle 6 del Sistema modular TN. Figura 7. Detalle 1 y 2 del Sistema modular TN. Figura 8. Detalle 3,4 y 5 del Sistema modular TN.
  • 26. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 15 Diseño de estructura metálicas para el soporte de las cribas Considerando que se va a usar el sistema modular TN para fijar las mallas, se diseñó el siguiente soporte para las mallas. Se usaron ángulos estructurales de 1 ½ x 1 ½ x 1/8 para los extremos, estos ángulos tienen orificios para ser empernados a una plancha que se mostrará a continuación. Se utilizó 3 metros de este perfil de acero ASTM A36. También, como se puede ver se tiene perfiles ranurados de 40 x 40 x 3 de acero ASTM A36. Se utilizó 3 metros de este perfil para esta estructura. Por último, se usaron Tees 1 ½ x 1 ½ x 1/8 de acero ASTM A36 para unir los perfiles ranurados con los ángulos estructurales mediante soldadura. La dimensión de esta estructura es de 500 x 1500 de área. En el anexo se puede encontrar el despiece de este soporte con las dimensiones y tipo de soldadura a usar para cada unión. Cabe señalar que este soporte se usa para el primer y segundo piso de la zaranda vibratoria.
  • 27. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 16 Luego, está el diseño de las planchas. Para esto se usa plancha de 8 mm de espesor de acero ASTM A36. Como se puede observar en la figura, la plancha tiene orificios para ser empernada con la estructura de soporte de las cribas. Además, en el medio de la plancha tiene orificios para empernar el soporte con el rodamiento Y (Soporte FYJ508, Rodamiento FYJ 40 TF). También, se tienen ángulos estructurales de 20 x 20 x 3 que serán soldadas a la plancha. Estos ángulos servirán para ejercer presión sobre las cribas mediante cuñas como se muestra en el Detalle 4 del Sistema Modular TN en la parte interior. Exteriormente se soldarán unos apoyos para el montaje de los resortes. Estos apoyos están hechos de acero ASTM A 36 de 8 mm de espesor. Sus dimensiones detalladas se encuentran en el anexo. Finalmente, en las siguientes figuras mostramos como termina montado la criba con sus módulos y cuñas de fijación, así también como el ensamblado final añadiendo una plancha para el suministro del ajonjolí.
  • 28. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 17
  • 29. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 18 Análisis Vibratorio de la Zaranda Es complejo analizar por vibraciones cuerpos reales, es por ello que se busca simplificar estos cuerpos en sistemas masa-resorte-amortiguador de tal manera que las propiedades másicas y cinéticas no varíen. Se modela de la siguiente forma: En los puntos 1, 2, 3 y 4 irán los resortes. También se ven que en el eje x del centro de gravedad están dos fuerzas. Estas dos fuerzas representan a la masa desbalanceada que se unirá al eje de la zaranda vibratoria. Posición de los resortes Cabe señalar que se analizará la zaranda como si no estuviera inclinada, más adelante se usará un artificio matemático para incluir la inclinación del 5%. También, se considera que la vibración de la zaranda será en el eje Z, también existirá rotación en 1 y 2, pero como se demostrará, esta rotación de disipará después de un tiempo después del encendido. Entonces, se tienen las posiciones de cada resorte con respecto al eje Z. Se considera que 1 y 2 son ángulos chicos, por lo que se obtendrá lo siguiente:
  • 30. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 19 (1) (2) (3) (4) Posición de los contrapesos Se considera que los contrapesos están en el extremo de una polea de radio R, como una masa desbalanceada. La polea gira a una frecuencia de r. Se obtuvieron las siguientes ecuaciones. * ( )+ (5) * ( )+ (6) Fuerza de las masas desbalanceadas La fuerza de las masas desbalanceadas se obtiene de derivar dos veces la posición con respecto al eje x de la masa y multiplicándolo por su masa (m0). ̈ ( ) (7) Análisis con Ecuación Diferencial de Lagrange Para resolver este sistema aplicamos la ecuación diferencial de Lagrange: ( ̇ ) (8) Donde: L= T – V qi: Grado de libertad T: Energía Cinética V:Energía Potencial Qi: ∑ Se resuelve la ecuación y se simula los valores con tal de obtener una frecuencia de vibración adecuada con valores de resortes en los catálogos.
  • 31. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 20 Entonces, hallamos la Energía Cinética: ̇ ̇ ̇ (9) Así también, hallamos la energía potencial considerando a como la constante de elástica de cada resorte: (10) Luego, reemplazamos las ecuaciones (1), (2), (3) y (4) en la (10). Para simplificar el diseño de la zaranda vibratoria, se considerará las constantes de elasticidad de cada resorte iguales: , entonces, definiremos a la energía potencial con la siguiente ecuación: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (11) Después se reemplaza la ecuación (9) y (11) en L= T – V ̇ ̇ ̇ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Entonces, hallamos los elementos de la ecuación (8): ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
  • 32. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 21 ̇ ̇ ( ̇ ) ̈ ̇ ̇ ( ̇ ) ̈ ̇ ̇ ( ̇ ) ̈ Con las ecuaciones 7 se calcula el: ∑ ( ) ( ) ( ) Por último, se tendrán las siguientes ecuaciones: ̈ ( ) ( ) ( ) ̈ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ̈ ( ) ( ) ( )
  • 33. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 22 Análisis de las dimensiones Como se puede observar, el análisis de vibraciones depende mucho de la geometría del cuerpo, es por eso que se debe modelar de una manera correcta el sólido a analizar. Figura 1. Software Secciones (versión 3.2.50) Haciendo el uso de un software (siguiente Figura), obtenemos los centros de gravedad de cada estructura y aplicando el Teorema de Steiner hacemos el cálculo de ellas y obtenemos los siguientes resultados: (Consideración para el análisis)
  • 34. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 23 Solución final de la ecuación de Lagrange ̈ ( ) ̈ ̈ Entonces, solucionando el primer enunciado: ( ⁄ ( ( ⁄ ) ) ) ( ) [ ] Se sabe que: y que , ya que produciría resonancia al no tener amortiguadores. Luego, con este dato se simula en una hoja de cálculo los valores que pueden tener las constantes de los resortes, la masa desbalanceada y el radio respecto al eje de esta. Se obtuvieron valores óptimos para el diseño, de tal manera que la amplitud se encuentre en el rango de 6 – 8 mm, seleccionando resortes de catálogo: Regresando a la solución de la ecuación:
  • 35. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Proyecto de Máquinas Página 24 CALCULO DE FAJAS La potencia de diseño está en función al área de la criba. Por lo tanto, tomando valores usados en la industria: Potencia de diseño = 1,4 kW = 1,84 HP = 1,86 CV Buscando catálogos y considerando un factor de servicio de 1,2 para la zaranda, usando una transmisión por fajas, se seleccionó el siguiente motor. Motor asíncrono de 4 polos de 2,4 CV con de 1145 RPM Se usará una faja, debido a que la potencia por faja que puede transmitir superan los 2,43 HP. Por lo que se selecciona las fajas sección B, que trasmiten 2,70 HP por faja referido a la polea de diámetro menor con valor de 4,6’’ Por lo tanto, se sabe que se necesita una velocidad de rotación de 467,6 RPM en eje de la zaranda, por lo que la polea de diámetro mayor tendrá un valor de: 11,5 ‘’ Luego, se encuentra la distancia entre centros: Considerando C de 15’’, se obtendrá la longitud de la faja: ( ) ( ) De tablas se tiene que para Faja N° se tiene B55 con longitud de 56,8’’ y kl de 0,90 Se recalcula la distancia a los centros: Por lo tanto tenemos seleccionado a la FAJA N° B55