I ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ DE CAPACIDAD DE 1500 kg/h PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO PABLO HIPÓLITO MARTÍNEZ OCAÑA [email protected] FRANKLIN LUIS PRECIADO GUALÁN [email protected] DIRECTOR: Ing. JAIME VARGAS T. [email protected] Quito, Julio 2011 II DECLARACIÓN Nosotros, Pablo Hipólito Martínez Ocaña, y Franklin Luis Preciado Gualán, declaramos bajo juramento que el trabajo descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente. ____________________________ ____________________________ Pablo Hipólito Martínez Ocaña Franklin Luis Preciado Gualán III CERTIFICACIÓN Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Pablo Hipólito Martínez Ocaña y Franklin Luis Preciado Gualán, bajo nuestra supervisión. __________________________ Ing. Jaime Vargas. DIRECTOR __________________________ __________________________ Ing. Jorge Escobar. Ing. Orwield Guerrero. COLABORADOR COLABORADOR IV AGRADECIMIENTOS A Dios todopoderoso por haberme dado sabiduría y fortaleza para alcanzar este triunfo. Al Ing. Jaime Vargas por su acertada dirección, guía, apoyo y amistad brindada en la realización del presente proyecto. A los ingenieros Jorge Escobar y Orwield Guerrero por su acertada colaboración. A todos los profesores y secretarias que forman parte de la Facultad de Ingeniería Mecánica, quienes en todo momento demostraron su apoyo y colaboración. A mis amigos y compañeros los cuales han sido parte importante en mi vida universitaria. Un eterno agradecimiento a la prestigiosa Facultad de Ingeniería Mecánica de la Escuela Politécnica Nacional, la cual me acogió durante esta etapa de mi vida. Pablo Hipólito Martínez Ocaña A Dios por guiarme durante esta etapa de mi vida. A mi padre, madre y hermanas, ya que gracias a su apoyo incondicional he logrado cumplir mi meta. Al Ing. Jaime Vargas por su apoyo en la dirección y realización del proyecto. Al los ingenieros Jorge Escobar y Orwield Guerrero por su colaboración en la asesoría de la tesis. A la Facultad de Ingeniería Mecánica que me brindó todo su conocimiento. A las secretarias de la Facultad de Ingeniería Mecánica por su amistad. A todos mis amigos y compañeros que han sido una parte importante durante toda mi vida universitaria. Franklin Luis Preciado Gualán V DEDICATORIA Dedico este proyecto de tesis a Dios, por regalarme salud, vida, sabiduría e inteligencia; porque está conmigo en cada paso que doy, cuidándome y dándome fortaleza para continuar. A mi madre Alicia y a mi padre Duval, pilares fundamentales en mi vida, quienes a lo largo de mi vida han velado por mi bienestar y educación, siendo mí apoyo en todo momento. Sin ellos, jamás hubiese podido conseguir todo lo que he logrado hasta el momento. Los amo. A mis hermanos Duval y Fátima, a mis tíos Eustorgio, Franklin y Jorge, y a mi abuelita Romelia, quienes siempre estuvieron a mi lado apoyándome incondicionalmente en todo momento. Pablo Hipólito Martínez Ocaña Dios que me ha dado la oportunidad de estar en este mundo hasta el día de hoy. A mi padre Franklin el hombre que más respeto por su honorabilidad y que ha sido mi guía durante toda mi vida y nunca ha dejado de apoyarme. A mi madre Gladys una mujer única y maravillosa que con sus consejos llenos de amor me ha guiado y me ha hecho una persona de bien, gracias por todo el amor que me da. A mis hermanas Fabiola y Elizabeth que siempre ha estado pendiente de mí, que me han brindado todo el cariño que un hermano puede pedir. A mis Sobrinos que han sido unas personitas que me dan alegría. A mis amigos y amigas incondicionales que siempre han estado para apoyarme, les debo mucho, gracias por su apoyo, siempre los llevare presente. Franklin Luis Preciado Gualán VI CONTENIDO CAPÍTULO I ............................................................................................ 1 MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 1 1.1. 1.1.1. 1.1.2. 1.1.3. 1.1.4. 1.1.5. 1.1.6. 1.1.7. 1.1.8. 1.1.9. 1.1.10. 1.1.11. 1.1.11.1. 1.1.11.2. 1.1.12. 1.2 1.2.1. 1.2.2. 1.3. 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 1.3.4. 1.3.5. 1.3.6. 1.3.7. 1.4. 1.4.1. 1.4.2. 1.4.2.1. 1.4.2.2. 1.5. 1.5.1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES. ..................................................... 1 ABONO ORGÁNICO. ........................................................................ 1 HUMUS. ............................................................................................ 1 HUMUS DE LOMBRIZ. ...................................................................... 1 LECHO O CAMA. .............................................................................. 1 MATERIA ORGÁNICA. ...................................................................... 2 MATERIAL EXTRAÑO. ..................................................................... 2 RESIDUOS ORGÁNICOS. ................................................................ 2 CARACTERÍSTICAS DEL HUMUS. .................................................. 3 COMPONENTES DEL HUMUS DE LOMBRIZ. ................................. 4 CLASIFICACIÓN DEL PRODUCTO. ................................................. 5 GRANULOMETRÍA. .......................................................................... 6 HUMUS DE LOMBRIZ RÚSTICO. ..................................................... 6 HUMUS DE LOMBRIZ TAMIZADO.................................................... 6 ESPECIFICACIONES SENSORIALES. ............................................ 7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL HUMUS DE LOMBRIZ. ........... 7 VENTAJAS. ....................................................................................... 7 DESVENTAJAS................................................................................. 8 PROCESO DE OBTENCIÓN DEL HUMUS DE LOMBRIZ. ............... 8 REQUERIMIENTOS BÁSICOS PARA LA LOMBRICULTURA. ......... 9 HERRAMIENTAS Y MATERIALES. .................................................. 9 CONSTRUCCIÓN DEL LECHO O CAMA. ......................................... 9 TIPOS DE ALIMENTOS O SUSTRATOS. ....................................... 10 COLOCACIÓN DE ALIMENTO Y LOMBRICES EN EL LECHO....... 11 ENEMIGOS DE LA LOMBRIZ Y SU CONTROL. ............................. 13 RIEGO DE LOS LECHOS. ............................................................... 13 PROCESOS DE COSECHA. ........................................................... 13 PROCESO DE POST COSECHA. ................................................... 13 PROCESO DE COSECHA. ............................................................. 13 PROCESO MANUAL. ...................................................................... 14 PROCESO MECÁNICO. ................................................................. 16 MAQUINARIA EXISTENTE PARA EL TRANSPORTE Y CLASIFICACIÓN DEL HUMUS....................................................... 18 MÁQUINA MINHOBOX DE MOVIMIENTO VIBRATORIO. .............. 18 VII 1.5.2. MÁQUINA ROTATIVA SEPARADORA DE HUMUS Y LOMBRICES ................................................................................... 19 CAPÍTULO II .......................................................................................... 21 REQUERIMIENTOS, PARÁMETROS Y ALTERNATIVAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN. ........................................................................................... 21 2.1. 2.2. 2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.2.3.1. 2.2.3.2. 2.2.3.3. 2.2.3.3.1. 2.2.3.3.2. 2.2.3.3.3. 2.2.3.4. 2.2.3.5. 2.2.3.6. 2.3. 2.3.1. 2.3.1.1. 2.3.1.2. 2.3.1.3. 2.3.2. 2.3.2.1. 2.3.2.2. 2.3.2.3. 2.3.3. 2.3.3.1. 2.3.3.2. 2.3.3.3. 2.4. 2.4.1. 2.4.2. 2.4.3. ESTUDIO DE CAMPO. .................................................................... 21 REQUERIMIENTOS Y PARÁMETROS DE DISEÑO. ..................... 26 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ............................................. 26 RESTRICCIONES Y LIMITACIONES. ............................................. 26 ESPECIFICACIONES. .................................................................... 27 PARÁMETROS DE DISEÑO. .......................................................... 27 PARÁMETROS FUNCIONALES. .................................................... 27 AMBIENTE DE TRABAJO. .............................................................. 28 TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA. .................................... 28 GRADO DE INSTRUCCIÓN DEL OPERADOR. .............................. 28 GRADO DE CONTAMINACIÓN. ..................................................... 28 VIDA ÚTIL. ...................................................................................... 28 MATERIALES. ................................................................................. 28 PROCESOS. ................................................................................... 28 PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS ....................................... 29 ALTERNATIVA I: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS POR MOVIMIENTO ROTATIVO ........................................ 29 DESCRIPCIÓN................................................................................ 29 VENTAJAS. ..................................................................................... 29 DESVENTAJAS............................................................................... 29 ALTERNATIVA II: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS POR MOVIMIENTO VIBRATORIO .................................... 32 DESCRIPCIÓN................................................................................ 32 VENTAJAS. ..................................................................................... 32 DESVENTAJAS............................................................................... 32 ALTERNATIVA III: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS POR MOVIMIENTO ALTERNATIVO. ................................ 34 DESCRIPCIÓN................................................................................ 34 VENTAJAS. ..................................................................................... 34 DESVENTAJAS............................................................................... 34 EVALUACIÓN DE SOLUCIONES................................................... 36 COSTO............................................................................................ 36 COMPLEJIDAD DE LA MÁQUINA................................................... 36 MANTENIMIENTO .......................................................................... 36 VIII 2.4.4. 2.4.5. 2.4.6. 2.5. 2.6. 2.7. 2.7.1. 2.7.2. 2.7.3. 2.7.4. FLUJO DE HUMUS ......................................................................... 36 PESO .............................................................................................. 36 SISTEMA DE CLASIFICACIÓN ....................................................... 37 RESULTADOS. ............................................................................... 37 SELECCIÓN DE ALTERNATIVA. ................................................... 38 PROTOCOLO DE PRUEBAS. ........................................................ 39 VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES. .............. 39 VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES. ........... 40 TRABAJO EN VACÍO DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ.................................. 40 TRABAJO CON CARGA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. ....................................................................................... 41 CAPÍTULO III .......................................................................................... 42 DISEÑO DEL PROTOTIPO ............................................................................. 42 3.1. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.2.1. 3.1.3. 3.1.3.1. 3.1.4. 3.1.5. 3.1.5.1. 3.1.6. 3.1.7. 3.1.7.1. 3.1.7.2. 3.1.7.3. 3.1.7.4. 3.1.7.5. 3.1.8. CÁLCULOS Y DISEÑO PARA LOS ELEMENTOS DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ............... 42 ANÁLISIS VIBRATORIO ................................................................. 42 ANÁLISIS DE LA FUERZA VIBRATORIA VERTICAL ...................... 43 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE. ................................................... 43 ANÁLISIS DE LA FUERZA VIBRATORIA HORIZONTAL. ............... 45 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE. ................................................... 46 CÁLCULO PARA EL DISEÑO DEL BASTIDOR MÓVIL ................... 47 CÁLCULO PARA EL DISEÑO DE LA MASA EXCÉNTRICA Y RADIO DE GIRO. ............................................................................ 48 CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE LA MASA EXCÉNTRICA ................................................................................. 48 CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE LA POTENCIA DEL MOTOR. .......................................................................................... 53 CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE POLEAS Y BANDAS. .......... 54 DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA DE DISEÑO ........................ 54 CÁLCULO PARA EL DIÁMETRO DE LAS POLEAS ........................ 56 DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE LA BANDA. ................... 56 DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE CONTACTO DE LA BANDA ............................................................................................ 57 DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE BANDAS ............................. 58 CÁLCULO PARA EL DISEÑO DEL EJE DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS ........................................................ 60 IX 3.1.8.1. 3.1.8.2. 3.1.8.3. 3.1.8.4. 3.1.8.4.1 3.1.8.4.2 3.1.8.4.3 3.1.8.4.4 3.1.9. 3.1.10. 3.1.10.1. 3.1.11. 3.1.11.1. 3.1.11.2. 3.1.12. 3.1.13. 3.1.13.1. 3.1.13.2. 3.1.13.3. 3.1.14. 3.1.14.1. 3.1.14.2. 3.1.14.3. 3.1.15. 3.1.16. 3.1.17. 3.1.17.1. 3.1.17.2. 3.1.18. 3.1.18.1. 3.1.18.2. 3.1.18.3. 3.1.18.4. 3.1.18.5. 3.1.18.6. 3.1.18.7. DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE PARA EL EJE DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS. ....................................................... 62 DIAGRAMA DE ESFUERZO CORTANTE. ...................................... 64 DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR. .......................................... 65 CÁLCULO DE LA FLEXIÓN. ........................................................... 66 ESFUERZO DE FLEXIÓN VS TIEMPO. .......................................... 67 ESFUERZO DE TORSIÓN VS TIEMPO. ......................................... 68 DISEÑO A FATIGA PARA EL EJE DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS. ....................................................... 69 CÁLCULO DEL FACTOR DE SEGURIDAD..................................... 72 CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE LAS CHUMACERAS (RODAMIENTOS Y SOPORTES).................................................... 74 CÁLCULO Y DISEÑO DE LA LENGÜETA. ...................................... 76 CÁLCULO DE LA LONGITUD DE LA LENGÜETA. ......................... 77 CÁLCULO DE LOS SOPORTES PARA LA CHUMACERA .............. 78 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE. ................................................... 79 CÁLCULOS. .................................................................................... 79 CÁLCULO Y DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS APOYOS DE LA CHUMACERA. ..................................................................... 81 CÁLCULO PARA EL DISEÑO DE LOS RESORTES ....................... 86 CÁLCULO PARA DISEÑAR EL RESORTE. .................................... 86 ANÁLISIS DE PANDEO. .................................................................. 94 ANÁLISIS DE RESONANCIA. ......................................................... 94 CÁLCULO Y DISEÑO DE LOS APOYOS DE SUSTENTACIÓN DEL BASTIDOR MÓVIL .................................................................. 95 CONSIDERACIONES. .................................................................... 96 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE. ................................................... 96 CÁLCULOS. .................................................................................... 96 CÁLCULO Y DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS APOYOS DEL BASTIDOR MÓVIL .................................................................. 98 SELECCIÓN DE PERNOS DE ANCLAJE. .................................... 102 DISEÑO DE LAS TOLVAS. ........................................................... 104 TOLVA GRANO FINO Y GRANO MEDIO. ..................................... 104 TOLVA GRANO GRUESO. ........................................................... 105 CÁLCULO Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS. ..................................................... 105 CONSIDERACIONES. .................................................................. 105 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA..................................................... 106 DIAGRAMA DE FUERZAS A SOPORTAR. ................................... 107 ANÁLISIS DE LAS REACCIONES CON SAP2000. ....................... 107 ANÁLISIS DE LA DEFORMACIÓN ................................................ 108 ANÁLISIS DEL ESFUERZO AXIAL. .............................................. 108 ANÁLISIS DE MOMENTOS. .......................................................... 109 X 3.1.18.8. ANÁLISIS DEL FACTOR DE SEGURIDAD. .................................. 110 3.1.18.9. INFORME TÉCNICO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS. ..................................................... 110 3.1.18.9.1.DATOS DE ENTRADA. ................................................................. 110 DE ELEMENTOS NORMALIZADOS Y 3.2. SELECCIÓN EXISTENTES PARA LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. ................................................................. 114 3.2.1. LISTADO DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ............................ 114 3.3. CÁLCULO Y DISEÑO PARA LOS ELEMENTOS DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. ...... 115 3.3.1. CÁLCULO DEL ÁREA Y VOLUMEN DEL MATERIAL A TRANSPORTAR. .......................................................................... 116 3.3.2. CÁLCULO DEL VOLUMEN DE 14 CANGILONES LLENOS. ......... 117 3.3.3. CÁLCULO DEL NÚMERO DE VUELTAS POR HORA. .................. 117 3.3.4. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD NECESARIA. ............................... 118 3.3.5. CÁLCULO DEL PESO A TRANSPORTAR. ................................... 119 3.3.6. CÁLCULO DE LA POTENCIA EN EL EJE MOTRIZ. ...................... 120 3.3.7. CÁLCULO DE LA POTENCIA MOTRIZ NECESARIA.................... 122 3.3.8. CÁLCULO DE LA POTENCIA EFECTIVA. .................................... 123 3.3.9. CÁLCULO DE LA FUERZA PERIFÉRICA EN EL EJE. .................. 124 3.3.10. CÁLCULO DE LA TENSIÓN MÁXIMA EN LA BANDA TRANSPORTADORA.................................................................... 125 3.3.11. CÁLCULO DEL TORQUE EN EL EJE MOTRIZ. ........................... 126 3.3.12. CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE POLEAS, BANDAS, CATALINAS Y CADENAS PARA LA TRANSMISIÓN DE LA UNIDAD TRANSPORTADORA DE HUMUS.................................. 127 3.3.12.1. CÁLCULOS PARA LA BANDA Y POLEAS DEL MOTOR – EJE MOTRIZ. ........................................................................................ 127 3.3.12.1.1.SELECCIÓN DEL TIPO DE BANDA . ............................................ 127 3.3.12.1.2.SELECCIÓN DE LAS POLEAS. .................................................... 127 3.3.12.1.3.CÁLCULO DE LA LONGITUD DE PASO. ...................................... 128 3.3.12.1.4.DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE CONTACTO DE LA BANDA. ......................................................................................... 129 3.3.12.1.5.CÁLCULO DE LA POTENCIA NOMINAL. ..................................... 129 3.3.12.1.6.CÁLCULO DE LA POTENCIA CORREGIDA. ................................ 131 3.3.12.1.7.CÁLCULO DE LA POTENCIA DE DISEÑO. .................................. 131 3.3.12.1.8.CÁLCULO DEL NÚMERO DE BANDAS. ....................................... 132 3.3.12.2. CÁLCULOS Y DISEÑO PARA EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN DEL EJE MOTRIZ – EJE CONDUCTOR – EJE RETORNO. .......... 132 3.3.12.2.1.1.CÁLCULO DE LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN. .................... 135 3.3.12.2.1.2.CÁLCULO DE LA POTENCIA DE DISEÑO. ............................... 135 3.3.12.2.1.3.SELECCIÓN DEL TIPO DE CADENA DE RODILLOS A UTILIZAR. ..................................................................................... 136 XI 3.3.12.3. CÁLCULO DEL EJE MOTRIZ DE LA UNIDAD TRANSPORTADORA DE HUMUS. ............................................... 141 3.3.12.3.1.DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL EJE MOTRIZ DE LA UNIDAD TRANSPORTADORA DE HUMUS.................................. 145 DE LAS TENSIONES EN LOS EJES 3.3.12.3.2.CÁLCULO COORDENADOS Y Y Z RESPECTIVAMENTE ............................. 146 3.3.12.4. CÁLCULO Y DISEÑO DE LA LENGÜETA. .................................... 151 3.3.12.5. CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE LA CHUMACERA. ............. 153 3.3.12.5.1.CÁLCULO DE LAS CARGAS ESTÁTICAS. ................................... 153 3.3.12.5.2.CAPACIDAD DE CARGA ESTÁTICA NECESARIA (CO). ............. 154 3.3.12.6. DISEÑO DE LA TOLVA DE CARGA. ............................................ 155 3.3.12.7. CÁLCULO Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS. ............................................... 156 3.3.12.7.1.CONSIDERACIONES. .................................................................. 156 3.3.12.7.2.DISEÑO DE LA ESTRUCTURA..................................................... 156 3.3.12.7.3.DIAGRAMA DE FUERZAS A SOPORTAR .................................... 157 3.3.12.7.4.ANÁLISIS DE LAS REACCIONES CON SAP2000. ....................... 157 3.3.12.7.5.ANÁLISIS DE LA DEFORMACIÓN. ............................................... 158 3.3.12.7.6.ANÁLISIS DEL ESFUERZO AXIAL. .............................................. 158 3.3.12.7.7.ANÁLISIS DE MOMENTOS. .......................................................... 159 3.3.12.7.8.ANÁLISIS DEL FACTOR DE SEGURIDAD ................................... 160 3.3.12.7.9.INFORME TÉCNICO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS. ..................................................... 161 3.3.12.7.9.1.DATOS DE ENTRADA. .............................................................. 161 3.3.12.7.9.2.DATOS DE SALIDA .................................................................... 162 3.4. SELECCIÓN DE ELEMENTOS NORMALIZADOS Y EXISTENTES PARA LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. ................................................................. 165 3.4.1. LISTADO DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ............................ 165 3.5. ELABORACIÓN DE PLANOS DE TALLER Y DE MONTAJE....... 166 CAPÍTULO IV ........................................................................................ 167 CONSTRUCCIÓN, MONTAJE Y PRUEBAS DE CAMPO ............................ 167 4.1. 4.1.1. 4.1.1.1. 4.1.1.2. 4.1.1.3. 4.1.1.4. 4.1.1.5. PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN..................................... 167 REQUERIMIENTOS PARA LA CONSTRUCCIÓN. ....................... 167 MÁQUINAS Y EQUIPOS. .............................................................. 168 HERRAMIENTAS. ......................................................................... 168 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y VERIFICACIÓN. ................... 169 MATERIA PRIMA. ......................................................................... 169 ELEMENTOS NORMALIZADOS. .................................................. 169 XII 4.1.1.6. 4.1.1.7. 4.1.1.8. 4.2. 4.2.1. ELEMENTOS SELECCIONADOS. ................................................ 170 ELEMENTOS A CONSTRUIR. ...................................................... 170 HOJAS DE PROCESOS. ............................................................... 174 PROCEDIMIENTO DEMONTAJE. ................................................ 174 PROCEDIMIENTO DE MONTAJE PARA LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS. ..................................................... 174 4.2.1.1. MONTAJE DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS. ..................................................... 174 4.2.1.2. MONTAJE DE LAS TOLVAS PARA GRANO FINO Y GRANO MEDIO. .......................................................................................... 175 4.2.1.3. MONTAJE DEL BASTIDOR MÓVIL............................................... 175 4.2.1.4. MONTAJE DE LOS ASIENTOS PARA LOS RESORTES. ............. 175 4.2.1.5. MONTAJE DE LOS SOPORTES DE LOS ASIENTOS PARA LOS RESORTES. .................................................................................. 175 4.2.1.6. MONTAJE DE LA PLACA SOPORTE POSTERIOR. ..................... 176 4.2.1.7. MONTAJE DE LOS RESORTES. .................................................. 176 4.2.1.8. MONTAJE DEL MECANISMO VIBRATORIO. ............................... 176 4.2.1.9. MONTAJE DEL SISTEMA MOTRIZ............................................... 177 4.2.1.10. MONTAJE DE LA TOLVA PARA GRANO GRUESO. .................... 177 4.2.2. PROCEDIMIENTO DE MONTAJE PARA LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS. ............................................... 177 4.2.2.1. MONTAJE DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS. ............................................... 177 4.2.2.2. MONTAJE DE LOS ASIENTOS DE LA CHUMACERA. ................. 177 4.2.2.3. MONTAJE DE LA CUBIERTA INFERIOR. ..................................... 178 4.2.2.4. MONTAJE DE LA TOLVA DE CARGA........................................... 178 4.2.2.5. MONTAJE DE LOS CANGILONES EN LA BANDA DE NYLON..... 178 4.2.2.6. MONTAJE DE LOS EJES, CHUMACERAS Y DE LA BANDA TRANSPORTADORA CON CANGILONES. .................................. 178 4.2.2.7. MONTAJE DE LA POLEA EN EL EJE MOTRIZ. ............................ 179 4.2.2.8. MONTAJE DEL SISTEMA MOTRIZ............................................... 179 4.2.2.9. MONTAJE DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR CADENAS DE RODILLOS............................................................................... 179 4.3. EJECUCIÓN DE PROCEDIMIENTOS........................................... 179 4.4. PRUEBAS DE CAMPO. ................................................................. 182 4.4.1. CORRIDA DE PRUEBAS. ............................................................. 183 4.4.2. RESULTADOS. ............................................................................. 183 4.4.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS........................................................ 183 XIII CAPÍTULO V ........................................................................................ 184 ANÁLISIS ECONÓMICO DEL PROYECTO .................................................. 184 5.1. 5.2. 5.2.1. 5.2.2. 5.2.3. 5.2.3.1. 5.2.3.2. 5.2.3.3. 5.2.3.4. 5.2.3.5. 5.2.4. 5.2.4.1. 5.2.4.2. 5.2.4.3. 5.2.4.4. 5.2.5. 5.3. 5.3.1. 5.3.2. 5.3.3. 5.3.3.1. 5.3.3.2. 5.3.3.3. 5.3.3.4. 5.3.3.5. 5.3.4. 5.3.4.1. 5.3.4.2. 5.3.4.3. 5.3.4.4. 5.3.5. 5.4. INTRODUCCIÓN........................................................................... 184 COSTO DE CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS. .................................................... 185 COMPONENTES DE LA UNIDAD CLASIFICADORA DE HUMUS 185 PERSONAL REQUERIDO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA ...................................................................................... 185 COSTOS DIRECTOS. ................................................................... 186 COSTOS DE MATERIALES DIRECTOS. ...................................... 186 COSTOS DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ............................ 187 COSTOS DE MAQUINADO. .......................................................... 187 COSTOS DE MONTAJE. ............................................................... 188 COSTO DIRECTO TOTAL. ........................................................... 188 COSTOS INDIRECTOS. ............................................................... 189 COSTOS DE MATERIALES INDIRECTOS. .................................. 189 COSTOS DE INGENIERÍA. ........................................................... 189 GASTOS IMPREVISTOS. ............................................................. 189 COSTO TOTAL INDIRECTO. ........................................................ 190 COSTO TOTAL DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA. .................. 190 COSTO DE CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS. .............................................. 191 COMPONENTES DE LA UNIDAD TRANSPORTADORA DE HUMUS ......................................................................................... 191 PERSONAL REQUERIDO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA ...................................................................................... 191 COSTOS DIRECTOS. ................................................................... 192 COSTOS DE MATERIALES DIRECTOS. ...................................... 192 COSTOS DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ............................ 192 COSTOS DE MAQUINADO. .......................................................... 193 COSTOS DE MONTAJE. ............................................................... 194 COSTO DIRECTO TOTAL. ........................................................... 194 COSTOS INDIRECTOS. ............................................................... 195 COSTOS DE MATERIALES INDIRECTOS. .................................. 195 COSTOS DE INGENIERÍA. ........................................................... 195 GASTOS IMPREVISTOS. ............................................................. 195 COSTO TOTAL INDIRECTO. ........................................................ 195 COSTO TOTAL. ............................................................................ 196 COSTO TOTAL DEL PROYECTO. ............................................... 196 XIV CAPÍTULO VI ................................ ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. 197 6.1. 6.2. CONCLUSIONES.......................................................................... 197 RECOMENDACIONES. ................................................................ 199 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ 200 CONSULTAS WEB ........................................................................................ 201 XV ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS FOTOGRAFÍA 1.1 LECHO O CAMA PARA EL PROCESO DE OBTENCIÓN DE HUMUS DE LOMBRIZ. ................................................. 10 FOTOGRAFÍA 1.2 ALIMENTOS Y SUSTRATOS UTILIZADOS PARA EL VERMICOMPOSTAJE. ....................................................... 10 FOTOGRAFÍA 1.3 COLOCACIÓN DE LOMBRICES EN LA CAMA ................ 12 FOTOGRAFÍA 1.4 PRODUCTOS A SER COLOCADOS EN EL LECHO ........ 12 FOTOGRAFÍA 1.5 TRAMPA DE COSECHA PARA LOMBRICES. ................... 15 FOTOGRAFÍA 1.6 PROCESO DE CERNIDO MANUAL. ................................ 16 FOTOGRAFÍA 1.7 MÁQUINA SEPARADORA DE HUMUS.............................. 17 FOTOGRAFÍA 1.8 HUMUS DE LOMBRIZ LISTO PARA LA VENTA. .............. 17 FOTOGRAFÍA 2.1 VISITA COMUNIDAD TAMBOLOMA (AMBATO – TUNGURAHUA)…………………………………………….....23 FOTOGRAFÍA 2.2 CAMAS DEL PROYECTO DE LOMBRICULTURA DE LA COMUNIDAD TAMBOLOMA………………………………....24 FOTOGRAFÍA 2.3 DISTRIBUCIÓN DE LOS LECHOS DEL PROYECTO DE LOMBRICULTURA DE LA COMUNIDAD TAMBOLOMA…24 FOTOGRAFÍA 2.4 CAMA DE LOMBRICOMPOSTA DE 8 MESES……………25 FOTOGRAFÍA 4.1 CORTE DE TUBOS CUADRADOS………………………..173 FOTOGRAFÍA 4.2 SOLDADURA DE LA ESTRUCTURA……………………..173 FOTOGRAFÍA 4.3 CORTE DE LA PLANCHA PARA LAS TOLVAS………....174 FOTOGRAFÍA 4.4 SOLDADURA DE LA PLACA POSTERIOR………………174 FOTOGRAFÍA 4.5 ESMERILADO DE ARISTAS VIVAS DE LAS PLACAS…175 FOTOGRAFÍA 4.6 TALADRADO DE AGUJEROS EN LOS ASIENTOS SOPORTES PARA LAS CHUMACERAS……...................175 FOTOGRAFÍA 4.7 PRUEBAS DE CAMPO REALIZADAS AL PROTOTIPO...184 XVI ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1.1 PROCESO DE ELABORACIÓN DEL HUMUS EN EL CUERPO DE LA LOMBRIZ.............................................................................. 11 FIGURA 1.2 MÁQUINA TAMIZ HUMUS. .......................................................... 19 FIGURA 1.3 MÁQUINA COMPOSTEADORA................................................... 20 FIGURA 2.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA PROVINCIA DE TUNGURAHUA DENTRO DE LA REPÚBLICA DEL ECUADOR. .... 22 FIGURA 2.2 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL CANTÓN AMBATO EN LA PROVINCIA DE TUNGURAHUA. .................................................... 22 FIG. 2.3 ALTERNATIVA I: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS POR MOVIMIENTO ROTATIVO. ....................................... 31 FIG. 2.4 ALTERNATIVA II: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS POR MOVIMIENTO VIBRATORIO. ................................... 33 FIG. 2.5 ALTERNATIVA III: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS POR MOVIMIENTO ALTERNATIVO. ................................ 35 FIGURA3.1 ANÁLISIS VIBRATORIO ............................................................... 42 FIGURA3.2 ANÁLISIS VIBRATORIO VERTICAL ............................................ 43 FIGURA 3.3 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE ANÁLISIS VIBRATORIO VERTICAL. ...................................................................................... 43 FIGURA 3.4 ANÁLISIS VIBRATORIO HORIZONTAL ...................................... 45 FIGURA 3.5 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL ANÁLISIS VIBRATORIO HORIZONTAL. ................................................................................ 46 FIGURA3.6 DISEÑO DEL BASTIDOR MÓVIL.................................................. 47 FIGURA 3.7 RELACIÓN DE FRECUENCIAS .................................................. 49 FIGURA 3. 8 DISTINTAS POSICIONES DE AMPLITUD PARA RESORTES. .. 51 FIGURA 3.9 MASA EXCÉNTRICA SELECCIONADA. ..................................... 53 FIGURA 3.10 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL EJE ................................ 62 FIGURA 3.11 DIAGRAMA DE TRANSMISIÓN POR BANDA. .......................... 63 FIGURA 3.12 DIAGRAMA CORTANTE PARA EL EJE DE LA EXCÉNTRICA…………………………………………..……………...66 FIGURA 3.13 DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR PARA EL EJE DE LA EXCÉNTRICA. ................................................................................ 65 FIGURA 3.14 DIAGRAMA ESFUERZO DE FLEXIÓN EN FUNCIÓN DEL TIEMPO PARA EL EJE. ................................................................... 67 FIGURA 3.15 DIAGRAMA ESFUERZO DE TORSIÓN EN FUNCIÓN DEL TIEMPO PARA EL EJE. ................................................................... 68 FIGURA 3.16 GRÁFICO PARA EL DISEÑO DE LA LENGÜETA. ..................... 77 FIGURA 3.17 GRÁFICO DEL DISEÑO DEL SOPORTE PARA LA CHUMACERA. ................................................................................ 78 XVII FIGURA 3.18 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL SOPORTE DE LA LENGÜETA. .................................................................................... 79 FIGURA 3.19 DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS SOPORTES DE LA CHUMACERA. ................................................................................ 81 FIGURA 3.20 FUERZA MÁXIMA DE LA SOLDADURA PARA LOS SOPORTES DE LA CHUMACERA. ................................................. 83 FIGURA 3.21DIMENSIONES FINALES DEL CORDÓN DE SOLDADURA. ..... 85 FIGURA 3.22 RESORTE HELICOIDAL ............................................................ 86 FIGURA 3.23 RESULTANTE DE LOS ESFUERZOS A LOS QUE ESTÁ SOMETIDO EL RESORTE. ............................................................. 87 FIGURA 3.24 EXTREMOS DE LOS RESORTES PARA DISTINTAS APLICACIÓN ................................................................................... 92 FIGURA 3.25 RESORTE SELECCIONADO PARA LA APLICACIÓN ............... 93 FIGURA 3.26 APOYO DE SUSTENTACIÓN DEL BASTIDOR MÓVIL. ............ 95 FIGURA 3.27 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE PARA LOS APOYOS DE SUSTENTACIÓN DEL BASTIDOR MÓVIL. ..................................... 96 FIGURA 3.28 DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS APOYOS DE SUSTENTACIÓN DEL BASTIDOR MÓVIL. ..................................... 98 FIGURA 3.29 FUERZA MÁXIMA DE LA SOLDADURA PARA LOS SOPORTES DE LA CHUMACERA. ............................................... 100 FIGURA 3.30 DIMENSIONES FINALES DEL CORDÓN DE SOLDADURA PARA LOS SOPORTES DE LA CHUMACERA. ............................ 102 FIGURA 3.31 DIMENSIONES DE LA TOLVA DE GRANO FINO Y GRANO MEDIO. .......................................................................................... 104 FIGURA 3.32 DIMENSIONES DE LA TOLVA DE GRANO GRUESO. ............ 105 FIGURA 3.33 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). ................................... 106 FIGURA 3.34 REPRESENTACIÓN DE LAS FUERZAS QUE SOPORTARA LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 107 FIGURA 3.35 ANÁLISIS DE LAS REACCIONES QUE SOPORTARA LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). .................................................................................... 107 FIGURA 3.36 ANÁLISIS DE LAS DEFORMACIONES QUE SOPORTARA LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 108 FIGURA 3.37 ANÁLISIS DEL ESFUERZO AXIAL DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). ............ 108 FIGURA 3.38 DIAGRAMA DEL ESFUERZO AXIAL DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). ...... 109 FIGURA 3.39 DIAGRAMA DE MOMENTOS DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). ................. 109 XVIII FIGURA 3.40 ANÁLISISDEL FACTOR DE SEGURIDAD DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). .................................................................................... 110 FIGURA 3.41 CADENA DE RODILLOS Y SUS COMPONENTES PRINCIPALES. .............................................................................. 133 FIGURA 3.42 CADENA DE RODILLOS SIMPLE DIN 8187. ........................... 133 FIGURA 3.43 SECCIÓN DE UNA CADENA DE RODILLOS SIMPLE DIN 8187 .............................................................................................. 133 FIGURA 3.44CONEXIÓN ENTRE UNA CADENA Y UNA RUEDA DENTADA 134 FIGURA 3.45DIAGRAMA DE TENSIONES ACTUANTES SOBRE LA POLEA Y CATALINA DEL EJE MOTRIZ. ...................................... 144 FIGURA 3.46 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL EJE MOTRIZ. .............. 145 FIGURA 3.47 DIAGRAMA DE LAS TENSIONES EN LA SECCIÓN `TRANSVERSAL DEL EJE, PROVOCADAS POR LA BANDA Y CADENA DE TRANSMISIÓN. ....................................................... 145 FIGURA 3.48 DIAGRAMA CORTANTE DEL EJE MOTRIZ EN EL PLANO X-Y. ............................................................................................... 148 FIGURA 3.49 DIAGRAMA DE MOMENTOS DEL EJE MOTRIZ EN EL PLANO X-Y. .................................................................................. 148 FIGURA 3.50 DIAGRAMA CORTANTE DEL EJE MOTRIZ EN EL PLANO X-Z. ................................................................................................ 149 FIGURA 3.51DIAGRAMA DE MOMENTOS DEL EJE MOTRIZ EN EL PLANO X-Z. ................................................................................... 149 FIGURA 3.52DIAGRAMA DE LAS FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UNALENGÜETA............................................................................ 152 FIGURA 3.53 DIMENSIONES DE LA TOLVA DE CARGA.............................. 155 FIGURA 3.54 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). ............................. 156 FIGURA 3.55 REPRESENTACIÓN DE LAS FUERZAS QUE SOPORTARA LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 157 FIGURA 3.56 ANÁLISIS DE LAS REACCIONES QUE SOPORTARA LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 157 FIGURA 3.57 ANÁLISIS DE LAS DEFORMACIONES QUE SOPORTARA LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 158 FIGURA 3.58 ANÁLISIS DEL ESFUERZO AXIAL DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). ...... 158 FIGURA 3.59DIAGRAMA DEL ESFUERZO AXIAL DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). 159 FIGURA 3.60DIAGRAMA DE MOMENTOS DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). ........... 159 XIX FIGURA 3.61ANÁLISIS DEL FACTOR DE SEGURIDAD DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 160 XX ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1.1 COMPONENTES DEL HUMUS DE LOMBRIZ................................. 4 TABLA 1.2 GRADOS DE CALIDAD PARA EL HUMUS DE LOMBRIZ ................ 5 TABLA 2.1 CRITERIOS DE COMPARACIÓN Y CÓDIGOS DE EQUIVALENCIA. ............................................................................. 37 TABLA 2.2 CUADRO DE SELECCIÓN DE LAS CLASIFICADORAS DE HUMUS CON CRITERIOS PREVIAMENTE DEFINIDOS SEGÚN (MPC). ............................................................................................. 38 TABLA 2.3 VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES. ............. 39 TABLA 2.4 VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES. .......... 40 TABLA 2.5 TRABAJO EN VACÍO DE LA CLASIFICADORA. ........................... 40 TABLA 2.6 TRABAJO CON CARGA DE LA CLASIFICADORA. ....................... 41 TABLA 3.1 ITERACIÓN DE VALORES Y SELECCIÓN DE LAS DIMENSIONES MÁS ADECUADAS DE LA MASA EXCÉNTRICA. ................................................................................ 52 TABLA 3.2 DIÁMETROS NORMALIZADOS DE ALAMBRES SEGÚN DIN 2097 ................................................................................................ 88 TABLA 3.3 VALORES PARA REALIZAR LA ITERACIÓN DE DIFERENTES VALORES DE DIÁMETRO DEL RESORTE Y PASO PARA DETERMINAR LAS DEMÁS DIMENSIONES DEL RESORTE. ...................................................................................... 93 TABLA 3.4 DEFINICIONES DE COMBINACIÓN. ......................................... 110 TABLA 3.5 PROPIEDADES DEL MATERIAL. ............................................... 111 TABLA 3.6 PROPIEDADES MECÁNICAS BÁSICAS. .................................. 111 TABLA 3.7 PROPIEDADES DEL ACERO. .................................................... 111 TABLA 3.8 CONJUNTO CARGAS - FUERZA. .............................................. 111 TABLA 3.9 PROPIEDADES DE LA SECCIÓN. ............................................. 112 TABLA 3.10 PROPIEDADES DE LA SECCIÓN. ........................................... 112 TABLA 3.11 DESPLAZAMIENTOS. .............................................................. 112 TABLA 3.12 REACCIONES. .......................................................................... 112 TABLA 3.13 RESUMEN DE DATOS DEL PERFIL UPN80. .......................... 113 TABLA 3.14 RANGO DE VALORES DE PASO Y CARGA LÍMITE PARA CADENA DE RODILLOS .............................................................. 136 TABLA 3.15 DEFINICIONES DE COMBINACIÓN. ....................................... 161 TABLA 3.16 PROPIEDADES DEL MATERIAL. ............................................. 161 TABLA 3.17 PROPIEDADES MECÁNICAS BÁSICAS. ................................ 161 TABLA 3.18 PROPIEDADES DEL ACERO. .................................................. 161 TABLA 3.19 CONJUNTO CARGAS - FUERZA. ............................................ 162 XXI TABLA 3.20 PROPIEDADES DE LA SECCIÓN . .......................................... 162 TABLA 3.21 PROPIEDADES DE LA SECCIÓN. ........................................... 162 TABLA 3.22 DESPLAZAMIENTOS. .............................................................. 162 TABLA 3.23 REACCIONES. .......................................................................... 163 TABLA 5.1 COSTOS DE MATERIALES DIRECTOS. ..................................... 186 TABLA 5.2 COSTOS DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ........................... 187 TABLA 5.3 COSTOS DE MAQUINADO. ......................................................... 187 TABLA 5.4 COSTO DIRECTO TOTAL............................................................ 188 TABLA 5.5 COSTOS DE MATERIALES INDIRECTOS. ................................. 189 TABLA 5.6 COSTO TOTAL INDIRECTO. ....................................................... 190 TABLA 5.7 COSTO TOTAL DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA. ................. 190 TABLA 5.8 COSTOS DE MATERIALES DIRECTOS. ..................................... 192 TABLA 5.9 COSTOS DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ........................... 193 TABLA 5.10 COSTOS DE MAQUINADO. ....................................................... 193 TABLA 5.11 COSTO DIRECTO TOTAL.......................................................... 194 TABLA 5.12 COSTOS DE MATERIALES INDIRECTOS. ............................... 195 TABLA 5.13 COSTO TOTAL INDIRECTO. ..................................................... 196 TABLA 5.14 COSTO TOTAL DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA........... 196 TABLA 5.15 COSTO TOTAL DEL PROTOTIPO. ............................................ 196 XXII SIMBOLOGÍA A : área. B : espesor de la viga. c : distancia al eje neutro. C : distancia entre los centros de las poleas. C1 : factor en función del ángulo de abrazamiento y tipo de eje. C2 : resistencia de la banda. C4 : factor en función del largo de cinta. d : diámetro del alambre. D : diámetro del resorte. deje : diámetro del eje. dp : diámetro de paso de la polea menor. Dp : diámetro de paso de la polea mayor. F : fuerza vibratoria en cada soporte. f : factor de servicio de sobrecarga . F1 : tensión máxima en la banda. FA : resistencia a la fatiga para NA ciclos. Fa : carga axial real. FB : resistencia a la fatiga para NB ciclos. Fc : fuerza cortante media. Fpt : fuerza periférica en el eje. Fr : carga radial real. G : módulo de rigidez. h : altura máxima de la viga. H´r : potencia corregida. Ho : momento angular. Hr : potencia nominal. I : momento de inercia. i : relación de velocidades angulares, relación de diámetros. J : momento polar de inercia. k : constante del resorte. XXIII K : elasticidad del sistema. K1 : K2 : peso de los ejes de carga. K3 : peso de los ejes de retorno. K4 : peso a transportar. ka : factor de superficie. kb : factor de tamaño. kc : factor de confiabilidad. kd : factor de temperatura. ke : factor de modificación por concentración de esfuerzos. Kf : factor de efectos diversos. Kfr : factor de reducción de resistencia en el caso de fatiga. Ks : factor de multiplicación del esfuerzo cortante. kt : factor de concentración de esfuerzo, teórico o geométrico. Kv : constante elástica. L : longitud libre del resorte. L10h : duración nominal en horas de servicio. Li : longitud interior de la banda. Lp : longitud de paso (o efectiva) de la banda. m : masa de excéntrica. M : masa del sistema. Mbm : masa del bastidor móvil. peso de la banda. Mmáx : momento máximo. Mt : torque producido por la masa excéntrica. Mtr : momento torsor. n : factor de seguridad. N : número de vueltas o espiras activas. N°veces : número de veces que la cinta debe ser cargada por hora. n1 : velocidad angular del motor. n2 : velocidad angular de la excéntrica. NT : número total de espiras. P : peso. P.P. : peso ponderado. XXIV Pd : potencia de diseño. Pefectiva: potencia efectiva. Pm : potencia motriz necesaria. Pmáx : carga axial máxima. Pmc : potencia del motor de la máquina clasificadora. Pt : potencia del eje motriz. q : sensibilidad a las ranuras o muescas. Q : carga total sobre la viga. r : relación de frecuencias. R : distancia de excentricidad. S´e : límite de resistencia a la fatiga de la muestra de viga rotatoria. Se : límite de resistencia a la fatiga del eje. Sse : límite de fatiga a la cortadura completamente corregida. Ssy : resistencia de fluencia al cortante. Sut : resistencia última a la tracción. Sy : resistencia de fluencia. V : volumen. V14 : volumen de los 14 cangilones llenos de humus. Vtotal : volumen total. w : frecuencia forzada del sistema. W : velocidad angular wn : frecuencia natural del sistema. X : factor radial. X : amplitud de la vibración. Y : factor axial. y : deflexión del resorte. Y : amplitud de la vibración. Zw : módulo de la sección. α : ángulo de inclinación de la banda transportadora. δ : deflexión estática. η : rendimiento. Θs : ángulo de contacto de la banda. ρ : densidad. XXV σadm : esfuerzo admisible de flexión del material. σx : esfuerzo de flexión. ߬ : esfuerzo cortante. ߬ : amplitud de esfuerzo. ߬ெ : esfuerzo medio. ߬ୟୢ୫ ߬௫௬ : esfuerzo cortante máximo. : esfuerzo a torsión. XXVI RESUMEN El proyecto de titulación, contempla el diseño y construcción de una máquina clasificadora y transportadora de humus de lombriz. En la actualidad, es necesario proporcionar un valor agregado a la producción realizada por el pequeño y mediano lombricultor, ya que dentro de su actividad económica, la clasificación del humus es un proceso mediante el cual el producto aumenta su valor comercial. El presente proyecto se encuentra desarrollado en cinco capítulos que contienen: CAPÍTULO 1. Marco Teórico. Resume conceptos y términos utilizados en la lombricultura, así como también datos importantes sobre las ventajas y desventajas, proceso de obtención y cosecha del humus de lombriz ymaquinaria existente para el transporte y clasificación del humus en el Ecuador. CAPÍTULO 2. Requerimientos, parámetros y alternativas de diseño y construcción.La finalidad de efectuar el estudio de campo, es determinar los requerimientos y parámetros en los cuales se basan los diseños de los elementos mecánicos, además presenta el análisis y selección de alternativas, así como también el Protocolo de Pruebas que se realizan al prototipo al finalizar su construcción. CAPÍTULO 3. Diseño del prototipo. Contiene los diseños de los elementos mecánicos y partes que conforman el prototipo. Para desarrollar el diseño de la clasificadora y transportadora de humus de lombriz se contempla sus características, elementos mecánicos y la estructura soportante, basándose en fórmulas y recomendaciones de distintos autores. CAPÍTULO 4. Construcción, montaje y Pruebas de Campo. En la construcción y montaje se detallan procesos de fabricación de cada una de las partes que constituyen la máquina. También se presenta la secuencia de montaje de los elementos componentes para su posterior construcción y las Pruebas de Campo realizadas. XXVII CAPÍTULO 5. Análisis económico del proyecto. Se obtiene el costo total del proyecto, analizando los costos directos e indirectos. Conclusiones y recomendaciones. Las conclusiones y recomendaciones se extraen de las principales observaciones del desarrollo del diseño y construcción de la clasificadora y transportadora de humus de lombriz. XXVIII PRESENTACIÓN El compostaje es una tecnología sencilla y económica para aprovechar toda clase de basura biodegradable: desechos de jardín o cocina, papeles, estiércoles animales, serraduras etc. Con ayuda de microorganismos y/o de lombrices se produce tierra humus de los desechos orgánicos. Se puede aplicar tanto a gran escala (a nivel municipal, empresarial o comunidades pequeñas) como individualmente (cultivadores individuales, en el jardín, en la finca). El compostaje es un proceso biológico en el cual las materias orgánicas se transforman en tierra de humus (abono orgánico) bajo el impacto de microorganismos. De tal manera que sean aseguradas las condiciones necesarias (especialmente temperatura, aireación y humedad), se realiza la fermentación aeróbica de éstas materias. En plantas de compostaje, este proceso natural es optimizado con ayuda de ingeniería. Después del compostaje completo, el producto “la tierra humus” que se llama compost o abono es impecable desde el punto de vista de la higiene y se puede utilizar para la horticultura, agricultura, silvicultura, el mejoramiento del suelo o la arquitectura del paisaje. El compostaje es un método conocido en el Ecuador. A nivel agrícola se han realizado varias experiencias con el compostaje, como es el caso de la Comunidad Tamboloma, ubicada en el Cantón Ambato, Provincia de Tungurahua; la misma que cuenta con la materia prima e instalaciones propias, pero carece de maquinaria tecnificada que optimice la producción de humus de lombriz, por lo tanto, aparece la necesidad de diseñar una máquina para separar y clasificar el humus de contaminantes y materiales extraños, con la finalidad de obtener una alta productividad y un abono orgánico de mejor calidad. 1 CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO 1.1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES. 1.1.1. ABONO ORGÁNICO. Es un producto natural resultante de la descomposición de materiales de origen vegetal, animal o mixto, que tienen la capacidad de mejorar la fertilidad y estructura del suelo, la capacidad de retención de la humedad, activar su capacidad biológica y por ende mejorar la producción y productividad de los cultivos. 1.1.2. HUMUS. Son sustancias de composición química compleja, órgano-mineral, de alto peso molecular, muy estables, de color negro a café oscuro, que se forman durante el proceso de transformación de la materia orgánica. 1.1.3. HUMUS DE LOMBRIZ. Es el producto resultante de la transformación digestiva y metabólica de la materia orgánica, mediante la crianza sistemática de lombrices de tierra, denominada lombricultura, que se utiliza fundamentalmente como mejorador, recuperador o enmienda orgánica de suelos, abono orgánico, germinador, sustrato de crecimiento, entre otros usos. 1.1.4. LECHO O CAMA. Se refiere al sitio designado para la crianza de lombrices y producción de humus de lombriz. 2 1.1.5. MATERIA ORGÁNICA. Consiste en materiales derivados de organismos vivos que, en calidad de residuos orgánicos, se utilizan para alimentar a las lombrices para producir el humus de lombriz o lombricomposta. 1.1.6. MATERIAL EXTRAÑO. Es todo aquel material que se añade o adiciona al producto y que no proviene de la descomposición natural de la materia orgánica procesada. 1.1.7. RESIDUOS ORGÁNICOS. Es aquella materia orgánica en descomposición, que se genera como subproducto y que se utiliza como alimento para las lombrices, por ejemplo: pulpa de café, cachaza de caña de azúcar, desperdicios orgánicos urbanos, restos de alimentos, estiércol de animales, hojarasca, cortes de jardín, etcétera. Se consideran residuos orgánicos para lombricompostaje los siguientes puntos: a) Residuos de la producción agrícola de frutas, hortalizas, legumbres, cereales, forrajes, fibras, aceites comestibles, tabaco, café y otros similares; b) Residuos de agroindustrias de conservas, beneficio de café, deshidratados, congelados, empacadoras, de hongos comestibles, industria azucarera, tequilera; c) Residuos de sistemas pecuarios: estiércol, pelo, plumas, orín; d) Residuos de industrias de preparación y transformación de carnes, pescados, previamente mezclados con materiales vegetales de alta relación carbono/nitrógeno; e) Residuos orgánicos domiciliarios y residuos orgánicos de mercados y supermercados; 3 f) Residuos orgánicos urbanos (de poda, de jardines, de parques y áreas verdes); g) Residuos de la industria maderera que no tenga sustancias toxicas, lacas ni barnices; y h) Lodos de plantas de tratamiento secundario y de aguas servidas (domésticas y agroindustriales). Quedan excluidos como materia prima para la lombricomposta, humus de lombriz, los siguientes residuos: a) Residuos sanitarios; b) Residuos hospitalarios; c) Residuos infecciosos; d) Residuos peligrosos; e) Animales muertos por zoonosis o por enfermedades de alto riesgo; f) Lodos de plantas de tratamiento de aguas de zonas industriales; y g) Aquellos que determinen las autoridades competentes. 1.1.8. CARACTERÍSTICAS DEL HUMUS. El humus es materia orgánica degradada a su último estado de descomposición por efectos de microorganismos, que se encuentra químicamente estabilizada, por lo que regula la dinámica de la nutrición vegetal en el suelo. Es un mejorador de las características físico-químicas del suelo. 4 1.1.9. COMPONENTES DEL HUMUS DE LOMBRIZ. Los componentes del humus de lombriz se explican en la Tabla 1.1: Tabla 1.1 Componentes del Humus de Lombriz. COMPONENTES VALORES MEDIOS Nitrógeno 1.95 - 2.2% Fósforo 0.23 - 1.8% Potasio 1.07 - 1.5% Calcio 2.70 - 4.8% Magnesio 0.3 - 0.81% Hierro disponible 75 mg/l Cobre 89 mg/kg Zinc 125 mg/kg Manganeso 455 mg/kg Boro 57.8 mg/kg Carbono Orgánico 22.53 % C/N 11.55 % Ácidos Húmicos Hongos Levaduras 2.57 g Eq/100g 1500 c/g 10 c/g Fuente: Centro de Investigación y Desarrollo. Lombricultura S.C.I.C Elaboración: Propia. 5 1.1.10. CLASIFICACIÓN DEL PRODUCTO. El humus de lombriz se clasifica en los siguientes grados: · Extra · Primera · Segunda En la Tabla 1.2 se pueden observar los grados de calidad. Tabla 1.2 Grados de calidad para el humus de lombriz ATRIBUTOS EXTRA PRIMERA SEGUNDA Material mineral extraño (% De 0.0 a 1.5% De 1.51 a 3.0% sobre materia seca p/p) De 3.1 a 5.0% Material orgánico no digerido por las lombrices (% sobre materia seca p/p) De 0 3.0% De 6.1 a 10.0% Material inerte (% vidrio, metales, plásticos, etcétera). <0.5% Semillas viables (semillas L-1) ≤1 Lombrices vivas (lombrices <0.2 (una por L-1) cada 5 L) De 3.1 a 6.0% De 0.51 a 1.0% De 1.01 a 1.5% >1 - ≤1.5 >1.5 - ≤2 0.2 (una por cada 5 L) 0.4 (dos por cada 5 L) Fuente: Centro de Investigación y Desarrollo. Lombricultura S.C.I.C Elaboración: Propia. 1 1 Norma Mexicana: NMX-FF-109-SCFI-2007HUMUS 6 1.1.11. GRANULOMETRÍA. La granulometría se refiere a la clasificación por tamaños de las partículas y agregados que conforman el producto y que le confieren propiedades de textura, porosidad y apariencia uniforme reconocibles, pudiendo ser desde polvos finos hasta grumos gruesos, en sus diferentes variantes y rangos de tamaños. Sin que éste parámetro determine el grado de calidad del producto, el grado de finura puede establecerse entre el comprador y el vendedor. El humus de lombriz, aunque provenga y surja de los intestinos de las lombrices y por ello sus turrículos tengan un tamaño original muy pequeño, al cosecharse y procesarse para su venta, sus excretas se disgregan o se agregan de forma variable, pudiendo para su favorable comercialización, hacerse pasar a través de un tamiz (zaranda, cernidor, cedazo, harnero o malla criba), para uniformizar su estructura y retirar las partículas fuera del rango de tamaño. En cualquiera de los grados de calidad del humus, debe señalarse la ejecución o ausencia de éste procedimiento de tamizado, mediante al menos una de las siguientes alternativas. 1.1.11.1. Humus de lombriz rústico. Humus de lombriz rústico o no tamizado, a aquel producto que no haya pasado por ningún tamiz. 1.1.11.2. Humus de lombriz tamizado. Es aquel humus que se obtiene cuando el producto ya ha sido obtenido a partir de un tamizado, debiéndose en este caso, señalar entre paréntesis, la medida en milímetros (mm) de la abertura de malla, antecedido por el signo “<” menor a. Así por ejemplo, se debe señalar: Humus de lombriz tamizado (< 5 mm); Humus de lombriz tamizado (< 7mm). 7 Para el presente documento escrito se establecen los siguientes tamaños de grano: · Grueso, · Medio, y · Fino. 1.1.12. ESPECIFICACIONES SENSORIALES. · En todos los grados de calidad el humus de lombriz debe presentar color característico. · Todos los colores entre el negro a café oscuro. · En todos los grados de calidad el humus de lombriz debe estar libre de olores desagradables. · El olor es a tierra húmeda, ausente de olores pestilentes. 1.2 . VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL HUMUS DE LOMBRIZ. 1.2.1. VENTAJAS. · Se obtienen más ganancias en el cultivo (propósito principal). · Presenta ácidos húmicos y fúlvicos que por su estructura coloidal y granular, mejoran las condiciones del suelo, retiene la humedad y puede incorporarse fácilmente al nivel básico del suelo. · Siembra vida, e inocula grandes cantidades de microorganismos benéficos en el suelo. · Desintoxica los suelos contaminados, los reactiva y los vuelve nuevamente fértiles incrementando la rentabilidad del cultivo. · Contiene bioestimulantes orgánicos que promueven el crecimiento de la planta y acortan los ciclos de producción. · Transforma los nutrientes presentes en el suelo haciéndolos disponibles para las plantas. 8 · Incrementa considerablemente la productividad del cultivo aumentando la cantidad de raíces, de follaje, floración y calidad de sus frutos. · Permite reducir progresivamente las futuras aplicaciones de fertilizantes inorgánicos. · Favorece la acción de la trofobiosis de las plantas (menos controles fitosanitarios). · Optimiza la asimilación de los fertilizantes sólidos, foliares, fungicidas y demás insumos agrícolas potencializando sus efectos. · La industrialización del producto facilita la aplicación y su granulometría la absorción por parte del suelo. 1.2.2. DESVENTAJAS. · El tiempo de cosecha del humus es considerablemente largo entre 8 a 10 meses. · Se deben tener condiciones de humedad, temperatura y pH adecuados. pH (acidez – alcalinidad) óptimo: 6.5 – 7.5 Humedad óptima : 75% Temperatura ideal: 15 – 25 ºC 1.3. PROCESO DE OBTENCIÓN DEL HUMUS DE LOMBRIZ. Las áreas rurales se caracterizan por disponer de grandes cantidades de desechos provenientes de actividades agrícolas, pecuarias y de agroindustria que allí se desarrollan. El estiércol de los animales, la pulpa de café, la paja del arroz, las hojas, los residuos de cocina, los subproductos del procesamiento agroindustrial y demás materiales orgánicos similares, pueden, teóricamente, ser convertidos en energía y abono que retorna a la tierra de donde fue tomado por las plantas. El reciclaje de desechos orgánicos tiene su singular importancia dentro de los esfuerzos por mantener el equilibrio ambiental, comúnmente estos materiales son 9 transportados fuera del sitio de donde provinieron originalmente y/o son eliminados en la basura o quemados, sin embargo deben regresar al suelo que ayudó a generarlos. La lombricultura en los últimos años ha tomado un papel protagónico en la transformación de desechos orgánicos y en la producción de fertilizantes de excelente calidad para ser utilizados en la agricultura. 1.3.1. REQUERIMIENTOS BÁSICOS PARA LA LOMBRICULTURA. · Terreno con buen drenaje, permeabilidad y alejado de árboles como pino, ciprés y eucalipto, perjudiciales por sus resinas o taninos (sustancias altamente antioxidantes) venenosos. · Suficientes desechos vegetales y animales para usar como el alimento de las lombrices. · Disposición de agua que permita humedecer los lechos. 1.3.2. HERRAMIENTAS Y MATERIALES. Las herramientas básicas necesarias son: Carretilla, pala, rastrillo (trinches), azadón y clasificadora de humus. Los materiales son: Bloques, ladrillos, piedra cantera, tablas, estacas, aceite quemado, cal, ceniza y manguera o regadera. 1.3.3. CONSTRUCCIÓN DEL LECHO O CAMA. El lecho se construye sobre el suelo o elevado, a manera de cajonetas, utilizando bloques, ladrillos, tablas y estacas. Las dimensiones pueden ser variables pero se recomienda de 1 a 1,20 metros de ancho, por 10 o 20 metros de largo y 0,40 metros de altura, con separaciones de 0,40 metros entre lechos, con el fin de facilitar el desplazamiento entre ellos (ver fotografía 1.1). 10 Fotografía 1.1 Lecho o cama para el proceso de obtención de humus de lombriz. 1.3.4. TIPOS DE ALIMENTOS O SUSTRATOS. Para alimentar a las lombrices se puede utilizar paja, malezas, residuos de maíz (tusa y cañas), frutas pastos, rastrojos de cultivos cosechados, ceniza, cal, purines, estiércoles, sobras de cocina, papel y desechos de camales. Se deben utilizar como alimentos, materiales locales o que se puedan conseguir fácilmente (ver fotografía 1.2). Fotografía 1.2 Alimentos y sustratos utilizados para el vermicompostaje. 11 1.3.5. COLOCACIÓN DE ALIMENTO Y LOMBRICES EN EL LECHO. Primero se coloca en el lecho el alimento que ha sido pre-descompuesto proveniente de un proceso de compostaje, a continuación se colocan las lombrices, en cantidad de 0.5 kg/m2 de lecho, bien distribuidas. Se recubre con una capa de material vegetal (caña y hojas de maíz u otros cultivos) y se cubre con una capa de ramas para proteger de enemigos como las gallinas. Posteriormente se añade una carretilla de alimento por m 2 de lecho y se debe agregar otra carretilla dependiendo del nivel de consumo. Debe conservar una humedad de 75%y una temperatura de 15 a 18 °C, evitando siempre condiciones extremas, muy secas o muy húmedas, mucho frío o mucho calor, lo que ocasionaría la muerte de las lombrices. La materia obtenida mediante la transformación de residuos orgánicos seleccionados, los mismos que al pasar por el tracto intestinal de la lombriz (Eisenea Foètida) son degradados a su último estado de descomposición; presentando en su contenido una formulación perfectamente balanceada con todos los elementos y microorganismos necesarios para reactivar los procesos biológicos del suelo (ver figura 1.1). Figura 1.1 Proceso de elaboración del humus en el cuerpo de la lombriz. (Fuente: http://www.huertayjardineria.com.ar/lombrices.htm) 12 Luego de un tiempo aproximado entre 6 – 8 meses de manejo constante y varias alimentaciones, se inician los controles respectivos para realizar la cosecha de la cama no antes de comprobar un proceso de humificación, el cual debe ser del 100% (ver fotografías1.3 y 1.4). Fotografía 1.3 Colocación de lombrices en la cama o lecho. Fotografía 1.4 Productos a ser colocados en el lecho o cama. 13 1.3.6. ENEMIGOS DE LA LOMBRIZ Y SU CONTROL. Los principales enemigos de la lombriz son: aves, ranas, sapos, insectos, ciempiés, hormigas, ratas, cerdos, y la lombriz planaria. Como defensa debe construirse un cerramiento al contorno, regar cal y ceniza, untar aceite quemado o grasa en tablas o bases en caso de lombriceros elevados, poner trampas para ratas y una cobertura de ramas o mallas. 1.3.7. RIEGO DE LOS LECHOS. El riego debe ser fino y libre de residuos tóxicos. Se debe regar para mantener el lecho húmedo pero sin encharcar las camas. 1.4. PROCESOS DE COSECHA. 1.4.1. PROCESO DE POST COSECHA. El proceso de post cosecha se inicia igualmente con los controles de pH y % de humedad. Luego de obtener los rangos internacionalmente autorizados y de recibir el análisis de laboratorio del lote correspondiente se continua con el secado bajo techo, la homogenización, el tamizado, control de peso y empaque del producto en sus diferentes presentaciones. 1.4.2. PROCESO DE COSECHA. La cosecha puede realizarse dos veces por año. Después de 4 ó 6 meses de la primera siembra, la separación de la lombriz del humus se lo hace realizando los siguientes pasos: a) Preparar nuevos lechos, antes de la cosecha del humus. b) Retirar el alimento que no haya sido consumido c) Trasladarlo a los nuevos lechos. 14 d) Abrir un canal en el centro del lecho para separar las lombrices del humus. e) Colocar nuevo alimento. f) Las lombrices van a buscar el nuevo alimento. g) Retirar después de 3 o 4 días, el nuevo alimento del centro del lecho con las lombrices incluidas. h) El humus se tamiza y se lo pone a secar a la sombra. La cosecha del Lombricomposta (Humus) se pueden hacerla dependiendo de la velocidad de descomposición del sustrato y para lo cual se puede optar por uno de los siguientes métodos: · Proceso Manual y · Proceso Mecánico 1.4.2.1. Proceso Manual. Cuando el sustrato llega a la altura máxima de la cama, se suspende la alimentación y el riego por una semana, para obligar a las lombrices a consumir todo el material que no se ha transformado. Cumplido este tiempo, se extiende una malla plástica o costales con materia orgánica sobre la cama y sobre ella se suministra alimento de nuevo; una semana después se retira la malla con la capa superior donde ha subido la lombriz. Se retrasa la alimentación por lo menos 4 días, luego se ofrece alimento en cantidad normal, en una capa de 6 a 8 cm, con lo cual la lombriz se concentra en la superficie. Al cabo de 2 ó 3 días, una vez poblada la superficie se procede a retirarlas manualmente. (Ver fotografía 1.5) Pasados 3 o cuatro días y pendientes que el sustrato no disminuya de la trampa, se procede a hacer la extracción de lombrices ya sea para inocular otras camas, para la venta o para el alimento de animales. 15 Fotografía 1.5 Trampa de cosecha para lombrices. Una vez que el humus está listo (entre los 3 y 4 meses) se procede a hacer el cernido. Al ser un proceso manual se puede extraer las lombrices que estén allí e irlas depositando en un recipiente para cualquiera de los usos arriba escritos. Además se recomienda un cernidor con malla de entre 0.4 a 0.8 mm de diámetro con el fin de otorgar una granulometría adecuada a humus; de manera que al ser añadido a los cultivos este se consume de forma más racional, siendo de mayor provecho para las plantas. El lombricultor debe tener la virtud de la paciencia para realizar el procedimiento anterior, de lo contrario al seguir realizando el cernido tras cernido las lombrices empiezan a colgar de la malla cernidora. Esto hace que se sacrifiquen mayor cantidad de lombrices. En la etapa de expansión no es muy recomendado el sacrificio de lombrices, ya que estas son necesarias para la siembra de otras cunas, camas, literas o eras. (Ver fotografía 1.6) 16 Fotografía 1.6 Proceso de cernido manual con el que se logra la separación de las lombrices y la separación del humus. 1.4.2.2.Proceso Mecánico. Para el lombricultor que posee maquinaria el proceso consiste en tomar el lecho completo compuesto por lombrices adultas, jóvenes y pequeñas, y cápsulas dentro del sustrato y hacerlo pasar por la máquina separadora, con las cribas adecuadas accionando su mecanismo, y obtener la separación de las lombrices del humus y de la parte de alimento no procesado. El uso de la máquina es aconsejable cuando el lombricultor pretende destinar la totalidad de las lombrices adultas extraídas a la demanda de los pescadores o a la demanda de carne en general. Por el contrario, su uso está totalmente desaconsejado en aquellos casos en que se quieran utilizar las lombrices recogidas para poblar nuevos lechos. Las clasificadoras de humus, tanto la rotante como la vibratoria, producen lesiones en las lombrices en un 50 % y en un 35 % de los casos, respectivamente. 17 Las lombrices heridas que son colocadas de nuevo en los lechos, mueren. Lo cual implica la disminución drástica de la población de lombrices en los mismos porcentajes anteriores. Por otra parte, no hay que olvidar que la lombriz roja debe ser trasladada junto con el sustrato, si se quiere que no sufra ningún accidente irreversible y que siga acoplándose y produciendo humus regularmente. En la fotografía 1.7 se observa una máquina separadora de humus Fotografía 1.7 Máquina separadora de humus. En la figura 1.8 se observa el humus clasificado listo para la venta. Fotografía 1.8 Humus de lombriz listo para la venta. 18 1.5. MAQUINARIA EXISTENTE PARA EL TRANSPORTE Y CLASIFICACIÓN DEL HUMUS. 1.5.1. MÁQUINA MINHOBOX DE MOVIMIENTO VIBRATORIO. El Tamiz Humus es un implemento motorizado, de movimiento oscilatorio, usado en la lombricultura para el beneficio del humus y separación de lombrices. (Figura 1.2) Economiza servicios Rápida y práctica, el Tamiz Humus sustituye los tamices manuales, reduciendo tiempo de servicios y disminuyendo esfuerzos en las operaciones de tamización del humus: un único operador beneficia una tonelada de humus en sólo una hora. Permite el manejo Al contrario de los tamices cilíndricos giratorios, el Tamiz Humus permite el manejo y acceso al humus con la máquina en funcionamiento. El operador puede recoger lombrices restantes, desintegrar gránulos mayores de humus y sacar residuos durante la tamización. Facilita el embalaje El Tamiz Humus tiene salida para el humus y escape direccionado para los residuos permitiendo recibirlos en recipientes o ensacarlos directamente. Es bastante económica Movida por un motor de baja potencia, el Tamiz Humus beneficia grandes cantidades de humus consumiendo poca energía eléctrica. Tamiz en tres granulaciones El Tamiz Humus retiene residuos de tres granulaciones a través de dos cuadros superpuestos con mallas diferentes. Esto posibilita la obtención de tres productos con diversas calidades para que sean comercializados con precios diferenciados. 19 No maltrata las lombrices La malla del Tamiz Humus es confeccionada en chapa perforada espesa con orificios circulares y, por esto, al contrario de tamices convencionales fabricados con telas, no provoca lesiones a las lombrices eventualmente mezcladas en el humus. Figura 1.2 Máquina Tamiz Humus. Empresa Brasileña MINHOBOX. (Fuente: http://www.minhobox.com) 1.5.2. MÁQUINA ROTATIVA SEPARADORA DE HUMUS Y LOMBRICES La máquina rotativa o Separadores de Humus y Lombrices, por sus características de diseño, la variedad de modelos para sus necesidades, su construcción totalmente en aluminio marino, con un peso mucho menor y sin problemas de corrosión, son muy aceptados en el mercado mundial. (Figura 1.3) Los composteadores rotativos son muy útiles para: Municipios, actividades agropecuarias, empacadores de alimentos, jardinería, viverismo, inversionistas, defensa del medio ambiente Servicios que brindan los composteadores rotativos: Permite compostear, casi todos los desechos orgánicos: · Basura orgánica de las ciudades. 20 · Restos de cosechas. · Desechos de empacadoras de alimentos. · Cortes de jardinería. · Desperdicios de alimentos y comidas. · Excrementos de animales. · Vísceras de ganado muerto. · Lodos cloacales, Todos estos y más, en pocos días éstos se convierten en una excelente y redituable composta, buena como abono orgánico. Algunas características de los composteadores · Alta calidad en diseño y construcción. · Diseño octogonal, hace mucho mejor el composteo que los cilíndricos. · Fácil instalación y manejo. · Construido con aluminio marino anticorrosivo. · El interior está fabricado con acero inoxidable. · Altamente eficaz en tiempo y calidad. · Modelos de: 0.68 m3; 5.72 m3; y, 11.45 m3. Figura 1.3 Máquina Composteadora. Empresa MexicanaJET COMPOST PRODUCTS™. (Fuente: http://www.jetcompost.com) 21 CAPÍTULO II REQUERIMIENTOS, PARÁMETROS Y ALTERNATIVAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN. 2.1. ESTUDIO DE CAMPO. Es importante conocer con detalle cada una de las actividades desarrolladas para el proceso de clasificación del humus de lombriz, que permita implantar un proceso técnico para optimizar los recursos y el tiempo dedicado a esta actividad. El compostaje es una tecnología sencilla y económica para aprovechar toda clase de basura biodegradable: desechos de jardín o cocina, papeles, estiércoles animales, serraduras etc. Con ayuda de microorganismos y/o de lombrices se produce tierra humus de los desechos orgánicos. Se puede aplicar tanto a gran escala (a nivel municipal o empresarial) como individualmente (en el jardín, en la finca). El compostaje se recomienda a cada municipalidad y también a comunidades pequeñas, cultivadores individuales y empresas agrícolas. Por cuyo motivo se presenta la necesidad de implementar una máquina transportadora y clasificadora de humus con la cual se tecnifique el proceso de acuerdo a las necesidades del cliente. Por obvias razones el trabajo de campo para observar de manera práctica los métodos utilizados en el desarrollo de esta actividad, se realiza en la provincia de Tungurahua en el Cantón Ambato, Comunidad Tamboloma. En la figura 2.1 y figura 2.2 se ilustra la ubicación geográfica de la provincia de Tungurahua y del Cantón Ambato respectivamente. 22 Figura 2.1 Ubicación geográfica de la provincia de Tungurahua dentro de la República del Ecuador. (Fuente: http://recorrecuador.com/images/mapa_politico-del-ecuador.jpg) Figura 2.2 Ubicación geográfica del Cantón Ambato en la provincia de Tungurahua (Fuente: http://www.codeso.com/PDA-Pilahuin/Mapa-Tungurahua-Cantones.html). 23 TRABAJO DE CAMPO N° 1 Provincia: Tungurahua Cantón: Ambato Comunidad: Tamboloma. Temperatura promedio: 15 °C Humedad relativa: 88% Variedad de abono en producción: Vermicompost – lombriz roja californiana Número de cosechas al año: 18 a 20 camas por año Número de lechos o camas: 20 Método de clasificado utilizado: Proceso manual Participantes: Director y ejecutores del proyecto En la fotografía 2.1, 2.2, 2.3 y 2.4 se muestra la visita realizada a la Comunidad de Tamboloma en el Cantón Ambato, Provincia de Tungurahua. Fotografía 2.1 Visita Comunidad Tamboloma (Ambato –Tungurahua) 24 Fotografía 2.2 Camas del Proyecto de lombricultura de la Comunidad Tamboloma. Fotografía 2.3 Distribución de los lechos del Proyecto de lombricultura de la Comunidad Tamboloma. 25 Fotografía 2.4 Cama de lombricomposta de 8 meses. Comunidad Tamboloma. 26 2.2. REQUERIMIENTOS Y PARÁMETROS DE DISEÑO. 2.2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. La agricultura es una actividad principal del Ecuador, pero tiene el problema del uso de abonos químicos con daños a la salud de los consumidores. En la actualidad para un mejor trato del medio ambiente el humus de lombriz o “vermicompost” se ha convertido en un abono que no perjudica la salud, la clasificación de humus de lombriz se la realiza de una manera rudimentaria y los pequeños y medianos productores no pueden expandir su negocio. Es necesario diseñar y construir una máquina para transportar y clasificar el humus de lombriz para un abono orgánico de mejor calidad. 2.2.2. RESTRICCIONES Y LIMITACIONES. A pesar de que el diseño proporciona las mejores condiciones de funcionamiento y operabilidad, existen restricciones y limitaciones que se establecen a continuación: Ø El diseño de cada componente de la transportadora y clasificadora de humus de lombriz debe adaptarse a las condiciones tecnológicas del país en lo que respecta a disponibilidad de materia prima, elementos normalizados, procesos de fabricación y normas. Ø El equipo a diseñar debe clasificar el humus de lombriz en tres tamaños de grano: grueso, medio y fino. Ø La capacidad de la máquina transportadora y clasificadora de humus de lombriz es de 1500 Kg/h. Ø La velocidad de avance para la máquina transportadora y clasificadora de humus de lombriz debe ser la adecuada, para que permita una clasificación óptima del producto. Ø El equipo debe ser accionado por fuente eléctrica, ya que se desea evitar la contaminación ambiental. 27 2.2.3. ESPECIFICACIONES. Las especificaciones de la transportadora y clasificadora de humus de lombriz, se determinan en base al estudio e campo realizado. 2.2.3.1. Parámetros de diseño. Para determinar los parámetros de diseño se parte de las necesidades de los lombricultores de la Comunidad de Tamboloma; los mismos que requieren de una transportadora y clasificadora de humus para una capacidad de 1500Kg/h. · Capacidad de la transportadora y clasificadora de humus: 1500 kg/h. (Se encuentran los tres tamaños de grano: grueso, medio y fino). · Granulometría del humus a obtener: grueso, medio y fino. · Tipo de Accionamiento: mediante motor eléctrico. · Lugar de trabajo: Zona Rural. 2.2.3.2. Parámetros Funcionales. Un adecuado diseño debe satisfacer los requerimientos funcionales, es decir, la máquina clasificadora y transportadora de humus debe cumplir la función para la cual es diseñada. Entre los principales requerimientos funcionales se tiene: · La transportadora y clasificadora de humus debe trabajar de forma continua hasta obtener la capacidad requerida. · La máquina transportadora y clasificadora de humus debe ser de fácil operación, montaje, desmontaje y que el mantenimiento de las partes pueda realizarse con comodidad y agilidad. · Las dimensiones de la máquina transportadora y clasificadora de humus en conjunto no deben superar los 6000 mm de largo, 2000mm de ancho y 3000 mm de altura. Parámetro obtenido de los lombricultores debido a la disposición limitada de espacio. 28 2.2.3.3. Ambiente de Trabajo. El ambiente de trabajo es el medio donde va a funcionar la máquina transportadora y clasificadora de humus de lombriz. Los principales factores a tener en cuenta se detallan a continuación: 2.2.3.3.1. Temperatura y Humedad Relativa. La altura no debe exceder de 3,200 m.s.n.m. y las precipitaciones pluviales no debe ser mayores de 3,500 mm anuales, la temperatura adecuada es la de climas templados, éstas varían de 15 a 25 ºC y una humedad relativa entre el rango del 92 al 96%. 2.2.3.3.2. Grado de Instrucción del Operador. No se necesita experiencia ni personal técnico calificado. Mínimo primaria. 2.2.3.3.3. Grado de Contaminación. Ninguno. 2.2.3.4. Vida Útil. La máquina debe tener una vida útil mínima de 5 años, va a trabajar 8 horas diarias y el número de ciclos que debe soportar la máquina sin fallar, debe ser mayor a 106, por lo que se realizan los cálculos de ciertos elementos a falla por fatiga. 2.2.3.5. Materiales. Se considera el uso de materiales que sean de fácil adquisición en el país y permitan un funcionamiento adecuado de la máquina. 2.2.3.6. Procesos. Solamente se utilizan procesos de fabricación convencionales; como son: torneado, taladrado, fresado, soldadura y pintura, para el fácil acceso o fabricación de los elementos a sustituir según fuese el caso. 29 2.3. PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS A continuación se describen las alternativas que se consideran importantes, para posteriormente elegir aquella que satisfaga las necesidades antes mencionadas. 2.3.1. ALTERNATIVA I: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS POR MOVIMIENTO ROTATIVO 2.3.1.1. Descripción. Consiste en un sistema cilíndrico con movimiento rotatorio, accionado por un motor eléctrico. El sistema posee dos grados de tamices correspondientes a la calidad de humus. Los cuales están dispuestos uno a continuación de otro. Dicho cilindro está montado sobre una mesa estructural. Tiene una inclinación de 5º±1o, lo que permite que el material fluya a través de los dos grados de tamices, y el material sobrante se dirija hacia la parte final del cilindro permitiendo su salida a través de la base. El material a tamizar ingresa por el ducto superior. 2.3.1.2. Ventajas. · Capacidad para tamizar grandes cantidades. · Tamizado uniforme. · Al realizar el tamizado, también efectúa una mescla continua del material ingresado. 2.3.1.3. · Fácil limpieza y mantenimiento. · Reduce el tiempo de trabajo y disminuye esfuerzos del operario. Desventajas. · La necesidad de un reductor de velocidad. · Maltrato de las lombrices eventualmente mezcladas. 30 · Costo elevado debido al uso de un reductor de velocidad. · Alta complejidad de fabricación. · El operador no puede recoger lombrices restantes osacar residuos durante el tamizado. En la figura 2.3 se ilustra la alternativa I. Fig. 2.3 Alternativa I: Transportadora y Clasificadora de Humus por Movimiento Rotativo. 31 32 2.3.2. ALTERNATIVA II: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS POR MOVIMIENTO VIBRATORIO 2.3.2.1. Descripción. Esta máquina permite la separación de humus por medio de un movimiento vibratorio, el cual es efectuado por una masa excéntrica accionada por un motor eléctrico y un conjunto de resortes. El movimiento generado por la masa excéntrica es transmitido a la unidad tamizadora la cual está conformada por dos tamices de diferente grado uno a continuación del otro. Esta a su vez esta tiene una inclinación (4o±1o) permitiendo que el material a tamizar fluya a lo largo de los diferentes grados de tamices; llevándolo hacia la parte de recolección. 2.3.2.2. Ventajas. · Reduce el tiempo de trabajo y disminuye esfuerzos del operario · No lesiona a las lombrices que no han podido ser separadas del humus · El operador puede recoger lombrices restantes, desintegrar gránulos mayores de humus y sacar residuos durante el funcionamiento · Menor complejidad de fabricación · Fácil limpieza y mantenimiento · Los residuos acumulados durante el tamizado pueden ser fácilmente removidos 2.3.2.3. Desventajas. · Generación de ruido por su movimiento vibratorio característico. · Requiere de una estructura que compense el movimiento vibratorio · Dificultad en el traslado de la máquina debido al peso de la estructura En la figura 2.4 se ilustra la alternativa II. Fig. 2.4 Alternativa II: Transportadora y Clasificadora de Humus por Movimiento Vibratorio. 33 34 2.3.3. ALTERNATIVA III: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS POR MOVIMIENTO ALTERNATIVO. 2.3.3.1. Descripción. Este sistema de separación de humus es accionado por un motor eléctrico que transmite su movimiento a un mecanismo, el cual lo transforma a un movimiento alternativo longitudinal conectado a un conjunto de tamices de diferente grado dispuestos uno sobre otro, los cuales se encuentran levemente inclinados (5 o±1o) permitiendo la separación del humus además de dirigirlo hacia un sistema de recolección. 2.3.3.2. Ventajas. · Reduce el tiempo de trabajo y disminuye esfuerzos del operario · No provoca lesiones a las lombrices eventualmente mezcladas al humus. · Los residuos acumulados durante el tamizado pueden ser fácilmente removidos 2.3.3.3. Desventajas. · Mayor complejidad en la fabricación de los diferentes elementos que constituyen la máquina · Mayor costo de fabricación · Mayor peso · Gran cantidad de piezas y elementos En la figura 2.5 se ilustra la alternativa III. Fig. 2.5 Alternativa III: Transportadora y Clasificadora de Humus por Movimiento Alternativo. 35 36 2.4. EVALUACIÓN DE SOLUCIONES Para la selección de una de las tres alternativas se consideran los criterios de valoración que más influencia presentan en el diseño, los mismos que se describen a continuación: 2.4.1. COSTO Es un parámetro fundamental que afecta en el diseño y construcción. 2.4.2. COMPLEJIDAD DE LA MÁQUINA Baja o media complejidad de la máquina, debido a que influye en el proceso de construcción. Piezas capaces de ser construidas con tecnología nacional; su ensamblaje no necesita de herramienta especial ni de mano de obra altamente calificada, con lo que se disminuyen los costos. 2.4.3. MANTENIMIENTO De esto depende el buen funcionamiento del equipo, ahorro económico, utilización de personal no especializado y sobre todo durabilidad, ya que la máquina va a estar ubicada en el campo donde no existe un rápido acceso a repuestos y personal técnico. 2.4.4. FLUJO DE HUMUS La máquina debe estar en la capacidad de recolectar 1500kg/h, por lo que los elementos y las dimensiones entre las diferentes alternativas varían. 2.4.5. PESO El peso debe ser moderado, no se necesita una máquina demasiado robusta. 37 2.4.6. SISTEMA DE CLASIFICACIÓN Los criterios de comparación más importantes y determinantes con los cuales se valoran las alternativas planteadas anteriormente, se indican en la tabla 2.1. Tabla 2.1 Criterios de comparación y códigos de equivalencia. CRITERIO DE COMPARACIÓN CODIGO DE EQUIVALENCIA Costo. Económica Normal Costosa 10 – 8 7–4 3–1 Complejidad de la máquina. Fácil Normal Difícil Mantenimiento. Fácil Normal Difícil Flujo de humus. Rápido Normal Lento Peso. Liviana Normal Pesada Fuente: Propia. Elaboración: Propia. Se asigna un puntaje a cada factor antes mencionado por medio de una matriz de perfil competitivo (MPC). La matriz de perfil competitivo identifica a los principales sistemas a ser seleccionados. La calificación es del 1 al 10 de acuerdo a las características de los factores mencionados; la alternativa seleccionada es aquella que, reúna el mayor puntaje luego de realizarla evaluación. 2.5. RESULTADOS. A continuación, se evalúan los factores antes señalados y se proporciona el puntaje respectivo para cada alternativa. Aquella que obtenga el más alto puntaje es la alternativa seleccionada. En la tabla 2.2 se muestra el cuadro de selección de las diferentes alternativas, con los criterios previamente definidos mediante una matriz de perfil competitivo (MPC). 38 Tabla 2.2 Cuadro de selección de las clasificadoras de humus con criterios previamente definidos según (MPC). Alternativa Alternativa Alternativa 1 2 3 Calif. P. P. Calif. P. P. Calif. P. P. FACTOR P. Costo. Complejidad de la máquina. Mantenimiento. 20 1 20 4 80 2 40 20 3 60 7 140 5 100 10 6 60 9 90 8 80 Flujo de humus. 30 8 240 10 300 7 210 Peso. 20 7 140 7 140 7 140 TOTAL 100 25 520 37 750 29 570 Índice Porcentual 52% 75% 57% Orden de Selección 3 1 2 Fuente: Propia. Elaboración: Propia. Donde: P : peso P.P: peso ponderado. 2.6. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA. La tabla 2.2 determina que la alternativa número 2: transportadora y clasificadora de humus por movimiento vibratorio, tiene mayor puntaje que las otras, por lo que, resulta la más adecuada para su diseño y construcción. Siendo esta alternativa la de mayor ponderación y en base a la cual se va a regir el diseño y sus respectivos cálculos, en conjunto con las especificaciones y parámetros ya establecidos anteriormente. 39 2.7. PROTOCOLO DE PRUEBAS. Una vez que se construya la máquina transportadora y clasificadora de humus de lombriz se debe realizar una serie de pruebas que verifiquen su funcionamiento. Estas pruebas se detallan en un Protocolo de Pruebas que verifica los siguientes aspectos: · Control de dimensiones. · Pruebas de funcionamiento en vacío. · Prueba de funcionamiento con carga. · Capacidad. · Velocidad de clasificado. · Inspección visual de juntas empernadas y soldadas. 2.7.1. VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES. Realizar las mediciones necesarias en la máquina transportadora y clasificadora de humus de lombriz construida para comparar con las dimensiones de la clasificadora diseñada. En la tabla 2.3 se muestra la verificación de las dimensiones principales. Tabla 2.3 Verificación de las dimensiones principales. DIMENSIONES PRINCIPALES DIMENSIONES[mm] Largo total Ancho total Altura total Fuente: Propia. Elaboración: Propia. Diseño Prototipo Aceptación SI NO 40 2.7.2. VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES. Se debe verificar varios componentes, como se muestra en la tabla 2.4, que por su importancia en el funcionamiento, requieren ser probados antes de iniciar el trabajo. Tabla 2.4 Verificación de los componentes principales. VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES FUNCIONAMIENTO ELEMENTO Bueno Regular Malo Motor eléctrico. Reductor de velocidades. Tamices. Banda transportadora. Fuente: Propia. Elaboración: Propia. 2.7.3. TRABAJO EN VACÍO DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. En ésta prueba se verifica el normal funcionamiento de la máquina transportadora y clasificadora de humus de lombriz sin carga, es decir sin humus de lombriz. En la tabla 2.5 se muestra el trabajo realizado en vacío de la clasificadora. Tabla 2.5 Trabajo en vacío de la clasificadora. Tiempo [min] 10 20 30 40 50 60 Motor Eléctrico Falla Fuente: Propia. Elaboración: Propia. No Falla Reductor de Velocidades Falla No Falla Tamices Falla No Falla Banda Transportadora Falla No Falla 41 2.7.4. TRABAJO CON CARGA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. En ésta prueba se verifica la capacidad y calidad del transportado y clasificado de la máquina. En la tabla 2.6 se muestra el trabajo realizado por la clasificadora con carga. Tabla 2.6 Trabajo con carga de la clasificadora. Tiempo [min] 10 20 30 40 50 60 Fuente: Propia. Elaboración: Propia. CLASIFICADO DEL HUMUS DE LOMBRIZ Velocidad de clasificado Capacidad de clasificado [Kg] Buena Mala 42 CAPÍTULO III DISEÑO DEL PROTOTIPO 3.1. CÁLCULOS Y DISEÑO PARA LOS ELEMENTOS DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ 3.1.1. ANÁLISIS VIBRATORIO Para el análisis vibratorio se parte del diagrama de cuerpo libre representado en la figura 3.1. Figura3.1 Análisis vibratorio Donde: M: masa del sistema m: masa de excéntrica k : elasticidad del sistema r: radio de excentricidad Fc: Fuerza centrífuga 43 Cualquier sistema que tiene elasticidad y masa puede oscilar, por lo tanto se tiene un sistema vibrante que además es forzado por que al girar la masa excéntrica (m) a una velocidad angular constante, produce una fuerza centrífuga que es la que mantiene las vibraciones permanentemente. 3.1.2. ANÁLISIS DE LA FUERZA VIBRATORIA VERTICAL Para esto se parte del supuesto que existe una ligadura que impide el movimiento lateral. Figura 3.2. Figura3.2 Análisis vibratorio vertical 3.1.2.1. Diagrama de Cuerpo Libre. Figura 3.3 Diagrama De Cuerpo Libre Análisis Vibratorio Vertical. Aplicando la segunda ley de Newton al sistema se obtiene la ecuación de movimiento (Ver figura 3.3). 44 [Ec. 3.1] σ ܨ௬ ൌ ܯ ܽ ܨ௬ െ ݇௬ ൌ ݕܯሷ ݕܯሷ ݇௬ ൌ ܨ௬ Sustituyendo el valor de Fcy en la ecuación y realizando los respectivos cálculos matemáticos se tiene: ݕሷ ݓଶ ݕൌ La solución de ésta ecuación es: Donde: ௪ మ ܴ ெ ܻ ൌ ݓݏܿܣ ݐ ݓ݊݁ݏܤ ݐ ܵ݁݊ݐݓ ௪ మ ோ ெ ௌ௪௧ మ ି௪ మ ௪ [Ec. 3.2] [Ec. 3.3] Y: amplitud de la vibración. wn: frecuencia natural del sistema. w : frecuencia forzada del sistema. M: masa del sistema. m: masa excéntrica vibratoria. R: distancia de excentricidad. Analizando la ecuación se observa que el movimiento se compone de vibraciones libres que corresponde a los dos primeros términos y de vibraciones forzadas que corresponde al tercer término. El movimiento total es una superposición de las dos vibraciones, pero debido al amortiguamiento de los resortes, las vibraciones libres desaparecen con los primeros ciclos quedando las vibraciones de régimen permanente. Por lo que únicamente se analiza las vibraciones forzadas, ya que son las que se mantienen en el tiempo. La ecuación del movimiento se reduce a: 45 ܻൌ మ ோ ெ ௌ௪௧ ଵି మ [Ec. 3.4] Donde: Y: amplitud de la vibración. R: relación de frecuencias w/wn. M: masa del sistema. m: masa excéntrica vibratoria. R: distancia de excentricidad. Con ésta expresión se puede controlar los valores que permitan obtener una amplitud vertical adecuada. 3.1.3. ANÁLISIS DE LA FUERZA VIBRATORIA HORIZONTAL. De igual manera para este caso se supone que existe una ligadura que impide el movimiento horizontal (Ver figura 3.4). Figura 3.4 Análisis vibratorio horizontal 46 3.1.3.1. Diagrama de Cuerpo Libre. Figura 3.5 Diagrama de cuerpo libre del análisis vibratorio horizontal. Aplicando la segunda ley de Newton al sistema se obtiene la ecuación de movimiento (Ver figura 3.5). ȭ୶ ൌ ܯ ܽ ܨ௫ െ ݇௫ ൌ ݔܯሷ ݔܯሷ ݇௫ ൌ ܨ௫ Sustituyendo el valor de Fcx en la ecuación y realizando los respectivos cálculos matemáticos se tiene: ݔሷ ݓଶ ݔൌ La solución de ésta ecuación es: Donde: ௪ మ ܴ ெ ܺ ൌ ݓݏܿܣ ݐ ݓ݊݁ݏܤ ݐ X: amplitud de la vibración. Wn: frecuencia natural del sistema. w: frecuencia forzada del sistema. M: masa del sistema. [Ec. 3.5] ݐݓݏܥ ௪ మ ோ ெ ௦௪௧ ௪మ ି௪ మ [Ec. 3.6] 47 m: masa excéntrica vibratoria. R: distancia de excentricidad. Con ésta expresión se determina el desplazamiento que tiene la máquina en la dirección horizontal. Esto sirve para poder determinar el esfuerzo al que está sometido el resorte en esta dirección (Ec. 3.6). 3.1.4. CÁLCULO PARA EL DISEÑO DEL BASTIDOR MÓVIL En función de los parámetros funcionales antes mencionados, se calcula el peso de la máquina en base a las dimensiones propuestas inicialmente. (Ver figura 3.6) MATERIAL: Lámina de acero: A-36 de 3 mm de espesor. DIMENSIONES: Ancho: 702.9 mm Largo: 1628 mm Alto: 295 mm Figura 3.6 Diseño del Bastidor Móvil 48 En base a estas dimensiones y considerando el material a utilizar se determina que la masa es de 80kg en donde ya se incluye el peso del humus, peso de los soportes, motor, mallas y demás elementos de sujeción. 3.1.5. CÁLCULO PARA EL DISEÑO DE LA MASA EXCÉNTRICA Y RADIO DE GIRO (EXCENTRICIDAD). Se parte de la fórmula que define el movimiento vertical obtenido en el análisis de la vibración vertical. ܻൌ మ ோ ெ ௌ௪௧ ଵି మ [Ec. 3.7] En ésta ecuación se despeja el producto m*R: ܴ݉ ൌ Donde: ெ್ ሺଵି మ ሻ మ ௌሺ௪௧ሻ [Ec. 3.8] Y : amplitud de vibración[cm] Mbm : masa del bastidor móvil [kg] m : masa excéntrica [kg] R : distancia de excentricidad[cm] r : relación de frecuencias w/wn NOTA: 3.1.5.1. ܵ݁݊ሺݐݓሻ ൌ േͳǢ ݐݓ݀݊ܽݑܿ݉݅ݔ݉ݎ݈ܽݒൌ ͻͲι ʹݕͲι Consideraciones para el diseño de la masa excéntrica Para obtener una geometría adecuada y funcional del sistema de transmisión se parte de las siguientes consideraciones: 49 Fuente de energía: motor eléctrico con una velocidad angular de 1750rpm Poleas de transmisión: Tamaños mínimos estandarizados. Velocidad angular transmitida al eje: 1000rpm ݓൌ ͳͲͲͲ ݉ݎൌ ͳͲͶǡ ݀ܽݎ ݏ En base a la ecuación que se tiene en el análisis vibratorio de la amplitud en sentido vertical (ec. 3.4), se comienza a realizar los respectivos cálculos. ܻൌ ݉ ݎଶ ܴ ܵ݁݊ݐݓ ܯ ͳ െ ݎଶ ܻ ݉ ܵ݁݊ݐݓ ݎଶ ൌ൬ ൰ ͳ െ ݎଶ ܴ ܯ En ésta ecuación adimensional se toma como constantes los valores de m, Mbm, R y Sen(wt). Y resulta la siguiente expresión: ܻൌ Donde: ݎǣ ݏܽ݅ܿ݊݁ݑܿ݁ݎ݂݁݀݊×݈݅ܿܽ݁ݎ మ [Ec. 3.9] ଵି మ ݓ ݓ Con ésta expresión se realiza el correspondiente gráfico, representado en la figura 3.7. 30 25 ܻൌ ሺௐΤௐ ሻమ ଵିሺௐΤௐ ሻమ 20 15 10 5 0 0 0,5 1 1,5 2 Figura 3.7 Relación de Frecuencias 2,5 3 ݓȀݓ 50 Mediante éste gráfico se determina la relación que debe existir entre w/wn para que el sistema de vibración se mantenga con un valor de amplitud vibratoria estable. Para éste caso se toma un valor de 2.8, por lo tanto: ݓ ൌ ʹǡͺ ݓ Donde la frecuencia natural del sistema es: ݓ ൌ ට [Ec. 3.10] ெ್ Despejando y reemplazando se tiene: ݇ ൌ ܯ ݓ כ ଶ Donde: ݇ൌ ܯ ݓ כଶ ͳ כ ʹǡͺଶ ͻͺͲ Mbm: masa del bastidor móvil = 80[kg] w: frecuencia forzada (velocidad angular) = 104,7[rad/s] kv: constante elástica [kgf/cm] g: gravedad = 980 [cm/s2] ݇௩ ൌ ͳͳͶǡͳͶሾ݂݇݃Ȁܿ݉ሿ Con éste valor se calcula la deflexión estática debido al peso de la máquina: ߜൌ ெ್ ೡ [Ec. 3.11] 51 Donde: ߜǣ deflexión estática. Mbm: masa del bastidor móvil = 80 [kgf] Kv: constante elástica en sentido vertical = 114,14 ቂ ቃǤ Remplazando los valores en la ec. 3.11 se tiene: ߜ ൌ Ͳǡሾܿ݉ሿ ൌ ሾ݉݉ሿ Dado que la amplitud máxima es de 10 mm (valor impuesto), la amplitud total es (ver figura 3.8): ܻ ൌ ݕ௦௧௩ ݕ௧௩ ݕ௦௧௩ ൌ ݕ௧௩ ൌ ͷ݉݉ Figura 3. 8 Distintas Posiciones De Amplitud Para Resortes. Debido a que la deflexión estática siempre es mayor que la amplitud máxima(ߜ )ݕ,el resorte siempre va a estar trabajando a compresión, lo que asegura que las consideraciones se adecuan al modelo planteado. Ahora se procede a calcular el producto de la masa excéntrica por su excentricidad. ܻൌ ݉ ݎଶ ܴ ͳ ܯ ͳ െ ݎଶ ܴ݉ ൌ ܻ ܯ ሺͳ െ ݎଶ ሻ ݎଶ 52 Donde: Y: amplitud de vibración=0.5 [cm] (valor impuesto) Mbm: masa del bastidor móvil=80 [kg] m: masa excéntrica [kg] R: distancia de excentricidad [cm] r: relación de frecuencias= w/wn =2,8 m*R=35 [kg*cm] Con éste valor se crea una tabla en donde se pueda iterar valores que permitan seleccionar las dimensiones más adecuadas de la masa excéntrica. Se establecen los siguientes valores y parámetros (ver Tabla 3.1): · Geometría de la masa excéntrica: cilíndrica · Material: acero (ɏ ൌ ͺͷͲሾȀଷ ሿ) · Diámetro: 150mm Tabla 3.1 Iteración de valores y selección de las dimensiones más adecuadas de la masa excéntrica. 3 Excentricidad (mm) masa excéntrica (kgf) Volumen (mm ) 10 20 30 40 50 35,0 17,5 11,7 8,75 7,0 4458598,726 2229299,363 1486199,575 1114649,682 891719,745 Nº Masas Espesor (mm) 3 3 3 3 3 84,10 42,05 28,03 21,03 16,82 Fuente: Propia. Elaboración: Propia. Cada masa excéntrica debe tener una masa de 11,7 kg y un espesor de 28 mm. (Ver figura 3.9). 53 Figura 3.9 Masa excéntrica seleccionada. 3.1.6. CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE LA POTENCIA DEL MOTOR. Se procede a calcular la potencia del motor por medio del producto de la masa excéntrica por su excentricidad. ݉ ܴ כൌ ͵ͷ݇݃Ǥ ܿ݉ ܯ௧ ൌ ܲǤ ܴ݊݁ݏሺݐݓሻ Donde: [Ec. 3.12] Mt: torque producido por la masa excéntrica P: peso. Rsen(wt): brazo. Por lo que: ܯ௧ ൌ ͵ͷ݇݃Ǥ ܿ݉ Entonces la potencia se calcula de la siguiente manera: ܲ ൌ ܯ௧ ݓ כ ܲ ൌ ͵ͷ݇݃Ǥ ܿ݉ Ͳͳ כͶǡ݀ܽݎȀ݃݁ݏ ͳͲͲ [Ec. 3.13] 54 ܲ ൌ ͵ǡ ͷ ͳ ܪൌ ܲ ൌ ͵ǡͷ ݇݃Ǥ ݉ ݃݁ݏ ݇݃Ǥ݉ ݏ ݇݃Ǥ ݉ ݄ כǤ ൌ ͲǡͶͺ݄ ݃݁ݏ ௦ ܲ ൌ ͲǡͶͺ݄ ൎ Ͳǡͷ݄ Donde: Pmc: potencia del motor de la máquina clasificadora [hp]. Mt: torque producido por la masa excéntrica [kg*cm]. w: velocidad angular [rad/seg]. PARÁMETROS DEL MOTOR: · 4 polos · 0,5 Hp · 1750 r.p.m. · Torque = 2,01 [N.m] · η = 55% · FS = 1,15 · Peso = 17,5kg 3.1.7. CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE POLEAS Y BANDAS. 3.1.7.1. Determinación de la potencia de diseño Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley: ܲௗ ൌ ݂ ܲ כ [Ec. 3.14] 55 Donde: Pd: potencia de diseño[hp]. f: factor de servicio de sobrecarga = 1. Pm: potencia del motor [hp] = 0,5 [hp]. ܲௗ ൌ ͳǡͲ Ͳ כǡͷ PARÁMETROS DEL MOTOR: ܲௗ ൌ Ͳǡͷܪ · Pm = Pd=0,5 hp. · n1= 1750 rpm. · Excéntrica n2 = 1000rpm. · Distancia entre centros: C = 145mm. · C1= factor de servicios → para criba vibratoria: C1= 1,3. VER ANEXO A. CATÁLOGO PARA LA SELECCIÓN DEL FACTOR DE SERVICIO. Del gráfico se tiene el tipo de sección de la banda. Con: n1=1750rpm y P= 0,5 hp El tipo de banda a seleccionarse es de sección A. (VER ANEXO B: GRÁFICO PARA LA SELECCIÓN DE CORREAS). ଵହ [Ec. 3.15] [Ec. 3.16] ݅ ൌ భ ൌ ଵ ൌ ͳǡͷ మ ݅ ൌ ௗ 56 Donde: ݅ : Relación de velocidades angulares, relación de diámetros. n1: velocidad angular del motor. n2: velocidad angular de la excéntrica. Dp: diámetro de paso de la polea mayor. dp: diámetro de paso de la polea menor. Entonces: dpmínimo sección A → dpmin = 3 pulg = 76,2 mm. 3.1.7.2. Cálculo para el diámetro de las poleas ݅ ൌ ͳǡͷ ܦ ൌ ݅ ݀ כ ൌ ͳǡͷ כǡʹ ൌ ͳ͵͵ǡ͵ͷ݉݉ ൌ ͷǡʹͷ݈݃ݑ ࢊ ൌ ૠ (Normalizado) ࡰ ൌ (Normalizado) [Anexo C] ܥൌ ͳͶͷ݉݉→ ܥ൏ ͵ሺ ܦ ݀ሻ ܥ൏ ͵ሺͳ͵ʹ ͷሻ ܥ൏ ʹͳ݉݉ 3.1.7.3. Determinación de la longitud de la banda. Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley: Donde: ܮ ൌ ʹ ܥ ͳǡͷሺ ܦ ݀ሻ Lp :longitud de paso (o efectiva) de la banda. D : diámetro de la polea mayor. d : diámetro de la polea menor. ሺିௗሻమ ସ [Ec. 3.17] 57 C : distancia entre los centros de las poleas. ሺͳ͵ʹ െ ͷሻଶ ܮ ൌ ሺʹ ͳ כͶͷሻ ͳǡͷሺͳ͵ʹ ͷሻ Ͷ ͳ כͶͷ ܮ ൌ ʹͲǡ݉݉ Para determinar el perímetro interior de la banda; se calcula utilizando la siguiente ecuación, con factor de aumento de longitud 1,3 pulg (33,02 mm) según tabla (ver anexo D). Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley: ܮ ൌ ܮ െ ͵͵ǡͲʹ Donde: [Ec. 3.18] Li: longitud interior de la banda. Lp : longitud de paso (o efectiva) de la banda. ܮ ൌ ʹͲǡ െ ͵͵ǡͲʹ ܮ ൌ ͷͺǡͷͺ݉݉ ൎ ͷͺͺ݉݉ ൌ ʹ͵ǡͳͷ݈݃ݑ 3.1.7.4. Determinación del ángulo de contacto de la banda θs Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley: ࡰିࢊ Donde: ࣂ࢙ ൌ ࢉ࢙ି ቀ θs: ángulo de contacto de la banda. D: diámetro de la polea mayor. d: diámetro de la polea menor. ቁ [Ec. 3.19] 58 C: distancia entre los centros de las poleas. ͳ͵ʹ െ ͷ ߠ௦ ൌ ʹܿି ݏଵ ൬ ൰ ʹ ͳ כͶͷ 3.1.7.5. ߠ௦ ൌ ͳͷǡ͵͵ι ൎ ͳͷι ൌ ʹǡͶ݀ܽݎ Determinación del número de bandas Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley: ଵ ܪ ൌ ቂܥଵ െ ௗమ െ ܥଷ ሺ݀ כ ݎሻଶ െ ܥସ ሺ݀ כ ݎሻቃ ሺ݀ כ ݎሻ ܥଶ ݎቀͳ െ ቁ [Ec. 3.20] ಲ Donde: Hr: potencia nominal. C1: 0,8542 [Anexo D] C2: 1,342 [Anexo D] C3: 2,436 x 10-4 [Anexo D] C4: 0,1703 [Anexo D] r: número de revoluciones/1000 = (1750/1000 = 1,75). d: diámetro de la polea menor = 75 mmൎ 3 pulg ݉݉ʹ͵ͳ ܦ ൌ ൌ ͳǡ ͷ݉݉ ݀ Entonces: KA : factor de relación de velocidades = 1,1106 [Anexo D] ͳǡ͵Ͷʹ െ ʹǡͶ͵ͳͲିସ ሺͳǡͷ ͵ כሻଶ െ ͲǡͳͲ͵ ሺͳǡͷ ͵ כሻ൨ ሺͳǡͷ ͵ כሻ ͵ ͳ ͳǡ͵Ͷʹ ͳ כǡͷ ൬ͳ െ ൰ ͳǡͳͳͲ ܪ ൌ ͲǡͺͷͶʹ െ 59 ܪ ൌ ͳǡͻ݄ Esta capacidad se basa en un arco de contacto de 157,33 º y una longitud media de banda. Por eso debe corregirse utilizando la ecuación, con θ = 157º se determina el valor de K1, y el valor de K2 es el factor de corrección de la banda V seleccionada (tipo A). [Anexo D] Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley: Donde: ܪƲ ൌ ܭଵ ܭ כଶ ܪ כ [Ec. 3.21] H´r: potencia corregida K1: 0,95 [Anexo D] K2: 0,76 (interpolando) [Anexo D] Hr: 1,69 ܪƲ ൌ Ͳǡͻͷ Ͳ כǡ ͳ כǡͻ ܪƲ ൌ ͳǡʹʹ݄Ȁܾܽ݊݀ܽ Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley la determinación del número de bandas se obtiene por: ܰιௗ௦ ൌ ܰιௗ௦ ൌ ுೝƲ Ͳǡͷ݄ ͳǡʹʹ [Ec. 3.22] 60 ܰιௗ௦ ൌ Ͳǡͷ݄ ͳǡʹʹ݄Ȁܾܽ݊݀ܽ ܰιௗ௦ ൌ ͲǡͶͳܾܽ݊݀ܽ ݏൎ ͳܾܽ݊݀ܽ VER ANEXO B. CATÁLOGO PARA LA SELECCIÓN DE LA BANDA. Por lo tanto se escoge una banda A22, cuya longitud de paso (o efectiva) es: Lp = 617,2 mm 3.1.8. CÁLCULO PARA EL DISEÑO DEL EJE DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS Se tiene el caso de rotación de un cuerpo rígido con respecto a un eje fijo. Donde: wx=w; wy =0; wz=0. El momento angular Ho a lo largo del eje de rotación del cuerpo con respecto a O es el siguiente. Hx= Ix* w Hy= -Py * w Hz= -Pz * w Ho = Hx+ Hy + Hz Ho = (Ix ଓԦ - Py ଔԦ - Pz ݇ሬԦ ) * w Como el sistema Oxyz está moviendo al cuerpo, tenemos que Ω = w y los momentos de fuerzas externas alrededor de O son: 61 σ ܯ ൌ ൫ܪሶ ൯ ݓ௫ ܪ ௫௬௭ σ ܯ ൌ ൫Ԧ݅ െ Ԧ݆ െ ሬ݇Ԧ൯ݓሶ ݓ௫ ൫Ԧ݅ െ Ԧ݆ െ ሬ݇Ԧ൯ݓ [Ec. 3.23]2 ݓሶ ൌ Ͳ ݓ݅ݏൌ ܿ݁ݐ σ ܯ ൌ ൫െ ʹ ሬԦ൯ ൫ ʹԦ൯ Las relaciones totales en los soportes son la suma de las relaciones dinámicas y las relaciones estáticas. Tomando momentos con relación al centro O. ሬԦ ሻ െ ܦ௭ ܮ כଔԦ σ ܯ ൌ ሺܦ௬ ݇ܮ כ [Ec. 3.24]3 Igualando las ecuaciones 3.23 y 3.24 se obtiene la siguiente ecuación: ܲ௫௬ ݓଶ ܦ௬ ൌ െ ܮ [Ec. 3.25]4 ܲ௫௭ ݓଶ ܮ [Ec. 3.26]5 ܦ௭ ൌ െ Usando el teorema de los ejes paralelos y sabiendo que el producto de la unión es igual a cero. ܲ௫௬ ൌ ݉݀ݕݔ Se acepta que para el plano xz la masa se encuentra en el centro de gravedad, por lo tanto Pxz = 0, el eje se encuentra cargado solo en el plano xy. 2, 3, 4, 5 Ecuaciones del Libro Beerjonton Pág. 414 62 3.1.8.1. Diagrama de Cuerpo Libre para el eje de la Máquina Clasificadora de Humus. En la figura 3.10 se representa el eje cuando se halla sometido bajo acción de la fuerza Fc y la tensión de la polea en la misma dirección. Figura 3.10 Diagrama de cuerpo libre del eje ܨ ͳ݂݇݃ ൌ ͳʹͶʹǡ͵ܰ כ ൌ Ͷͷǡʹ݂݇݃ ͻǡͺܰ ͵ σ ܨ ൌ Ͳ [Ec. 3.27] σ ܯை ൌ Ͳ [Ec. 3.28] ܨ ܨ ൌ ܱ ܦ ி ሺʹͲͳ כ ܨሻ ቀ ଷ ி ி כͶͺቁ െ ቀ ଷ כͶቁ ൫ܦ כሺͶ Ͷͺሻ൯ െ ൬ ଷ כሺͶ Ͷͺ Ͷͺሻ൰ ൌ Ͳ [Ec. 3.29] Donde la fuerza F se obtiene de la transmisión por bandas como se muestra en la figura 3.11. 63 Figura 3.11 Diagrama de Transmisión por Banda. ܯ௧ ൌ ܯ௧ ൌ ܲሺ݄ሻ כ ሾ݇݃Ǥ ݉ሿ ݓ ͲǡͶͺ כ ൌ Ͳǡ͵Ͷͺሾ݇݃Ǥ ݉ሿ ൎ Ͳǡ͵ͷሾ݇݃Ǥ ݉ሿ ͳͲͶǡ ܯ௧ ൌ ͵ͷሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ ܯ௧ ൌ ሺܶଵ െ ܶଶ ሻܦଵ ͵ͷሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ ൌ ሺܶଵ െ ܶଶ ሻ כǡͷሾܿ݉ሿ Si: Entonces: ܶଵ െ ܶଶ ൌ Ͷǡሾ݇݃ሿ ܶଵ ൌ ͺܶଶ ͺܶଶ െ ܶଶ ൌ Ͷǡሾ݇݃ሿ ܶଶ ൌ Ͳǡሾ݇݃ሿ ܶଵ ൌ ͺ Ͳ כǡ ܶଵ ൌ ͷǡ͵ሾ݇݃ሿ [Ec. 3.30] 64 Por lo tanto: ܨൌ ܶଵ ܶଶ [Ec. 3.31] ܨൌ ͷǡ͵ Ͳǡ ܨൌ ǡͲ͵ሾ݇݃ሿ ൎ ሾ݇݃ሿ Sustituyendo el valor de F=6 kg y Fc/3=45,62 kg en la ec. 3.28, se obtiene lo siguiente: ሺ ʹͲͳ כሻ ሺͶͷǡʹ כͶͺሻ െ ሺͶͷǡʹ כͶሻ ൫ܦ כሺͳͳʹሻ൯ െ ሺͶͷǡʹ ͳ כͲሻ ൌ Ͳ ܦ ൌ ǡʹʹሾ݇݃ሿ ൎ ሾ݇݃ሿ Sustituyendo el valor de: Dy = 66 kg, F = 6 kg y Fc = 136,86 kg en la ec. 3.26, se obtiene lo siguiente: ͳ͵ǡͺ ൌ ܱ ܱ ൌ ǡͺሾ݇݃ሿ 3.1.8.2. Diagrama de Esfuerzo Cortante. Figura 3.12 Diagrama Cortante para el Eje de la excéntrica. 65 3.1.8.3. Diagrama de Momento Flector. Figura 3.13 Diagrama de Momento Flector para el Eje de la excéntrica. El momento máximo se halla en el punto de la reacción Oy, punto en el cual va a encontrarse ubicada una chumacera (Ver figura 3.10 y figura 3.13). Para el valor del máximo momento (ver figura 3.13): Mmáx=280,2kg-cm. Se tiene un acero comercial Böhler de las siguientes características: Denominación: E920 equivalente 1018. Diámetro: D=28,6mm. Sy=235 N/mm2 =235[Mpa] Sut=410 N/mm2 =410[Mpa] Se asume: d=25mm. VER ANEXO E: CATÁLOGO BÖHLER. Para el dimensionamiento del eje se utiliza el método de Soderberg, ya que este procedimiento se emplea para calcular la dimensión requerida para un elemento de máquina que debe soportar un esfuerzo constante y uno alternante. 66 En este caso el eje está sometido a tensión constante y flexión alternante. 3.1.8.4. Cálculo de la Flexión. Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley: ߪ௫ ൌ ܫൌ Donde: ெೣ כ ூ ర గכௗೕ [Ec. 3.32] [Ec. 3.33] ସ σx: esfuerzo de flexión. Mmax=Momento flector máximo 280,2 kg-cm en el punto O. deje=diámetro del eje (25mm=2,5cm). c: distancia al eje neutro (deje/2[cm]). I=momento de inercia [cm4]. ܫൌ ߪ௫ ൌ ߨ כሺʹǡͷܿ݉ሻସ ൌ ͳǡͻʹܿ݉ସ Ͷ ʹͺͲǡʹሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ כሺʹǡͷȀʹሻሾܿ݉ሿ ͳǡͻʹܿ݉ସ ݇݃ ͻǡͺܰ ͳܿ݉ଶ כ ߪ௫ ൌ ͳͺʹǡͶʹ ଶ כ ܿ݉ ͳ݇݃ ሺͳͲ݉݉ሻଶ ߪ௫ ൌ ͳǡͺͺ ܰ ݉݉ଶ Este esfuerzo de flexión (σx) varía de tensión a compresión y viceversa a medida que gira el eje. Si se analiza los esfuerzos en el elemento mediante un diagrama 67 de círculo de Mohr se halla que cuando gira el eje los esfuerzos principales no mantienen la misma orientación. Su comportamiento se analiza a continuación. 3.1.8.4.1 Esfuerzo de Flexión vs Tiempo. Figura 3.14 Diagrama Esfuerzo de Flexión en función del Tiempo para el Eje. La figura 3.14 permite relacionar el esfuerzo de flexión con el tiempo, por lo que se concluye que el esfuerzo es sinusoidal, con inversión completa. s a = s x .... y....s m = 0 Para encontrar el esfuerzo a Torsión según el libro de Diseño Mecánico de Shigley se tiene: ߬௫௬ ൌ Donde: ܬൌ ߬xy: esfuerzo a torsión. Mtr= momento torsor= 35 [kg-cm] deje = diámetro del eje (25mm=2,5cm). c=distancia del eje neutro (deje/2[cm]) J=momento polar de inercia [cm4]. ெೝ כ ర గכௗೕ ଷଶ [Ec. 3.34] [Ec. 3.35] 68 ߨ כሺʹǡͷܿ݉ሻସ ܬൌ ൌ ͵ǡͺ͵ܿ݉ସ ͵ʹ ߬௫௬ ൌ ߬௫௬ ͵ͷሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ כሺʹǡͷȀʹሻሾܿ݉ሿ ͵ǡͺ͵ܿ݉ସ ݇݃ ͻǡͺܰ ͳܿ݉ଶ ൌ ͳͳǡͶʹ ଶ כ כ ܿ݉ ͳ݇݃ ሺͳͲ݉݉ሻଶ ߬௫௬ ൌ ͳǡͳʹ ܰ ݉݉ଶ Debido a que el momento torsor es constante se tiene que realizar un estudio del esfuerzo de torsión en función del tiempo. 3.1.8.4.2 Esfuerzo de Torsión vs Tiempo. Figura 3.15 Diagrama Esfuerzo de Torsión en función del Tiempo para el Eje. En la figura 3.15 se tiene que: ߬ெ ൌ ߬௫௬ Donde: ߬ெ : Esfuerzo medio. ߬ ൌ Ͳ 69 ߬௫௬ : Esfuerzo a torsión. ߬ : Amplitud de esfuerzo. 3.1.8.4.3 Diseño a Fatiga para el eje de la Máquina Clasificadora de Humus. Para encontrar el límite a fatiga se utiliza la siguiente ecuación: S e = S e¢ * .k a * k b * k c * k d * k e * k f [Ec. 3.36]6 Donde: S e = Límite de resistencia a la fatiga del eje. S e¢ = Límite de resistencia a la fatiga de la muestra de viga rotatoria. .k a = Factor de superficie k b = Factor de tamaño. k c = Factor de confiabilidad. k d = Factor de temperatura. k e = Factor de modificación por concentración de esfuerzos. k f =Factor de efectos diversos. Para determinar el límite de resistencia a la fatiga de una probeta de acero AISI 1018, se utiliza la siguiente fórmula: ܵᇱ ൌ Ͳǡͷܵ௨௧ ܵᇱ ൌ Ͳǡͷ כͶͳͲ ܰ ܰ ൌ ʹͲͷ ଶ ݉݉ ݉݉ଶ ܵᇱ ൌ ʹͲͷሾܽܲܯሿ 6 Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 301 7 Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 307, 313, 319 [Ec. 3.37]7 70 De acuerdo a la figura 7-10 del libro de DISEÑO de SHIGLEY para factores de acabado superficialሺ݇ ሻ, con Sut = 410 [MPa] = 0,41 [GPa] y maquinado se tiene: ka= 0,85 El eje se encuentra con carga de flexión y torsión por lo cual se utiliza la siguiente ecuación para el factor de tamaño (݇ ): ݇ ൌ ͳǡͳͺͻ ݀ כ ିǡଽ [Ec. 3.38]8 Ecuación aplicada para cuando el diámetro del eje (݀ ) se encuentra entre el siguiente rango: ͺ݉݉ ൏ ݀ ʹͷͲ݉݉ Entonces: ݇ ൌ ͳǡͳͺͻ כሺʹͷሻିǡଽ ݇ ൌ Ͳǡͺ De acuerdo a la tabla 7-7 del libro de SHIGLEY para una buena confiabilidad, del 90%, se tiene un factor de confiabilidad (݇ ) de: kc = 0,897 9 Para hallar el factor de temperatura (݇ௗ ) se emplea una de las siguientes expresiones: ͳǡͲ ͶͷͲԨሺͺͶͲԬሻ ݇ௗ ൌ ቐ ͳ െ ͷǡͺ כሺͳͲሻିଷ ሺ െ ͶͷͲሻͶͷͲԨ ൏ ܶ ͷͷͲԨ ቑ ͳͲ ͳ െ ͵ǡʹ כሺͳͲሻିଷ ሺ െ ͺͶͲሻͺͶͲԬ ൏ ܶ ͳͲʹͲԬ 8, 9 Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 307, 313, 319 71 Como la temperatura máxima a la que trabaja el eje es25ºC, el factor de temperatura es: kd=1 Para calcular el factor de de modificación por concentración de esfuerzos (݇ ) se emplea la siguiente expresión: ݇ ൌ Donde: ݍൌ ͳ ೝ ೝ ିଵ ିଵ [Ec. 3.39]11 [Ec. 3.40]12 Kfr : factor de reducción de resistencia en el caso de fatiga. q: sensibilidad a las ranuras o muescas. kt: factor de concentración de esfuerzo, teórico o geométrico. El valor de q suele estar entre cero y la unidad. La ec. 3.39 indica que, si q=0 entonces kfr = 1, el material no tiene sensibilidad a las ranuras. Por otra parte, si q=1, entonces kfr = kt y el material es completamente sensible. Para el cálculo se establece que: q = 0y kfr = 1, por lo que: ݇ ൌ ͳ ͳ ൌͳ Para calcular el factor de efectos diversos (݇ ) se asume que: ݇ ൌ ͳ13 Entonces se procede a calcular el valor del límite de resistencia a la fatiga del eje ( S e ): ܵ ൌ ʹͲͷሾܽܲܯሿ כሺͲǡͺͷሻ כሺͲǡͺሻ כሺͲǡͺͻሻ כሺͳሻ כሺͳሻ כሺͳሻ ܵ ൌ ͳ͵ͷǡͻͺሾܽܲܯሿ 10,11, 12,13 Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 321, 322, 324,325, 326 72 Como la flexión y la torsión intervienen en los cálculos es necesario calcular la resistencia de fluencia al cortante del eje, para lo cual se aplica la Teoría de la Energía de Distorsión, donde: Donde: ܵ௦௬ ൌ Ͳǡͷܵ௬ [Ec. 3.41]14 Ssy : resistencia de fluencia al cortante. Sy: resistencia de fluencia. ܵ௦௬ ൌ Ͳǡͷ ͵ʹ כͷሾܽܲܯሿ ܵ௦௬ ൌ ͳ͵ͷǡሾܽܲܯሿ Ahora se procede a calcular el límite de fatiga a la cortadura completamente corregida por medio del límite de resistencia a la fatiga del eje Donde: ܵ௦ ൌ Ͳǡͷܵ [Ec. 3.42]15 Sse : límite de fatiga a la cortadura completamente corregida. Se: límite de resistencia a la fatiga del eje. ܵ௦ ൌ Ͳǡͷ ͵ͳ כͷǡͻͺሾܽܲܯሿ ܵ௦ ൌ ͺǡͶሾܽܲܯሿ 3.1.8.4.4 Cálculo del factor de seguridad. Para calcular el factor de seguridad según el método de SODERBERG la ecuación es la siguiente: 14 , 15 Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 347, 348, 349 y 736 73 ݊ൌ Donde: గכௗ య [Ec. 3.43]16 మ ಾ మ ൰ ାቀ ቁ ೄೞ ೄೞ ଵכඨ൬ n: factor de seguridad. d. diámetro el eje = 2,5 ሾܿ݉ሿ T: torque = ͵ͷሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ M: momento máximo en el eje = ʹͺͲǡʹሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ Ssy : resistencia de fluencia al cortante = ͳ͵ͷǡሾܽܲܯሿ= ͳ͵ͺʹǡͳሾ݇݃Ȁܿ݉ଶ ሿ Sse : límite de fatiga a la cortadura corregido = ͺǡͶሾܽܲܯሿ= ͺͲͲǡͲሾ݇݃Ȁܿ݉ଶ ሿ ݊ൌ ͳ כඨቆ ߨ כሺʹǡͷܿ݉ሻଷ ଷହǤ ଵଷ଼ଶǡଵ ೖ మ ଶ ଶ଼ǡଶǤ ቇ ቆ ଼ǡ ೖ మ ଶ ቇ ݊ ൌ ͺǡͶ Verificación del factor de seguridad: Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley: ଷଶכெכ ଵȀଷ Donde: ݀ൌቀ గכௌ ቁ n: factor de seguridad. d. diámetro el eje = 2,5 ሾܿ݉ሿ = 25 ሾ݉݉ሿ M: momento máximo en el eje = ʹͺͲǡʹሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ 16 Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 735 [Ec. 3.44] 74 Se: límite de resistencia a la fatiga del eje = ͳͷ͵ǡͻͺሾܽܲܯሿ= ͳ͵ͺǡͷͻሾ݇݃Ȁܿ݉ଶ ሿ ݊ൌ ݊ ൌ ݀ଷ ܵ כ ߨ כ ͵ʹ ܯ כ ݇݃ ሺʹǡͷܿ݉ሻଷ ͵ͳ כ ߨ כͺǡͷͻ ܿ݉ʹ ͵ʹ ʹ כͺͲǡʹ݇݃Ǥ ܿ݉ ݊ ൌ ǡͷͻ El factor de seguridad requerido (nr) se menor que el factor de seguridad de diseño (n), con lo cual el diámetro del eje (d = 2,5 cm) es aceptable. ݊ ൌ ǡͷͻ ൏ ݊ ൌ ͺǡͶ 3.1.9. CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE LAS CHUMACERAS (RODAMIENTOS Y SOPORTES). Ya que los rodamientos van a girar a 1000 r.p.m. se selecciona el rodamiento utilizando la capacidad de carga dinámica. Se usa el catálogo SKF para la selección de los rodamientos y de sus respectivos soportes. Se selecciona soportes de piso con rodamientos Y con carga dinámica equivalente: Donde: P: carga equivalente [N]. Fr: carga radial real [N]. Fa: Carga axial real [N]. X: factor radial. 17 Catálogo SKF Pág. 358 ܲ ൌ ܺܨ ܻܨ [Ec. 3.45]17 75 Y: factor axial. Como la carga axial es casi despreciable (ܨ ൎ Ͳ) se tiene: ܲ ൌ ܺܨ Donde: X=1 (Fa/Fr ≤ e) Fr = 76,86 kg = 754 [N] ܲ ൌ ͳ כͷͶ ܲ ൌ ͷͶሾܰሿ Fórmula de duración: ܮଵ ൌ Donde: ଵ ቀቁ [Ec. 3.46]18 L10h: duración nominal en horas de servicio. n: velocidad constante de rotación en rev/min = 1000 r.p.m. C: capacidad de carga dinámica. P: carga dinámica equivalente sobre el rodamiento. p: exponente de la fórmula de la duración; siendo p= 3 para los rodamientos de bolas. Se toma un valor de L10h en base a las recomendaciones del catálogo para el caso de máquinas de 8 horas de trabajo, no totalmente utilizadas. L10h=15000. ܥൌ ܲ כඨ 18 Catálogo SKF Pág. 358 Ͳ ܮ כ ݊ כଵ ͳͲͲͲͲͲͲ 76 య ܥൌ ͷͶ כඨ Ͳ ͳ כ ͲͲͲͳ כͷͲͲͲ ͳͲͲͲͲͲͲ ܥൌ ʹͺͲ Del CATÁLOGO SKF (ver ANEXO F) para soportes de pie con rodamiento Y, fundición, Pág. 358 se selecciona el siguiente: · Denominación: SY 25 FM · Soporte: SY 505 M · Rodamiento Y: YET 205 · d= 25mm · C= 10800 N Se usa éste rodamiento con anillo de fijación excéntrico por fácil montaje. 3.1.10. CÁLCULO Y DISEÑO DE LA LENGÜETA. Parámetros de la lengüeta: · Material de la lengüeta: Acero A-37. · Resistencia a la fluencia: σFl= 2350 [kg/cm2]. · Momento torsor: Mt = 35 [kg-cm] = [350kg-mm]. · Factor de seguridad. Fs = 2,8 · Diámetro del eje: ø = 20 [mm]. · Fuerza de corte: 1920 ܨ ൌ ܨ ൌ 19, 20 Tabla de la Industria Metalúrgica, pág. 17-22 ଶெ ʹ ͵ כͷͲ݇݃Ǥ ݉݉ ʹͲ݉݉ [Ec. 3.47]20 77 ܨ ൌ ͵ͷሾ݇݃ሿ · Esfuerzo de corte admisible: ߬ௗ ൌ ߬ௗ ൌ ǡହכఙಷ ிೞ [Ec. 3.48] Ͳǡͷ ͵ʹ כͷͲ ʹǡͺ ߬ௗ ൌ ͶͺͶǤʹ ߬ௗ ൌ ݇݃ ൨ ܿ݉ଶ ி כ [Ec. 3.49] Figura 3.16 Gráfico para el diseño de la Lengüeta. La figura 3.16 muestra las longitudes que tiene la lengüeta, así como también la fuerza cortante a la que halla sometida. 3.1.10.1. Cálculo de la longitud de la lengüeta. ͶͺͶǤʹ ͵ͷ݇݃ ݇݃ ൨ ൌ Ͳ כ ܮǡܿ݉ ܿ݉ଶ ܮൌ Ͳǡͳʹሾܿ݉ሿ ൌ ͳǡʹሾ݉݉ሿ 78 Como la longitud L es muy pequeño se cambia a: L= 20mm. Recalculando: ߬ௗ ൌ ߬ௗ ൌ ܨ ܾכܮ ͵ͷ݇݃ ʹܿ݉ Ͳ כǡܿ݉ ߬ௗ ൌ ʹͻǡͳ ߬ௗ ൌ ܨ௦ ൌ ݇݃ ܿ݉ଶ Ͳǡͷ ߪ כி ܨ௦ Ͳǡͷ ͵ʹ כͷͲ ቂ మ ʹͻǡͳ ቂమ ቃ ቃ ܨ௦ ൌ ͶǡͶͺ ൎ Ͷ Por lo tanto, la lengüeta con una longitud: L=2mm, y un ancho: b=6mm tiene un factor de seguridad de: ܨ௦ ൌ Ͷ 3.1.11. CÁLCULO DE LOS SOPORTES PARA LA CHUMACERA Figura 3.17 Gráfico del Diseño del Soporte para la Chumacera. 79 La fuerza a la cual va a estar sometido cada soporte, es la misma que actúa sobre cada chumacera (Ver figura 3.17). Para el cálculo se toma la fuerza mayor, la cual tiene un valor de: Consideraciones: ܴ ൌ ሾ݂݇݃ሿ Se toma como dato inicial las dimensiones del apoyo seleccionadas inicialmente para determinar el espesor de las mismas y del cordón de soldadura. Estas se consideran como vigas de sección variable, con carga uniformemente distribuida. 3.1.11.1. Diagrama de Cuerpo Libre. Figura 3.18 Diagrama de Cuerpo Libre del Soporte de la Lengüeta. 3.1.11.2. Cálculos. Para el tipo de viga especificada en la figura 3.18 se tiene que: Donde: ݄ൌට b: espesor de la viga (placa). h: altura máxima de la viga = 100 [mm]. ଷொ ఙೌ Ec. 3.50] 80 Q: carga total sobre la viga. L: luz de la viga = 200 [mm]. σadm: esfuerzo admisible de flexión del material = 450 [kg/cm 2] Esta fuerza se divide para las dos placas (escuadras) que soportan la chumacera, de modo que cada una soporta: ܳ ൌ ܴ ʹ ܳ ൌ ͵ͻሾ݂݇݃ሿ De modo que despejando y remplazando en la ecuación 3.50 se tiene: ܾൌ ͵ܳܮ ݄ଶ ߪௗ ͵ ݉݉ͲͲʹ כ ݂݃݇ͻ͵ כ ሺͳͲ݉݉ሻଶ ܾൌ כ ሺͳͲͲ݉݉ሻଶ כͶͷͲ݇݃Ȁܿ݉ଶ ͳܿ݉ଶ ܾ ൌ Ͳǡͷʹሾ݉݉ሿ El espesor requerido es demasiado delgado, por lo que se mantiene el valor previamente establecido de 5mm. Para éste espesor, recalculando se tiene que el esfuerzo que soportan las placas es de: ߪௗ ൌ ߪௗ ൌ ͵ܳܮ ݄ଶ ܾ ͵ ݉݉ͲͲʹ כ ݂݃݇ͻ͵ כሺͳͲ݉݉ሻଶ כ ͳܿ݉ଶ ሺͳͲͲ݉݉ሻଶ כͷ݉݉ 81 ߪௗ ൌ Ͷǡͺ Lo que da un factor de seguridad de: ݊ൌ ݇݃ ݇݃ ൎ Ͷ ܿ݉ଶ ܿ݉ଶ ͶͷͲ మ Ͷ మ ݊ ൌ ͻǡ 3.1.12. CÁLCULO Y DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS APOYOS DE LA CHUMACERA. Para el diseño de la soldadura, se calcula las dimisiones del cordón de soldadura que se necesita para que el esfuerzo sobre la placa no sobrepase el esfuerzo admisible. (Ver figura 3.19) Figura 3.19 Diseño de la Soldadura para los soportes de la chumacera. La placa horizontal está sometida a un esfuerzo de flexión, el cual es máximo en la raíz de la junta del cordón de soldadura horizontal. Este valor varía desde un mínimo a un máximo de: ܯ௫ ൌ േܿ כ ܨሾܰ ȉ ݉݉ሿ [Ec. 3.51] 82 Donde: Mmáx: momento máximo ሾܰ ȉ ݉݉ሿ F: fuerza vibratoria en cada soporte = 39 [kgf] c: distancia hasta el extremo de la junta = 200 [mm]. ܯ௫ ൌ േ͵ͻ݂݇݃ ݉݉ͲͲʹ כ ܯ௫ ൌ േͺͲͲ݂݇݃ ȉ ݉݉ כ ͻǡͺͳܰ ͳ݂݇݃ ܯ௫ ൌ േͷͳͺሾܰ ȉ ݉݉ሿ Además existe una fuerza de corte que varía alternativamente. ܸ௫ ൌ േ͵ͻሾ݂݇݃ሿ El módulo de la sección de la soldadura es: ܼ௪ ൌ Donde: ௗ ଶ ௗమ ଷ [Ec. 3.52] Zw: módulo de la sección [mm2] b: ancho de la junta = 60 [mm] d: alto de la junta = 100 [mm] Entonces: ܼ௪ ൌ ͵͵͵Ǥ͵͵ሾ݉݉ଶ ሿ ൎ ͵͵͵ሾ݉݉ଶ ሿ La carga debido a la flexión es: ݂ൌ Donde: f: carga debido a la flexión ቂቃ ெೣ ೢ [Ec. 3.53] 83 ͺͲͲ݂݇݃ ȉ ݉݉ ͵͵͵݉݉ଶ ݂݇݃ ݂ ൌ ͳǡʹ͵ ൨ ݉݉ ݂ ൌ La fuerza de corte media es: ܨ ൌ Donde: [Ec. 3.54] ೢ Fc: fuerza cortante media ܮ௪ ൌ ʹ݀ ܾ ܮ௪ ൌ ʹͲ݉݉ Entonces: ͵ͻ݂݇݃ ʹͲ݉݉ ݂݇݃ ൨ ܨ ൌ Ͳǡͳͷ ݉݉ ܨ ൌ La fuerza máxima en la junta soldada es la suma de la carga debido a la flexión y la carga de corte (ver figura 3.20): Figura 3.20 Fuerza Máxima de la Soldadura para los soportes de la Chumacera. ܨ௫ ൌ ඥ݂ ଶ ܨଶ ܨ௫ ൌ ඨቆͳǡʹ͵ ቈ ଶ ݂݇݃ ݂݇݃ ቇ ቆͲǡͳͷ ቈ ቇ ݉݉ ݉݉ [Ec. 3.55] ଶ 84 ܨ௫ ൌ ͳǡʹͶ ݂݇݃ ൨ ݉݉ Considerando que la máquina debe tener una vida útil mínima de 5 años y que va a trabajar 8 horas diarias a una velocidad de 1000r.p.m. se tiene que la soldadura debe resistir 900x106 ciclos. La fuerza permisible por pulgada para resistir 2*106 ciclos es: Donde: ݂ଶכଵల ൌ ହଽ ೖ ଵି మ ቂ ቃ [Ec. 3.56]21 k = -1 (carga completamente invertida) 22 Entonces: ݈ܾ ݈ܾ ݂ଶכଵల ൌ ͵͵ͻ͵ǡ͵͵ ൨ ൎ ͵͵ͻ͵ ൨ ݅݊ ݅݊ La resistencia a la fatiga expresada en función del número de ciclos por medio de la fórmula empírica es: ே Donde: ܨ ൌ ܨ ቀேಳ ቁ ಲ FA: resistencia a la fatiga para NA ciclos. FB: resistencia a la fatiga para NB ciclos = 3393 [lb/in] NB: 2*106 ciclos. NA: 900*106 ciclos. c: 0,1323 La fuerza permisible por pulgada de soldadura, para 900*106 ciclos es: 21, 22, 23 HALL, A.S., Teoría y problemas de diseño de maquinas, McGraw-Hill, pág.306. [Ec. 3.57] 85 ܨଽכଵల ǡଵଷ ʹ Ͳͳ כ ൌ ͵͵ͻ͵ሾ݈ܾȀ݅݊ሿ ቆ ቇ ͻͲͲ Ͳͳ כ ݈ܾ ܨଽכଵల ൌ ͳͷ͵͵ǡͶ ൨ ݅݊ Finalmente la dimensión de la soldadura es: ݓൌ ி௨௭௫ ி௨௭௦ [Ec. 3.58] Donde: w: dimensión de la soldadura [in]. Fuerza máxima = 1,24ቂ ࢍࢌ ቃ =69,44 ቂ ቃ Fuerza permisible = 1533,4ቂ ቃ ݓൌ ͻǡͶͶ ͳͷ͵͵ǡͶ ݓൌ ͲǡͲͶͷ͵݅݊ ൌ ͳǡʹ݉݉ El valor calculado es demasiado pequeño y esto ocasiona dificultades para realizarlo, por lo tanto éste se lo sobredimensiona al valor de 3.5mm con lo que sobredimensionamos el cordón y disminuimos costos. De modo que las dimensiones de la junta son las siguientes (ver figura 3.21): Figura 3.21 Dimensiones finales del cordón de soldadura. 86 3.1.13. CÁLCULO PARA EL DISEÑO DE LOS RESORTES 3.1.13.1. Cálculo para Diseñar el Resorte. El cálculo de estos resortes helicoidales se basa en la suposición de que la carga está dirigida a lo largo del eje del resorte, de allí que, las únicas cargas a ser consideradas sobre cualquier sección del resorte son: la carga P que produce flexión y el momento torsor M que la gira (Ver figura 3.22). Figura 3.22 Resorte Helicoidal Donde: D: diámetro del resorte entre las fibras neutras. d: diámetro del alambre. p: paso de las espiras. N: número de espiras activas. Las fibras internas del resorte son las más esforzadas, puesto que aquí se suman los esfuerzos provocados por la carga P y los del momento M, (ver figura 3.23), por lo tanto se tiene: 87 Figura 3.23 Resultante de los esfuerzos a los que está sometido el resorte . ߬ ൌ Donde: ଼ గௗ య כቂͳ ଵ ଶ ቃ ߬: esfuerzo cortante. P: fuerza sobre el resorte. D: diámetro medio del resorte. d: diámetro del alambre. C: índice del resorte = . ௗ CONSIDERACIONES: 24 · Material: ASTM 227.24 · Extremos del resorte: Rebajados a escuadra. · Factor de seguridad: 1.2 < Fs< 2.5 · Longitud máxima: L < 4 veces el diámetro del resorte. J.E. SHIGLEY; Manual de Diseño Mecánico; 4ta edición; McGraw-Hill Book Company; pág.477. [Ec. 3.59] 88 Tabla 3.2 Diámetros normalizados de alambres según DIN 2097 25 0.1 0.2 0.6 1.4 3.5 7.5 11.5 0.1 0.3 0.6 1.6 4.0 8.0 12.0 0.1 0.3 0.7 1.8 4.5 8.5 13.0 0.1 0.3 0.7 2.0 5.0 9.0 14.0 0.1 0.4 0.8 2.3 5.5 9.5 16.0 0.2 0.4 0.9 2.6 6.0 10.0 0.2 0.5 1.0 2.9 6.5 10.5 0.2 0.5 1.2 3.2 7.0 11.0 Fuente: Manual de Diseño Mecánico. Elaboración: Propia. Estas consideraciones se las ha realizado tomando en cuenta que este tiene las características que más se acercan a nuestro diseño (ver tabla 3.2). Los extremos del resorte se los han considerado rebajados a escuadra ya que estos aseguran una mejor estabilidad y mejora la transferencia de carga hacia el resorte. El factor de seguridad se lo ha tomado de recomendaciones bibliográficas. Y la longitud máxima está en función del diámetro del resorte, evitando llegar a las condiciones de pandeo. Para el cálculo del resorte se parte de establecer valores de: · D: diámetro del resorte entre las fibras neutras. · p: paso de las espiras. Luego tomando valores para el diámetro del alambre, de acuerdo a valores normalizados, se llega a determinar C: Donde: D: diámetro medio del resorte [mm]. ܥൌ ܦ ݀ d: diámetro del alambre [mm]. 25 J.E. SHIGLEY; Manual de Diseño Mecánico; 4ta edición; McGraw-Hill Book Company; pág.477. 89 Para de ésta manera calcular el factor de multiplicación del esfuerzo cortante (Ks). ܭ௦ ൌ ͳ ଵ ଶ [Ec. 3.60] Ahora se determina la carga máxima a la que el resorte puede estar sometido (Pmáx). ܲ௫ ൌ ఛೌ గௗ య ଼ೞ [Ec. 3.61] Donde: Pmáx: carga axial máxima [N]. ߬ௗ : esfuerzo cortante máximo [N]. D: diámetro medio del resorte [mm]. d: diámetro del alambre [mm]. Ks: factor de multiplicación del esfuerzo cortante. Para poder establecer el valor de ߬ௗ es necesario determinar el valor de Sut. Donde: ܵ௨௧ ൌ ௗ [Ec. 3.62] Sut: resistencia última a la tensión [MPa]. A: constante [MPa]. d: diámetro del alambre [mm]. m: constante. Estos valores se toman de la tabla 10-1 y tabla 10-2 del libro de SHIGLEY (VER ANEXO G)26, escogiendo como material un alambre estirado duro. Una relación aproximada entre la resistencia de fluencia y la resistencia última a la tensión está dada por: 26 SHIGLEY, J.E.; Manual de Diseño Mecánico; 4ta edición; McGraw-Hill Book Company; pág.477 y 478. 90 Donde: ܵ௬ ൌ Ͳǡͷܵ௨௧ [Ec. 3.63] Sy: resistencia de fluencia [MPa]. Sut: resistencia última a la tensión [MPa]. Aplicando la teoría de la distorsión es posible estimar la resistencia de fluencia a la torsión. ܵ௦௬ ൌ Ͳǡͷܵ௬ Donde: [Ec. 3.64] ܵ௦௬ ൌ ߬ௗ Ssy: resistencia de fluencia a la torsión [MPa]. De la fórmula de la deflexión de un resorte se tiene que: Donde: ݕൌ ೣ [Ec. 3.65] y: deflexión del resorte [mm]. Pmáx: carga axial máxima [N]. k: constante del resorte [N/m]. De la fórmula de la constante del resorte se tiene que: Donde: k: constante del resorte [N/m]. ݇ൌ ௗరீ ଼య ே [Ec. 3.66] 91 d: diámetro del alambre [mm]. G: módulo de rigidez [MPa] = 79300 [MPa]. D: diámetro del resorte [mm]. N: número de vueltas o espiras activas. Igualando las ecuaciones 3.65 y 3.66, y despejando f/n se obtiene: ௬ Para determinar k*N se aplica: ே ൌ ଼ೣ య ௗరீ ݇ ܰכൌ ೣ ಿ [Ec. 3.67] [Ec. 3.68] Una vez conocido este producto se encuentra el número de espiras activas (N) ya que k es conocido. ݇௩ ൌ ʹǡʹͻ ܰ ൨ ݉݉ Como los extremos del resorte se los han considerado rebajados a escuadra el número total de espiras (NT) es: (ver figura 3.24) ்ܰ ൌ ʹ ܰ [Ec. 3.69] 92 Figura 3.24 Extremos de los resortes para distintas aplicación (Fuente: SHIGLEY, J.E.; Manual de Diseño Mecánico; 4ta edición; McGraw-Hill Book Company; pág.476). Entonces la longitud libre del resorte es: ܮൌ ሺܰ כሻ ݀ʹ כ [Ec. 3.70] Donde: L: longitud libre del resorte [mm]. N: número de espiras activas. p: paso del resorte [mm]. d: diámetro del alambre [mm]. Con estos valores se procede a realizar una tabla (Tabla 3.3) donde se itera valores de diámetro (D) y paso (p) para determinar las demás dimensiones del resorte, de manera que no sobrepase el valor admisible del esfuerzo cortante, que su longitud no sea mayor a la de pandeo, y tenga un factor de seguridad entre los valores recomendados. 93 Tabla 3.3 Valores para realizar la iteración de diferentes valores de diámetro del resorte (D) y paso (p) para determinar las demás dimensiones del resorte. P [mm]: Lmáx[mm]: 13 180 Pmin [N]: 1157.2 D [mm]: 45 d [mm] C Ks Sut [Mpa] Sy [Mpa] Ssy [Mpa] Pmáx [N] f/na [mm] k*na [N/mm] na nt L [mm] f.s. 2 22.5 1.02 1531.9 1149.0 662.9 45.28 25.92 1.75 0.1 2.1 4.81 0.04 2.3 19.6 1.03 1491.4 1118.5 645.4 66.82 21.87 3.06 0.1 2.1 6.02 0.06 2.6 17.3 1.03 1456.7 1092.5 630.4 93.97 18.83 4.99 0.2 2.2 7.52 0.08 2.9 15.5 1.03 1426.5 1069.8 617.3 127.28 16.48 7.72 0.3 2.3 9.39 0.11 3.2 14.1 1.04 1399.7 1049.8 605.7 167.27 14.61 11.45 0.4 2.4 11.72 0.14 3.5 12.9 1.04 1375.9 1031.9 595.4 214.44 13.09 16.39 0.6 2.6 14.62 0.19 4 11.3 1.04 1341.0 1005.8 580.3 310.33 11.10 27.95 1.0 3.0 21.00 0.27 4.5 10.0 1.05 1311.1 983.3 567.4 429.69 9.60 44.78 1.6 3.6 29.82 0.37 5 9.0 1.06 1284.8 963.6 556.0 574.58 8.42 68.24 2.4 4.4 41.73 0.50 5.5 8.2 1.06 1261.5 946.1 545.9 746.96 7.48 99.92 3.6 5.6 57.46 0.65 6 7.5 1.07 1240.6 930.5 536.9 948.73 6.70 141.51 5.1 7.1 77.80 0.82 6.5 6.9 1.07 1221.7 916.3 528.7 1181.68 6.06 194.91 7.0 9.0 103.62 1.02 7 6.4 1.08 1204.4 903.3 521.2 1447.53 5.52 262.17 9.4 11.4 135.89 1.25 7.5 6.0 1.08 1188.6 891.4 514.4 1747.96 5.06 345.49 12.4 14.4 175.63 1.51 8 5.6 1.09 1173.9 880.5 508.0 2084.57 4.66 447.24 16.0 18.0 223.95 1.80 8.5 5.3 1.09 1160.4 870.3 502.1 2458.88 4.31 569.98 20.4 22.4 282.01 2.12 9 5.0 1.10 1147.7 860.8 496.7 2872.39 4.01 716.40 25.6 27.6 351.09 2.48 Fuente: Propia. Elaboración: Propia. De la tabla 3.3 se determina las dimensiones del resorte, las que se detallan en la figura 3.25. · d = 7,5 [mm]. · D = 45 [mm]. · p = 13 [mm]. · L = 175,63 [mm]. · NT = 14,4 ൎ14,5 Figura 3.25 Resorte seleccionado para la aplicación 94 3.1.13.2. Análisis de Pandeo. En un resorte sometido a compresión se puede presentar pandeo, cuando la longitud libre del resorte es mayor a cuatro veces el diámetro medio del resorte. L > 4D Para el presente caso se tiene: 173,63 [mm] < 4*45 [mm] 173,63 [mm] < 180 [mm] Por lo tanto el resorte no presenta pandeo. 3.1.13.3. Análisis de Resonancia. La resonancia se produce cuando la frecuencia natural a la que vibra el resorte es igual a la frecuencia a la que actúa la carga aplicada. La frecuencia natural de una espiral de acero expresada en ciclos por minuto se determina por: ݂ ൌ ଵସଵכௗ כே Donde: fn: frecuencia natural de una espira ቂ ௦ ௦ ቃ. d: diámetro del alambre [in] = 7,5 [mm] = 0,295 [in]. D: diámetro medio de la espira [in] = 45 [mm] = 1,772 [in]. N: número de espiras activas = 12,5. ݂ ൌ ͳͺǡͻ ݈ܿ݅ܿݏ ൨ ݏ [Ec. 3.71] 95 La frecuencia de la fuerza perturbadora es: ݂ ൌ ݓൌ ͳͲͲͲ ቂ ݒ݁ݎ ݈ܿ݅ܿݏ ቃ ൌ ͳǡ ൨ ݉݅݊ ݏ Entonces la frecuencia natural del resorte no coincide con la frecuencia de la fuerza perturbadora por lo que el resorte está libre de la zona de resonancia. ݂ ് ݂ 3.1.14. CÁLCULO Y DISEÑO DE LOS APOYOS DE SUSTENTACIÓN DEL BASTIDOR MÓVIL (FIG. 3.26) Figura 3.26 Apoyo de sustentación del Bastidor Móvil. La fuerza centrífuga causada por los contrapesos, y el bastidor móvil se transmiten a los 4 apoyos. Donde: ܳ ൌ ܲ ܨ Ͷ Q: carga que soporta cada apoyo [N]. P: peso de la máquina = 80 [kg] = 784 [N] Fc: fuerza centrífuga máxima = 3836, 7 [N] 96 ܳ ൌ ͳͳͷͷǡʹሾܰሿ 3.1.14.1. Consideraciones. Se toma como dato inicial las dimensiones del apoyo escogidas inicialmente para determinar el espesor de las mismas y del cordón de soldadura Estas se consideraran como vigas en cantiléver de sección variable, con carga uniformemente distribuida. 3.1.14.2. Diagrama de Cuerpo Libre. (Figura 3.27) Figura 3.27 Diagrama de Cuerpo libre para los Apoyos de sustentación del Bastidor Móvil. 3.1.14.3. Cálculos. Para el tipo de viga especificada se tiene: ݄ൌට Donde: b: espesor de la viga (placa). h: altura máxima de la viga = 64 [mm]. ଷொ ఙೌ [Ec. 3.72] 97 Q: carga total sobre la viga. L: luz de la viga = 100 [mm]. ߪௗ : esfuerzo admisible de flexión del material = 450 మ La carga Q total distribuida es igual a la carga máxima en el sentido vertical en cada soporte dividida por el número de escuadras. ܳ ൌ ͳͳͷͷǡʹሾܰሿ ʹ ܳ ൌ ͷͺሾܰሿ De modo que al despejar y reemplazar en la ecuación 3.72 se tiene: ܾ ൌ Ͳǡͻሾ݉݉ሿ El espesor requerido es demasiado delgado, por lo que se mantiene el valor previamente establecido de 3mm. Recalculando para este espesor, el esfuerzo que soportan las placas es de: ߪൌ ͵ܳܮ ܾ݄ଶ ߪ ൌ ͳͶ͵ǡͺ Lo que da un factor de seguridad de: ݊ൌ ݇݃ ൨ ܿ݉ଶ ͶͷͲ ൌ ͵ǡͳ͵ ͳͶ͵ǡͺ 98 3.1.15. CÁLCULO Y DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS APOYOS DEL BASTIDOR MÓVIL Para el diseño de la soldadura, se procede a calcular las dimensiones del cordón de soldadura. Figura 3.28 Diseño de la soldadura para los Apoyos de sustentación del Bastidor Móvil. La placa horizontal está sometida a un esfuerzo de flexión, el cual es máximo en la raíz de la junta del cordón de soldadura horizontal (Ver figura 3.28). Este valor varía desde un mínimo a un máximo de: Donde: ܯ௫ ൌ േܿ כ ܨሾܰ ȉ ݉݉ሿ Mmáx: momento máximo ሾܰ ȉ ݉݉ሿ F: fuerza vibratoria en cada soporte = 1155,2 [N] c: distancia hasta el extremo de la junta = 100 [mm] ܯ௫ ൌ േͳͳͷͷʹͲሾܰ ȉ ݉݉ሿ Además existe una fuerza de corte que varía alternativamente. ܸ௫ ൌ േͳͳͷͷǡʹܰ Ec. 3.73] 99 El módulo de la sección de la soldadura es: ܼ௪ ൌ Donde: ௗ ଶ ௗమ ଷ [Ec. 3.74] Zw: módulo de la sección [mm2]. b: ancho de la junta = 100 [mm]. d: alto de la junta = 64 [mm]. Entonces: ܼ௪ ൌ Ͷͷͷǡ͵͵ሾ݉݉ଶ ሿ ൎ Ͷͷͷሾ݉݉ଶ ሿ La carga debido a la flexión es: ݂ൌ ெೣ [Ec. 3.75] ೢ Donde: f: carga debido a la flexión ቂ ே ቃ ͺͲͲ݂݇݃ ȉ ݉݉ ͵͵͵݉݉ଶ ܰ ݂ ൌ ʹͷǡ͵ ൨ ݉݉ ݂ ൌ La fuerza de corte media es: ܨ ൌ ೢ Donde: Fc: fuerza cortante media ܮ௪ ൌ ʹ݀ ܾ ܮ௪ ൌ ʹʹͺ݉݉ [Ec. 3.76] 100 Entonces: ܨ ൌ ͷǡͲ ܰ ൨ ݉݉ La fuerza máxima en la junta soldada es la suma de la carga debido a la flexión y la carga de corte (ver figura 3.29): Figura 3.29 Fuerza Máxima de la Soldadura para los soportes de la Chumacera. ܨ௫ ൌ ඥ݂ ଶ ܨଶ ܨ௫ ൌ ʹͷǡͺ [Ec. 3.77] ܰ ൨ ݉݉ Considerando que la máquina debe tener una vida útil de 5 años y que debe trabajar 8 horas diarias a una velocidad de 1000r.p.m. se tiene que la soldadura debe resistir 900x106 ciclos. La fuerza permisible por pulgada para resistir 2*106 ciclos es: ݂ଶכଵల ൌ ହଽ ଵି ೖ మ ቂቃ [Ec. 3.78] 101 Donde: k = -1 (carga completamente invertida) Entonces: ݈ܾ ݈ܾ ݂ଶכଵల ൌ ͵͵ͻ͵ǡ͵͵ ൨ ൎ ͵͵ͻ͵ ൨ ݅݊ ݅݊ La resistencia a la fatiga expresada en función del número de ciclos por medio de la fórmula empírica es: ே ܨ ൌ ܨ ቀேಳ ቁ ಲ [Ec. 3.79] Donde: FA: resistencia a la fatiga para NA ciclos. FB: resistencia a la fatiga para NB ciclos = 3393 [lb/in] NB: 2*106 ciclos. NA: 900*106 ciclos. c: 0,13 La fuerza permisible por pulgada de soldadura, para 900*10 6 ciclos es: ܨଽכଵల ǡଵଷ ʹ Ͳͳ כ ൌ ͵͵ͻ͵ሾ݈ܾȀ݅݊ሿ ቆ ቇ ͻͲͲ Ͳͳ כ ݈ܾ ܨଽכଵల ൌ ͳͷ͵͵ǡͶ ൨ ݅݊ Finalmente la dimensión de la soldadura es: ݓൌ ி௨௭௫ ி௨௭௦ [Ec. 3.80] 102 Donde: w: dimensión de la soldadura [in]. Fuerza máxima = 25,30ቂ ࡺ ቃ = 144,46 ቂ ቃ Fuerza permisible = 1533,4ቂ ቃ ݓൌ ͻǡͶͶ ͳͷ͵͵ǡͶ ݓൌ ͲǡͲͻͶ݅݊ ൌ ʹǡ͵ͻ݉݉ Por facilidad de construcción se sobredimensiona el cordón de soldadura a un tamaño de: ݓൌ ʹǡͷ݉݉ Figura 3.30 Dimensiones finales del cordón de soldadura para los soportes de la chumacera. 3.1.16. SELECCIÓN DE PERNOS DE ANCLAJE. El perno de anclaje es un perno embutido en el hormigón para sujetar, fijar o asegurar un elemento estructural. CARACTERÍSTICAS: · La característica de autopenetración permite una mayor capacidad para transportar cargas que los anclajes mecánicos convencionales. 103 · Según el código AC193, está comprobado que garantiza un desempeño sobresaliente en concreto tanto fisurado como sin fisuras. · Es excelente para resistir cargas sísmicas y vibratorias. · La varilla de acero dúctil proporciona un desempeño constante y confiable. · El cono de cuña de bajo rozamiento y diseño especial minimiza la adherencia y acelera la instalación. · Se instala del mismo modo que un anclaje de cuña convencional; no se necesitan herramientas ni brocas especiales, tampoco una segunda perforación. MATERIALES: Varilla ASTM A193, Grado B7 o B7M con cono y casquillo de expansión SAE J403, Grado1144. SELECCIÓN Se selecciona un perno de anclaje Torq-Cut (ver ANEXO N), versión con ajuste previo, cuyas características son las siguientes: · ModeloTCAP370600, · Tamaño 3/8” X 6”, · Límite de fluencia (fya) 105 ksi, · Resistencia a la tensión (futa) 125 ksi, · Área de esfuerzo de tensión y corte mínima (Ase) 0.078 pulg2, · Rigidez axial en rango de cargas de servicio - Concreto sin fisuras 635,830 libras/pulg, · Rigidez axial en rango de cargas de servicio - Concreto fisurado 346,694 libras/pulg. 104 3.1.17. DISEÑO DE LAS TOLVAS. 3.1.17.1. Tolva grano fino y grano medio. Para la recolección del humus de grano fino y grano medio se realizan tolvas que tengan un ángulo de inclinación de 13°, con las siguientes dimensiones: Figura 3.31 Dimensiones de la tolva de grano fino y grano medio. Para seleccionar la plancha de la tolva se considera; que su función es la recolección de humus de lombriz; por lo que no se emplea acero inoxidable. Según el manual de DIPAC se selecciona una plancha PL 1200 x 2440 x 2 mm, la misma que tiene un peso de 46.74 Kg. NOTA: Tanto la tolva de grano fino como la tolva de grano medio poseen las mismas dimensiones. 105 3.1.17.2. Tolva grano grueso. Para la recolección de humus de grano grueso se realiza una tolva con las siguientes dimensiones: Figura 3.32 Dimensiones de la tolva de grano grueso. Para seleccionar la plancha de la tolva se considera; que su función es la recolección de humus de lombriz; por lo que no se emplea acero inoxidable. Según el manual de DIPAC se selecciona una plancha PL 1200 x 2440 x 2 mm, la misma que tiene un peso de 46.74 Kg. 3.1.18. CÁLCULO Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS. El diseño y análisis de la estructura se la realiza con la ayuda del programa SAP 2000. Para lo cual se parte de las siguientes consideraciones 3.1.18.1. Consideraciones. Las dimensiones establecidas son las previamente establecidas. El perfil de la estructura escogido es el UPN 80 según la norma EUROCODE. 106 Las cargas que actúan sobre dicha estructura son las que actúan sobre cada resorte; cuyo valor es la suma del peso del bastidor móvil y de la fuerza centrífuga debido al giro de la masa excéntrica. 3.1.18.2. Diseño de la Estructura. (ver figura 3.33) Figura 3.33 Diseño de la estructura de la máquina clasificadora de humus (SAP2000). 107 3.1.18.3. Diagrama de Fuerzas a Soportar. (ver figura 3.34) Figura 3.34 Representación de las fuerzas que soportara la estructura de la máquina clasificadora de humus (SAP2000). 3.1.18.4. Análisis de las Reacciones con SAP2000. (ver figura 3.35) Figura 3.35 Análisis de las reacciones que soportará la estructura de la máquina clasificadora de humus (SAP2000). 108 3.1.18.5. Análisis de la deformación. (ver figura 3.36) Figura 3.36 Análisis de las deformaciones que soportará la estructura de la máquina clasificadora de humus (SAP2000). 3.1.18.6. Análisis del Esfuerzo Axial. (ver figuras 3.37 y 3.38) Figura 3.37 Análisis del esfuerzo axial de la estructura de la máquina clasificadora de humus (SAP2000). 109 Figura 3.38 Diagrama del esfuerzo axial de la estructura de la máquina clasificadora de humus (SAP2000). 3.1.18.7. Análisis de Momentos. (ver figura 3.39) Figura 3.39 Diagrama de momentos de la estructura de la máquina clasificadora de humus (SAP2000). 110 3.1.18.8. Análisis del Factor de Seguridad. (ver figura 3.40) Figura 3.40 Análisis del factor de seguridad de la estructura de la máquina clasificadora de humus (SAP2000). 3.1.18.9. Informe Técnico de la Estructura de la Máquina Clasificadora de Humus. 3.1.18.9.1. Datos de Entrada. Tabla 3.4 Definiciones de combinación. Combinación DSTL1 DSTL2 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tipo Linear Add Linear Add Designación Yes Yes Tipo Linear Static Linear Static Nombre DEAD DEAD Escala 1,400000 1,000000 111 Tabla 3.5 Propiedades del material. Material Tipo 4000Psi A36 A992Fy50 Concrete Steel Steel Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tabla 3.6 Propiedades mecánicas básicas. Peso Material Masa E1 G12 Kgf/mm3 Kgf-s2/mm4 Kgf/mm2 2,40E-06 2,45E-10 2534,564 A36 7,85E-06 8,00E-10 A992Fy50 7,85E-06 8,00E-10 4000Psi A1 U12 Kgf/mm2 1/C 1056,068 0,2 9,90E-06 20389,019 7841,93 0,3 1,17E-05 20389,019 7841,93 0,3 1,17E-05 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tabla 3.7 Propiedades del acero. Material Fy Kgf/mm Fu 2 Kgf/mm EffFy 2 Kgf/mm EffFu 2 Kgf/mm2 A36 25,311 40,778 37,966 44,856 A992Fy50 35,153 45,7 38,669 50,269 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tabla 3.8 Conjunto cargas - fuerza. F1 F2 F3 Kgf Kgf Kgf GLOBAL 0 0 -1200 DEAD GLOBAL 0 0 -1200 19 DEAD GLOBAL 0 0 -1200 20 DEAD GLOBAL 0 0 -1200 Punto Cargas Sistema 17 DEAD 18 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. 112 Tabla 3.9 Propiedades de la sección. UPN80 t3 t2 tf tw Mm mm mm mm 80 45 8 6 Tipo Material Sección A36 Channel Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tabla 3.10 Propiedades de la sección. Sección UPN80 Área Inercia Peso mm2 mm4 Kgf 1102 19970 87,67 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. 3.1.18.9.2. Datos de Salida. Tabla 3.11 Desplazamientos. Punto U1 U2 U3 mm mm mm -0,000028 -0,001887 -0,654341 Combination -0,00004 -0,002642 -0,916077 Combination -0,000028 -0,001887 -0,654341 F1 F2 F3 Tipo Kgf Kgf Kgf Caso Tipo 19 DEAD LinStatic 19 DSTL1 19 DSTL2 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tabla 3.12 Reacciones. Punto Caso 1 DEAD LinStatic 0,57 64,04 1221,92 1 DSTL1 Combination 0,8 89,66 1710,69 1 DSTL2 Combination 0,57 64,04 1221,92 3 DEAD LinStatic -0,57 64,04 1221,92 3 DSTL1 Combination -0,8 89,66 1710,69 3 DSTL2 Combination -0,57 64,04 1221,92 …/ 113 Tabla 3.12 Reacciones (Continuación). F1 F2 F3 Punto Caso Tipo Kgf Kgf Kgf 5 DSTL1 Combination 0,8 -89,66 1710,69 5 DSTL2 Combination 0,57 -64,04 1221,92 7 DEAD LinStatic -0,57 -64,04 1221,92 7 DSTL1 Combination -0,8 -89,66 1710,69 7 DSTL2 Combination -0,57 -64,04 1221,92 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tabla 3.13 Resumen de datos del perfil UPN80. Perfil Sección Tipo mm ErrMsg WarnMsg 1 UPN80 2 Advertencia Radio Combo Ubicación Column No Messages 0,446279 DSTL1 850 UPN80 Column No Messages 0,446279 DSTL1 850 3 UPN80 Column No Messages 0,446279 DSTL1 850 4 UPN80 Column No Messages 0,446279 DSTL1 850 5 UPN80 Beam No Messages 0,000959 DSTL1 0 6 UPN80 Beam No Messages 0,000959 DSTL1 878 7 UPN80 Beam No Messages 0,257566 DSTL1 1612 9 UPN80 Beam No Messages 0,257566 DSTL1 1612 10 UPN80 Beam No Messages 0,000853 DSTL1 0 11 UPN80 Beam No Messages 0,000869 DSTL1 0 12 UPN80 Beam No Messages 0,000869 DSTL1 439 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. 114 3.2. SELECCIÓN DE ELEMENTOS NORMALIZADOS Y EXISTENTES PARA LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. La Normalización es un conjunto de reglas destinadas a especificar, unificar y simplificar los distintos componentes de un conjunto de elementos. De ésta forma la elección de componentes es más intuitiva y se sabe que si al pedir un tornillo u otro elemento normalizado según norma no da lugar a confusiones. Las Normas de designación se refieren a la forma de nombrar a los elementos y concierne principalmente a los elementos normalizados (lengüetas, tuercas, tornillos, arandelas, pasadores, etc.) El empleo de las Normas es muy ventajoso, sobre todo porque los elementos normalizados no hacen falta dibujarlos en los despieces que se ahorra tiempo y se evitan investigaciones inútiles. 3.2.1. LISTADO DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. · Motor WEG 0.5 hp 1750. · Polea en V, de un canal, diámetro 3''. · Polea en V, de un canal, diámetro 5''. · Banda en V, trapezoidal, A 22x 617 mm. · Chumacera SKF SY25FM. · Perno de anclaje Modelo TCAP370600, 3/8” X 6”, · Pulsador on/off. · Perfil de acero estructural UPN 80. · Malla grado 2 mm. · Malla grado 4 mm. · Prisionero M10 X 1,5 (DIN 1030). con lo 115 3.3. CÁLCULO Y DISEÑO PARA LOS ELEMENTOS DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. Para la realización de los cálculos se ha tomado las siguientes consideraciones: · Capacidad de la bolsa= 35kg. · Número de bolsas= 35 bolsas · Cantidad a empacar = 35kg. * 35 bolsas = 1225kg. · Cantidad desecho= 275kg. · Cantidad total= Cantidad a empacar + Cantidad desecho Cantidad total= 1225kg. + 275kg. = 1500kg/h · Ángulo de elevación de la transportadora = 60º · Longitud a transportar = 1.4 m · La banda es : Nilón HR , (estilo de la banda FLAT TOP) · Ancho de la banda = 0.370 m · Dimensiones del cangilón: 370 x 75 x 40 mm; 27 Donde: Ancho del cangilón = 370 mm Alto del cangilón = 40 mm Profundidad del cangilón = 75 mm Nota: La cantidad de cangilones puede variar según la velocidad a transportar y el motorreductor a seleccionar, esto se lo realiza de manera iterativa dependiendo de la potencia, torque y cantidad empacada en una hora. 27 Manual de Ingeniería de las Bandas Transportadoras, Intralox, pág. 5, 10, 25,215-222 116 3.3.1. CÁLCULO DEL ÁREA Y VOLUMEN DEL MATERIAL A TRANSPORTAR. ܣൌ݄ܾכ ܸ ൌܿכܣ Donde: A: Área del material [m2]. V: Volumen del material [m3]. h: altura del material [m] = 0,04 [m]. b: base del material [m] = 0,37 [m]. c: profundidad del material [m] = 0,075 [m]. A= 0.04*0.37 A= 0.0148 [m2] V= 0.0148*0.075 V= 0.00111 [m3] Los cangilones tienen la capacidad de transportar un 75% 28 del volumen total, es así que se tiene que el volumen de material real (Vr) a transportar por cangilón es de: Vr= 0,75*V Vr= 0,75*0,00111 [m3] Vr= 8,325*10-4[m3] 28 HUDSON, Wilbur; Conveyors and Related Equipment; 3ª edición; New York, 1954 117 3.3.2. CÁLCULO DEL VOLUMEN DE 14 CANGILONES LLENOS. Después de un proceso iterativo, se determina que se necesitan 14 cangilones. En dicho proceso iterativo primero se calcula para 7 cangilones, pero como no se logra satisfacer las necesidades se lo modifica valor a valor hasta llegar a un número adecuado de cangilones. Nota: Para realizar las iteraciones se debe primero partir de un número “X” de cangilones y calcular todos los pasos siguientes, al acabar los cálculos se debe comprobar la respuesta y si no satisface se debe modificar el valor “X” y empezar los cálculos nuevamente. Donde: ܸଵସ ൌ ͳͶ ܸ כ V14 : Volumen de los 14cangilones llenos de Humus [m3]. ܸଵସ ൌ ͲǡͲͳͳሾଷ ሿ 3.3.3. CÁLCULO DEL NÚMERO DE VUELTAS POR HORA. En una vuelta completa se tienen 14 cangilones llenos de humus. Ǥ ܰι ݏ݁ܿ݁ݒൌ Ǥ ଵ כఘ Donde: N°veces: número de veces que la cinta debe girar por hora. cap: capacidad de humus requerido en una hora[m3] =1500 [kg/h] Vtotal: volumen total [m3] = 0,01166[m3] ρ: densidad del humus [g/cm3] = 0,6036 [g/cm3] = 603,6 [kg/m3]30 29 Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. Anexo H: Propiedades del humus de lombriz: https://www.eseia.cl 30 [Ec. 3.81]29 118 Se procede a calcular el número de vueltas por hora: ܰ͑ ݏ݁ܿ݁ݒൌ ͳͷͲͲ݇݃Ȁ݄ ͳ כ ଷ ͲǡͲͳͳ݉ Ͳ͵ǡ݇݃Ȁ݉ଷ ܰ͑ ݏ݁ܿ݁ݒൌ ʹͳ͵ݏܽݐ݈݁ݑݒȀ݄ܽݎ 3.3.4. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD NECESARIA. Para el cálculo de la velocidad necesaria, se debe tener el dato de la capacidad volumétrica de nuestra cinta transportadora. Dato que por lo demás siempre es conocido ya que es la cantidad de material a descargar por hora. ܸ ൌ ܰιܮ כ ݏ݁ܿ݁ݒ [Ec. 3.82]31 Donde: V: velocidad [m/h] N°veces: número de veces que la cinta debe girar por hora = 213 veces/hora. L: largo de la cinta [m] = 1.4[m] ݉ ܸ ൌ ʹͻͺǡʹ ቂ ቃ ݄ Para efectos de cálculo la velocidad debe estar en unidades de m/s, por lo tanto se realiza la conversión necesaria. ݉ ܸ ൌ ͲǡͲͺ͵ ቂ ቃ ݏ 31 Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. 119 3.3.5. CÁLCULO DEL PESO A TRANSPORTAR. El cálculo del peso a transportar permite obtener la capacidad que la cinta realmente debe transportar. ܲ ݏ݊ܽݎݐൌ [Ec. 3.83]32 భ Donde: Ptrans.: peso a transportar [kg/h] C: capacidad a cargar por hora [kg/h] = 1500 [Kg/h] Z1: coeficiente corrección de inclinación. Para el coeficiente Z1, es posible obtener su valor mediante el conocimiento del ángulo, es decir, el valor angular de inclinación de la banda transportadora. Z1 = seno (ߙ) Donde: ߙ : ángulo de inclinación de la banda transportadora = 60º Z1 = 0,866 Se procede a calcular el peso a transportar: ܲ ݏ݊ܽݎݐൌ ͳ͵ʹǡͳ 32 ݇݃ ൨ ݄ Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. 120 3.3.6. CÁLCULO DE LA POTENCIA EN EL EJE MOTRIZ. ర כככሾଷǡכሺభ ାమ ାయ ሻכାర ሿ ଷ ܲ௧ ൌ ర כ ଷ [Ec. 3.83]33 Donde: Pt: potencia del eje motriz [Kw] C4: factor en función del largo de cinta. = 1 34 35 f: factor de rozamiento = 0,28 L: largo de la cinta [m] = 1,4[m] K1: peso de la banda [Kg/m] K2: peso de los ejes de carga [Kg/m] K3: peso de los ejes de retorno [Kg/m] K4: peso a transportar [Ton/h] V : velocidad [m/s] = 0,083 [m/s] h: altura a transportar el material [m] = 1,86 [m] Cálculo del factor K1: K1 = (A*L*C1) / L= (A*C1) [Ec. 3.84] Donde: A = ancho de la banda [m] = 0.37 m C1 = peso de la banda por metro cuadrado [kg./m2] = 6.8 [kg./m2]36 K1 = (A*C1) = (0.37*6.8) = 2,52 [Kg/m] Cálculo del factor K2: 33 ܭଶ ൌ ߩ݈כ ʹܦכߨכ Ͷܮכ Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. Revista Tecnológica. Vol.16, No.1, Junio 2003 35 Manual de Ingeniería de las Bandas Transportadoras, Intralox, pág. 31 36 Manual de Ingeniería de las Bandas Transportadoras, Intralox, pág. 25 34 [Ec. 3.85] 121 Donde: ߩ = densidad del material (acero) = 7850 [Kg/m3] D= 2R = diámetro del eje [m] = 0,060 [m] l = largo del eje [m] = 0,54[m] L = largo de la banda (m) = 1,4 m ݇݃ ݉ ܭଶ ൌ ͺǡͷ ቈ Cálculo del factor K3: ܭଷ ൌ ʹ ܭ כଶ 37 [Ec. 3.86] ݇݃ ݉ ܭଷ ൌ ͳǡͳʹ ቈ Cálculo del factor K4: ܭସ ൌ ೝೌೞ ଵ [Ec. 3.87]38 Donde: Ptrans: peso a transportar [kg/h] = 1732,1[kg/h] ܭସ ൌ ͳǡ͵ʹ ܶ݊ ݄ Se procede a calcular la potencia en el eje motriz: 37 ܲ ݐൌ ͲǡͲʹ Se estableció esta relación ya que los ejes poseen las mismas propiedades, característica y geometría; se utilizarán dos ejes que permiten el movimiento y retorno de la banda. 38 Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. 122 Transformando la potencia a hp se tiene: ܲ ݐൌ ͲǡͲʹ 3.3.7. CÁLCULO DE LA POTENCIA MOTRIZ NECESARIA. ܲ ൌ ఎ [Ec. 3.88]39 Donde: Pm: potencia motriz necesaria [kW] Pt: potencia eje motriz [kW] = 0,02 [kW] ߟ: rendimiento (89% = 0,89).40 Se procede a calcular la potencia motriz necesaria: ܲ݉ ൌ ͲǡͲʹʹܹ݇ Transformando la potencia motriz a hp se tiene: ܲ݉ ൌ ͲǡͲ͵ Con el cálculo de la potencia motriz necesaria se puede realizar la selección del motorreductor mediante catálogo; aunque se recomienda calcular la potencia efectiva, ya que éste valor es un mejor indicador de la potencia real necesaria que debe entregar el motorreductor. 39 Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. HUDSON, Wilbur; Conveyors and Related Equipment; 3ª edición; New York, 1954 40 123 3.3.8. CÁLCULO DE LA POTENCIA EFECTIVA. El cálculo realizado anteriormente, (potencia motriz necesaria), permite realizar la selección del motor que se va a utilizar, este motor nos entrega una potencia diferente a la obtenida por cálculo (generalmente mayor), por esto se debe calcular la potencia efectiva de este motor dada por la siguiente fórmula. ܲ௧௩ ൌ ܲ ߟ כ [Ec. 3.89]41 Donde: Pefectiva : potencia efectiva [kW] Pm: potencia motriz necesaria [kW] = 0,03 [hp] = 0,022 [kW]42 ߟ: rendimiento (80.1% = 0.801). 43 Se procede a calcular la potencia efectiva: ݂ܲ݁݁ܿ ܽݒ݅ݐൌ ͲǡͲͳሾܹ݇ሿ Transformando la potencia efectiva a hp se tiene: ݂ܲ݁݁ܿ݅ ܽݒൌ ͲǡͲʹͶሾሿ La potencia motriz efectiva mínima es de 0,024 [hp], por lo que se puede escoger un motorreductor de mayor potencia, con lo cual queda sobredimensionado, permitiendo que la cantidad de humus por hora sea mayor a la requerida. Por lo tanto se va a elegir un motorreductor de 0,5 hp (VER ANEXO I). Recalculando la potencia efectiva con el valor de la potencia entregada por el motorreductor (Pm = 0,5 [hp] = 0,37285 [kW]) se tiene: 41 Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. Catálogo de motorreductores (ver Anexo I) 43 HUDSON, Wilbur; Conveyors and Related Equipment; 3ª edición; New York, 1954 42 124 ݂ܲ݁݁ܿ ܽݒ݅ݐൌ Ͳǡ͵ሾܹ݇ሿ Transformando la potencia efectiva a hp se tiene: ݂ܲ݁݁ܿ ܽݒ݅ݐൌ ͲǡͶሾሿ 3.3.9. CÁLCULO DE LA FUERZA PERIFÉRICA EN EL EJE. Para calcular la fuerza periférica en el eje motriz se emplea la siguiente fórmula: ܨ௧ ൌ ೡೌ כଵ [Ec. 3.90]44 Donde: Fpt: fuerza periférica en el eje [N] Pefectiva: potencia efectiva entregada por el motorreductor [kW] = 0,3 [kW] V: velocidad [m/s] = 0,083 [m/s] Se procede a calcular la fuerza periférica en el eje: ݐܨൌ ͵ͳͶǡͶሾܰሿ 44 Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. 125 3.3.10. CÁLCULO DE LA TENSIÓN MÁXIMA EN LA BANDA TRANSPORTADORA. Para calcular la tensión máxima en la banda se emplea la siguiente fórmula: ܨଵ ൌ ͳܥ כ ݐܨ Donde: [Ec. 3.91]45 F1: tensión máxima en la banda [N] Fpt: fuerza periférica en el tambor [N] = 168,7[N] C1: factor en función del ángulo de abrazamiento y tipo de eje = 0,2 46 Se procede a calcular la tensión máxima en la banda: ͳܨൌ ʹʹǡͺͻሾܰሿ Se procede a verificar si la banda seleccionada posee la resistencia suficiente para soportar el trabajo a realizar. Es así que se tiene la siguiente fórmula: ܥଶ ൌ ிభ [Ec. 3.92]47 Donde: C2: resistencia de la banda [kg/m] F1: tensión máxima en la banda [N] = 722,89[N] A: ancho de la banda [m] = 0,370 [m] Se procede a calcular la resistencia que debe tener la banda: ܥଶ ൌ ͳͻͻǡʹ 45 ݇݃ ൨ ݉ Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. Revista Tecnológica. Vol.16, No.1, Junio 2003 47 Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. 46 126 Para éste cálculo debe cumplirse que: ிభ ܥଶ ௧ [Ec. 3.93]48 El valor de C2 calculado se compara con el valor de tabla de C2 = 1790 kg/m49 ܥଶ௨ௗ ൏ ܥଶ௧ ͳͻͻǡʹ ݇݃ ݇݃ ൨ ൏ ͳͻͲ ൨ ݉ ݉ Por lo tanto la banda resiste, ya que su valor es 9 veces mayor que el calculado. 3.3.11. CÁLCULO DEL TORQUE EN EL EJE MOTRIZ. Para calcular el torque en el eje motriz se emplea la siguiente fórmula: ܶൌ ଶଶହכு כగ Donde: T: torque en el eje del tambor motriz [Kg*cm] H: potencia efectiva elegida [cv] = 0,4[hp] = 0,41[cv] n: revoluciones por minuto de salida [r.p.m.] = 20,1 [r.p.m.] ܶ ൌ ͳͶͳሾ݉ܿ כ ݃ܭሿ Transformando el valor del torque a unidades inglesas se tiene: ܶ ൌ ͳʹͺሾ݈ܾ ݊݅ כሿ 48 Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. Manual de Ingeniería de las Bandas Transportadoras, Intralox, pág. 25 50 Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras. 49 [Ec. 3.94]50 127 El torque entregado por el motorreductor seleccionado es de T= 1590 [lb*in], por lo tanto satisface el requerimiento, ya que es mayor que el valor del torque calculado. 3.3.12. CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE POLEAS, BANDAS, CATALINAS Y CADENAS PARA LA TRANSMISIÓN DE LA UNIDAD TRANSPORTADORA DE HUMUS. CONSIDERACIONES · Potencia entregada por el motorreductor = 0,5 [hp] · Revoluciones por minuto = n = 20,1 [r.p.m.] · Relación de transmisión = 1:1 3.3.12.1. Cálculos para la Banda y Poleas del Motor – Eje Motriz. 3.3.12.1.1. Selección del tipo de Banda a utilizar para la Transmisión de la Potencia. Se selecciona un perfil de banda tipo B. Esta selección se la ha realizado por medio del cuadro de perfiles de bandas (VER ANEXO B), en el cual influye para la selección: las revoluciones por minuto (r.p.m.) y la potencia máxima a transmitirse [hp]. PERFIL DE BANDA: TIPO B 3.3.12.1.2. Selección de las Poleas. Una vez ya seleccionado el tipo de banda, se procede a escoger del catálogo de poleas la más adecuada, teniendo en consideración para ésta selección el tipo de banda, diámetro primitivo y número de canales que se requiera. De ésta manera se elige poleas tipo SPB y dentro del rango que presenta este tipo de poleas se escoge la de diámetro primitivo de 112 mm (VER ANEXO C). 128 · Tipo de polea: SPB. · Diámetro primitivo: 112[mm]. · Cantidad: 2 poleas de 1 canal. · Diámetro máximo del agujero: 32 [mm]. · Diámetro mínimo del agujero: 12 [mm]. · Ancho de la polea: 35 [mm]. 3.3.12.1.3. Cálculo de la Longitud de Paso. Ya seleccionado el tipo de banda, se procede a calcular la longitud de paso con la finalidad de escoger dentro del tipo de perfil de las bandas en B la más adecuada para la transmisión de la potencia. ܮൌ ʹ ܥ ͳǤͷሺ ܦ ݀ሻ ሺିௗሻమ ସ [Ec. 3.95] Donde: Lp: Longitud de paso de la banda [mm] C: Distancia entre centros [mm] = 500[mm]. D: Diámetro de la polea mayor [mm]= 112 [mm]. d: Diámetro de la polea menor [mm]= 112 [mm]. Nota: La relación de transmisión es de 1:1, el diámetro de la polea mayor (D) es igual al diámetro de la polea menor (d). ܮൌ ʹ ܥ ͳǡͷሺ ܦ ݀ሻ ܮൌ ͳ͵ͷͳǡ݉݉ Con éste valor se procede a buscar dentro de la amplia gama de las bandas tipo B aquella que esté cerca del valor calculado. Es así que se escoge una banda: B50. 129 3.3.12.1.4. Determinación del ángulo de contacto de la banda (θs). Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley: ࡰିࢊ ࣂ࢙ ൌ ࢉ࢙ି ቀ ቁ [Ec. 3.96] Donde: θs: ángulo de contacto de la banda [°]. D: diámetro de la polea mayor [mm] = 112 [mm]. d: diámetro de la polea menor [mm] = 112 [mm] . C: distancia entre los centros de las poleas [mm] = 500[mm]. ͳͳʹ െ ͳͳʹ ߠ௦ ൌ ʹܿି ݏଵ ൬ ൰ ʹ כͷͲͲ ߠ௦ ൌ ͳͺͲι 3.3.12.1.5. Cálculo de la Potencia Nominal. Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley: ଵ ܪ ൌ ቂܥଵ െ ௗమ െ ܥଷ ሺ݀ כ ݎሻଶ െ ܥସ ሺ݀ כ ݎሻቃ ሺ݀ כ ݎሻ ܥଶ ݎቀͳ െ ቁ ಲ [Ec. 3.97]51 Donde: Hr: Potencia Nominal [hp] r: número de r.p.m. del eje de alta velocidad, dividido entre 1000 KA: factor de relación de velocidades. 52 C1, C2, C3 y C4: Constantes que dependen de la sección transversal banda.53 d: diámetro de paso de la polea menor [mm] = 112 [mm] n: número de revoluciones por minuto [r.p.m.] = 20,1 [r.p.m.] 51 SHIGLEY, Joseph;Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809 SHIGLEY, Joseph;Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 810; tabla 17-6 53 SHIGLEY, Joseph;Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809; tabla 17-5 52 de la 130 Calculando r se tiene que: ݎൌ ଵ [Ec. 3.98]54 ݎൌ ͲǡͲʹͲͳሾݎǤ Ǥ ݉Ǥ ሿ Cálculo para hallar KA: ʹͳͳ ܦ ൌ ൌͳ ݀ ͳͳʹ Con ésta relación de diámetros de poleas se puede establecer el valor de KA por medio de la tabla 17-6 del libro de Shigley. Entonces: KA = 1 Cálculo para hallar C1, C2, C3 y C4: Del libro de Shigley, tabla 17-5 se obtienen los siguientes datos: C1 = 1.506 C2 = 3.520 C3 = 4,193 * (10)-4 C4 = 0,2931 Se procede a calcular la potencia nominal (Hr): ݎܪൌ ͵ǡͲͺሾ݄ሿ 54 SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809. 131 3.3.12.1.6. Cálculo de la Potencia Corregida. Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley: ܪԢ ൌ ݇ଵ ݇ଶ ܪ [Ec. 3.99]55 Donde: H´r: potencia corregida K1: factor de corrección según el ángulo de contacto = 1 56 K2: factor de corrección por longitud = 0,99034 (interpolando)57 Hr: Potencia Nominal [hp] ܪƲ ൌ ͵ǡͲͷ݄Ȁܾܽ݊݀ܽ 3.3.12.1.7. Cálculo de la Potencia De Diseño. Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley: ܪ௦Ó ൌ ܲ௧ௗ௨௧ ݂ כ௦ [Ec. 3.100]58 Donde: Hdiseño: potencia de diseño [hp] Pmotorreductor: potencia entregada por el motorreductor [hp] = 0,5 [hp] fs: factor de servicio = 1,3 59 Calculando se obtiene: 55 ܪ௦Ó ൌ ͲǤͷሾ݄ሿ SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 810; Figura 17-4 SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 810; Figura 17-4 SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 812; tabla 17-8 58 SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809 59 Valor obtenido del catálogo de bandas (VER ANEXO A) 56 57 132 3.3.12.1.8. Cálculo del número de Bandas. Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley: ܰιௗ௦ ൌ ுವೞÓ ுᇱೝ [Ec. 3.101]60 Donde: NºBandas: Cantidad de bandas para transmitir la potencia. Hdiseño : Potencia de diseño [hp] =0,65 [hp] H’r: Potencia corregida [hp] = 3,05[hp/banda] ܰ͑ ݏܽ݀݊ܽܤൌ Ͳǡʹͳܾܽ݊݀ܽݏ Por lo tanto se necesita 1 banda (VER ANEXO B). Se escoge una banda B50, cuya longitud de paso (o efectiva) es: Lp = 1341,12[mm]. 3.3.12.2. Cálculos y Diseño para el sistema de transmisión del Eje Motriz – Eje Conductor – Eje Retorno. Para la transmisión de torque de la máquina motriz a la máquina conducida, se elije utilizar el sistema de transmisión mediante cadenas de rodillos. Dependiendo de la potencia, posición de los ejes, relación de transmisión, sincronía y distancia entre ejes, la selección de la cadena y catalina puede variar. En las figuras 3.41, 3.42, 3.43 se detallan los elementos de una cadena de rodillos. 60 SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809 133 Figura 3.41 Cadena de rodillos y sus componentes principales (Fuente: Cadenas de rodillos. Tendencias de desarrollo y dimensionales según normas ISO 606). Figura 3.42 Cadena de rodillos simple DIN 8187(Norma Europea) (Fuente:www.cadenasmoblat.com). Figura 3.43 Sección de una cadena de rodillos simple DIN 8187(Norma Europea) (Fuente:www.cadenasmoblat.com). En la figura 3.44 se muestra una rueda dentada para cadena que impulsa una transmisión de cadena en sentido contrario al del reloj. Designando el paso de la cadena por , el ángulo de paso por ߛ y el diámetro de paso de la rueda (piñón) por ܦ. 134 Figura 3.44Conexión entre una cadena y una rueda dentada (Fuente: SHIGLEY, J.; Manual de Diseño Mecánico, 4 edición, pág. 817). CONSIDERACIONES: · Para una operación suave a velocidades moderadas y altas se considera buena práctica que la rueda motriz tenga por lo menos 17 dientes; desde luego, 19 o 21 dan una mejor vida útil con menos ruido en la cadena. En el caso de velocidades bajas se puede utilizar menor número de dientes pero se sacrifica la duración o esperanza de vida de la cadena. · Las ruedas de cadena impulsadas no se hacen en tamaños estándar con más de 120 dientes. · Las transmisiones más eficaces tienen relaciones de velocidad hasta de 6:1. · La cadena tiene que operar en condiciones de polvo. 135 3.3.12.2.1.1. Cálculo de la Relación de Transmisión. Se establece la relación de transmisión dividiendo las r.p.m. del eje motriz por las r.p.m. del eje accionado. ݅ൌ భ మ [Ec. 3.102] Donde: i: relación de transmisión. n1: velocidad del eje motriz [r.pm.] = 20,1[r.p.m.] n2: velocidad del eje motriz [r.pm.] = 20,1[r.p.m.] ݅ൌͳ 3.3.12.2.1.2. Cálculo de la potencia de Diseño. Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley: ܪ௦Ó ൌ ܲ௧ௗ௨௧ ݂ כ௦ Donde: Hdiseño: potencia de diseño [hp] Pmotorreductor: potencia entregada por el motorreductor [hp] = 0,5 [hp] fs: factor de servicio = 1,3 62 Calculando se obtiene: ܪ௦Ó ൌ Ͳǡͷሾ݄ሿ 61 ܪ௦Ó ൌ ͲǡͶͺͷሾܹ݇ሿ SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809 Valor obtenido del catálogo de bandas (VER ANEXO A) 62 [Ec. 3.103]61 136 3.3.12.2.1.3. Selección del tipo de Cadena de Rodillos a utilizar. El tipo de cadena y la cantidad de dientes necesarios en la catalina para transmitir la potencia de diseño debe ser determinado a partir de tablas o gráficas elaboradas en base a las rpm y a la potencia de diseño. Dichas tablas y gráficas son elaboradas por casas comerciales, fundamentándose en Normas para la creación de las mismas, por lo cual el cálculo es estándar a nivel mundial y no puede variar entre los diversos fabricantes. Los presentes cálculos se realizan con catálogo de la empresa JORESA, cuyo distribuidor en Ecuador es la empresa HIVIMAR (VER ANEXO J). CONSIDERACIONES: Hdiseño: potencia de diseño [hp] = 0,65 [hp] = 0,4847 [kW] n1: velocidad del eje motriz [r.pm.] = 20,1[r.p.m.] Z1: número de dientes de la rueda (catalina) = 19 dientes. Tabla 3.14 Rango de valores de paso y carga límite para cadena de rodillos Aplicación Motocicletas y bicicletas Máquinas agrícolas Máquinas para la industria del petróleo Maquinaria general Rango del paso (mm) Rango de carga límite de la cadena (N) 12,700…..15,875 7500 ….. 20000 15,875…..41,300 2000 ….. 160000 19,050…..63,500 38000 ….. 430000 8,000…..50,800 2000 ….. 160000 Fuente: Tendencias de desarrollo y dimensionales según Norma ISO 606. Elaboración: Propia. 137 Utilizando el gráfico de Potencia [kW] vs. Velocidad de la rueda [r.p.m.], (ANEXO J), se tiene como alternativas de cadena las siguientes opciones: · Cadena 62 – 12B simple: 62 – 12B1. · Cadena 52 – 10B doble: 52 – 10B2. · Cadena 52 – 10B triple: 52 – 10B3. Como la potencia a transmitir no es grande se elige como primera opción la cadena 62–12B simple: 62–12B1; para ésta cadena se tiene las siguientes características: Cadena 62–12B simple: 62–12B1 (VER ANEXO J): · Paso: p = 19,05 [mm] = 3/4 [pulg]. · Ancho: A = 11,68 [mm]. · Carga de rotura = 3200 [daN]. · Superficie de articulación = 0,90 [cm2]. Se busca con los datos conocidos los factores de corrección de la potencia, este cálculo se lo realiza para verificar que la cadena elegida es la adecuada. ܹ ൌ ܪ௦Ó ݂ܥ כଵ ݂ܥ כଶ ݂ܥ כଷ Ec. 3.104]63 Donde: Wc: potencia corregida [kW]. Hdiseño: potencia de diseño [kW] = 0,485 [kW]. Cf1: coeficiente de corrección por factor de trabajo. Cf2: coeficiente de corrección por el número de dientes (Z1) de la catalina. Cf3: coeficiente de corrección por la relación de transmisión y distancia entre centros. 63 Catálogo de Cadena de Rodillos (ANEXO J) 138 Para una cadena 62–12B1 se tiene los siguientes coeficientes de corrección de potencia: Coeficiente f1 = 1 [ANEXO J] Coeficiente f2 = 0,9 (para Z = 19 dientes). [ANEXO J] C: distancia entre centros [en pasos] ܥൌ ͳͶͲͲሾ݉݉ሿ ൌ ͵ǡͷሾݏݏܽሿ ͳͻǡͲͷሾ݉݉ሿ Coeficiente f3 = 1,026 (interpolando) [ANEXO J] Entonces la potencia corregida (Wc) es la siguiente: ܹ ൌ ͲǡͶͶͺሾܹ݇ሿ Se revisa nuevamente el gráfico del anexo J y se comprueba que la cadena 62– 12B1 permita transmitir la potencia corregida. Efectivamente, con ésta nueva potencia y a 20,1 r.p.m. la cadena a elegir cae dentro del rango de la 62–12B1. Por lo tanto la elección de dicha cadena es la adecuada. Se procede a calcular la velocidad lineal de la cadena: Donde: ܸൌ ௭భ భ ଵ V: velocidad lineal de la cadena [m/min]. p : paso = 19,05 [mm]. n1: velocidad del eje motriz [r.pm.] = 20,1[r.p.m.] Z1: número de dientes de la rueda conductora (catalina) = 19 dientes. 64 Catálogo de Cadena de Rodillos (ANEXO J) [Ec. 3.105]64 139 Entonces: ܸ ൌ ǡʹͺ ቂ ݉ ቃ ݉݅݊ Se procede a calcular la tensión ramal conductor: ܶൌ ଵଶכுವೞÓ [Ec. 3.106]65 Donde: T: tensión de la cadena [kg]. Hdiseño: potencia de diseño [kW] = 0,485 [kW]. V: velocidad lineal de la cadena [m/min] = 7,28 [m/min]. Entonces: ܶ ൌ ͶͲǡሾ݇݃ሿ Se procede a calcular el coeficiente de seguridad: ܭൌ ௗ௧௨௧×ௗௗ ௗ௧௨௨ௗௗௗ [Ec. 3.107]66 Donde: K: coeficiente de seguridad. Carga de rotura teórica de la cadena = 3200 [kg]67. Carga de rotura calculada de la cadena (tensión de la cadena) = 407,7 [kg]. Entonces: ܭൌ ǡͺͷ 65,66, 67 Catálogo de Cadena de Rodillos (ANEXO J) 140 Se procede a calcular la presión en las articulaciones: ݐൌ Donde: ் [Ec. 3.108]68 ௦ t: presión en las articulaciones [kg/cm2]. T: tensión de la cadena [kg] = 407,7 [kg]. S: superficie de la articulación [cm2] = 0,90 [cm2]. Entonces: ݐൌ Ͷͷ͵ ݇݃ ൨ ܿ݉ଶ Se procede a calcular la longitud de la cadena: ܮൌ ʹ ܥ ௭భ ା௭మ ଶ ሺ௭భ ି௭మ ሻమ ସగ మ [Ec. 3.109]69 Donde: L: longitud de la cadena [pasos] ó [mm]. C: distancia entre centros [pasos] = 1400 [mm] = 73,5 [pasos]. Z1: número de dientes de la rueda (catalina) conductora = 19 dientes. Z2: número de dientes de la rueda (catalina) conducida = 19 dientes. Entonces: ܮൌ ͳሾݏݏܽሿ ൌ ͵ͳʹǡ͵ሾ݉݉ሿ Con los datos de la cadena 62–12B1 se procede a ubicar una catalina que satisfaga dichos requerimientos (VER ANEXO K). 68, 69 Catálogo de Cadena de Rodillos (ANEXO J) 141 Se elige la catalina con las siguientes características: · Paso: p = 19,05 [mm] = 3/4 [pulg]. · Número de dientes: 19 dientes · Diámetro primitivo: Dp = 115,80 [mm]. · Diámetro exterior: De = 125,60 [mm]. · Diámetro máximo del eje: Dmáx. = 56 [mm]. · Diámetro mínimo del eje: Dmin. = 16 [mm]. 3.3.12.3. Cálculo del Eje Motriz de la Unidad Transportadora de Humus. El cálculo se lo realiza para un diseño estático, debido a que las revoluciones son bajas (n=20.1 [r.p.m.]) y el eje posee un diámetro de 60 [mm]. El eje va a estar sometido a flexión y torsión. Como el eje motriz va a ser mayormente afectado por las fuerzas, y la configuración de los ejes tanto motriz, conductor y de retorno es la misma, se concluye que al calcular dicho eje los otros dos quedad calculados con un factor de seguridad mayor que el que tiene el eje motriz. Datos: · Volumen cangilón vacío = 1,267x10-4 m3 · Volumen real de humus transportado por un cangilón = 8,325x10-4 m3 · Densidad del humus [g/cm3] : ρ = 0,6036 [g/cm3] = 603,6 [kg/m3] · Densidad del material de los cangilones: ߩ(aluminio) = 2770 [Kg/m3] Entonces: Donde: m: masa [kg]. ρ: densidad [kg/m3]. V: volumen [m3]. ݉ ൌ ߩܸכ [Ec. 3.110] 142 · Masa de un cangilón vacío: ݉Ǥ௩À ൌ Ͳǡ͵ͷͳሾ݇݃ሿ · Masa de un cangilón con humus: ݉Ǥା௨௨௦ ൌ ݉Ǥ௩À ݉௨௨௦௧௦௧× ݉௨௨௦௧௦௧× ൌ ͲǡͷͲʹሾ݇݃ሿ ݉Ǥା௨௨௦ ൌ Ͳǡͺͷ͵ሾ݇݃ሿ Peso: P = Peje + Pbanda/3 + P7cangilones llenos/3 + P7cangilones vacíos/3 P = (4,45 + 1,43 + (0,853*7)/3) + (0,351*7)/3)) [kg] * 9,81 P = 85,24[N]ൎ 86[N] Como éste peso se halla distribuido a lo largo del eje se tiene una fuerza distribuida de tal forma que se obtiene: W = P/L Donde: W: peso distribuido [kgf/m] P: peso total [N] = 86[N] L: longitud del eje sobre la cual se aplica la carga distribuida [m] =0.37 [m] Entonces: W = 232,43[N/m] 143 Transformando el peso distribuido (W) a [kgf/m] se tiene: W = 23,7 [ kgf/m]ൎ 24 [kgf/m] Momento torsor: ݐܯൌ ሾሿכ ఠ [Ec. 3.111] Donde: Mt: momento torsor [kgf*m] p: potencia del motorreductor [hp] = 0,5 [hp] ߱: Velocidad angular [rad/seg] = 20,1 [r.p.m.] = 2,104 [rad/seg] Se calcula el respectivo momento torsor: ݐܯൌ ͳͺǡͲሾ݇݃ ݉ כሿ Con éste valor del momento torsor se procede a calcular las tensiones. Donde: ݐܯൌ ሺܶଵ െ ܶଶ ሻ ܦ כଵ Mt: momento torsor [kgf*m]. ܶଵ : Tensión en la parte superior de la polea del eje motriz [kgf]. ܶଶ : Tensión en la parte inferior de la polea del eje motriz [kgf]. ܦଵ : Diámetro de la polea menor [m] = 0,112[m]. [Ec. 3.112] 144 Figura 3.45 Diagrama de tensiones actuantes sobre la polea y catalina del eje motriz. Cálculos: ͳͺǡͲሾ݇݃ ݉ כሿ ൌ ሺܶଵ െ ܶଶ ሻ Ͳ כǡͳͳʹሾ݉ሿ ሺܶଵ െ ܶଶ ሻ ൌ ͳͳǡʹͷሾ݂݇݃ሿ ܶଵ ൌ ͺܶଶ ͺܶଶ െ ܶଶ ൌ ͳͳǡʹͷሾ݂݇݃ሿ ܶଶ ൌ ʹ͵ǡͲͶሾ݂݇݃ሿ ܶଵ ൌ ͳͺͶǡ͵ʹሾ݂݇݃ሿ Para obtener la tensión total (TT) se tiene: ்ܶ ൌ ܶଵ ܶଶ Datos: W = 24 [kgf/m]. Mt = 18,06[kg*m]. TT = 207,36[kgf]. ்ܶ ൌ ʹͲǡ͵ሾ݂݇݃ሿ 145 3.3.12.3.1. Diagrama de Cuerpo Libre del Eje Motriz de la Unidad Transportadora de Humus. (ver figuras 3.46 y 3.47) Figura 3.46 Diagrama de Cuerpo Libre del eje motriz. Figura 3.47 Diagrama de las tensiones en la sección transversal del eje, provocadas por la banda y cadena de transmisión. 146 3.3.12.3.2. Cálculo de las tensiones en los ejes coordenados Y y Z respectivamente ܶଵ ൌ ܶଶ ൌ ʹͲǡ͵ሾ݂݇݃ሿ ܶଵ௬ ൌ ܶଶ௬ ൌ ʹͲǡ͵݂݇݃ ݊݁ݏ כሺͲሻ ൌ ͳͻǡͷͺ݂݇݃ ܶଵ௭ ൌ ܶଶ௭ ൌ ʹͲǡ͵݂݇݃ ݊݁ݏܿ כሺͲሻ ൌ ͳͲ͵ǡͺ݂݇݃ Sumatoria de fuerzas en el eje coordenado Y. σ ݕܨൌ Ͳ െܶଵ௬ ܶଶ௬ ܴ௬ െ ܹ ܴ௬ ൌ Ͳ െͳͻǡͷͺሾ݂݇݃ሿ ͳͻǡͷͺሾ݂݇݃ሿ ܴ௬ െ ͺǡͺͺሾ݂݇݃ሿ ܴ௬ ൌ Ͳ ܴ௬ ܴ௬ ൌ ͺǡͺͺሾ݂݇݃ሿ Sumatoria de momentos en el eje coordenado Y respecto al punto B. σ ܤܯൌ Ͳ ሺܶଵ௬ Ͳ כǡͶͺͷሻ െ ൫ܶଶ௬ Ͳ כǡͶͷͻͷ൯ െ ൫ܴ௬ Ͳ כǡͶ͵൯ ሺͺǡͺͺ Ͳ כǡʹͳͷሻ ൌ Ͳ ሺͳͻǡͷͺ Ͳ כǡͶͺͷሻ െ ሺͳͻǡͷͺ Ͳ כǡͶͷͻͷሻ െ ൫ܴ௬ Ͳ כǡͶ͵൯ ሺͺǡͺͺ Ͳ כǡʹͳͷሻ ൌ Ͳ ܴ௬ ൌ ͳʹǡ͵ሾ݂݇݃ሿ ܴ௬ ൌ െ͵ǡͶͻሾ݂݇݃ሿ El signo menos en la reacción ܴ௬ indica que el sentido de dicha reacción se encuentra opuesto al dibujado en la figura 3.46 del diagrama de cuerpo libre del eje motriz. 147 En las figuras 3.48 y 3.49 se muestran los diagramas de cortante y de momentos del eje respectivamente. Figura 3.48 Diagrama Cortante del eje motriz en el plano X-Y. 148 Figura 3.48 Diagrama Cortante del eje motriz en el plano X-Y. Figura 3.49 Diagrama de Momentos del eje motriz en el plano X-Y. Sumatoria de fuerzas en el eje coordenado Z. σ ݖܨൌ Ͳ ܶଵ௭ െ ܶଶ௭ െ ܴ௭ ܴ௭ ൌ Ͳ ܴ௭ ൌ ܴ௭ Sumatoria de momentos en el eje coordenado Z respecto al punto B. σ ܤܯൌ Ͳ ሺܶଵ௭ Ͳ כǡͶͺͷሻ െ ሺܶଶ௭ Ͳ כǡͶͷͻͷሻ െ ሺܴ௭ Ͳ כǡͶ͵ሻ ൌ Ͳ ሺͳͲ͵ǡͺ Ͳ כǡͶͺͷሻ െ ሺͳͲ͵ǡͺ Ͳ כǡͶͷͻͷሻ െ ሺܴ௭ Ͳ כǡͶ͵ሻ ൌ Ͳ ܴ௭ ൌ Ͷǡͷͺሾ݂݇݃ሿ 149 Entonces: ܴ௭ ൌ Ͷǡͷͺሾ݂݇݃ሿ En las figuras 3.50 y 3.51 se muestran los diagramas de cortante y de momentos del eje respectivamente. Figura 3.50 Diagrama Cortante del eje motriz en el plano X-Z. Figura 3.51 Diagrama de Momentos del eje motriz en el plano X-Z. 150 Cálculo del momento total: [Ec. 3.113]70 ܶܯൌ ඥܯ௭ଶ ܯ௬ଶ ܶܯൌ ඥͳͻͻǡͻʹଶ ͵ͶͳʹǡͲʹଶ ܶܯൌ ͵ͻ͵ͻǡͺሾ݂݇݃ ݉݉ כሿ ൌ ͵ͺͷͲሾܰ ݉݉ כሿ ൌ ͵ͺǡͷሾܰ ݉ כሿ Torque en el eje motriz: T= 1461 [kgf*cm] = 14610 [kgf*mm] = 143,32 [N*m] Material: Eje de acero AISI-1018 Sy = 370 MPa (53700 psi) Sut = 440 MPa (63800 psi) Factor de seguridad propuesto: n = 3 Cálculo del diámetro: ݀ ൌቈ ݀ ൌ ଷଶ గכௌ௬ כቀܯଶ ଷ் మ ସ ଵൗ ଶ ቁ ଵൗ ଷ [Ec. 3.114]71 ଶ ଵൗ ଶ ͵ʹ ͵ כ ͵ ͳ כͶ͵ǡ͵ʹ כቆ͵ͺǡͷଶ ቇ Ͷ ߨ ͵ כͲͲͲͲͲͲͲ ݀ ൌ ͲǡͲʹʹሾ݉ሿ ݀ ൌ ʹʹሾ݉݉ሿ 70 SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 735 SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 730 71 ଵൗ ଷ 151 El diámetro mínimo que debe tener la sección crítica del eje es de 22 mm. Por lo tanto se elige un diámetro de 30 mm para la sección crítica. 3.3.12.4. Cálculo y Diseño de la Lengüeta. Para los cálculos de la lengüeta se ha tomado en cuenta los siguientes aspectos: Material de la lengüeta: Acero A-37 Resistencia a la fluencia: ߪ ൌ ʹ͵ͷͲ ቂ Diámetro del eje: ൌ ͵Ͳ݉݉ మ ቃ Torque eje motriz: ܶ ൌ ͳͶ͵ǡ͵ʹሾܰ ݉ כሿ ൌ ͳͶͳሾ݂݇݃ ݉ܿ כሿ ൌ ͳͶͳͲሾ݂݇݃ ݉݉ כሿ Factor de seguridad: ܨ௦ ൌ ʹǡͺ Fuerza de corte: ܨ ൌ ܨ ൌ ଶ் ʹ ͳ כͶͳͲሾ݂݇݃ ݉݉ כሿ ͵Ͳሾ݉݉ሿ ܨ ൌ ͻͶሾ݂݇݃ሿ Esfuerzo de corte admisible: ߬ௗ ൌ ߬ௗ ൌ 72 [Ec. 3.115]72 ǡହכఙ Ͳǡͷ ͵ʹ כͷͲ ቂ ʹǡͺ [Ec. 3.116]73 ிೞ మ ߬ௗ ൌ ͶͺͶǡʹ ቃ ݂݇݃ ൨ ܿ݉ଶ SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 423-424 SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 423-424 73 152 Esfuerzo de corte admisible: ߬ௗ ൌ ி כ [Ec. 3.116]74 Figura 3.52 Diagrama de las fuerzas que actúan sobre una Lengüeta. De la tabla para la Industria Metalúrgica (prontuario pág. 139) se tiene los siguientes valores: Para un diámetro de 30 mm, que se halla en el rango de 22mm a 30mm se tiene: b=8mm h=7mm Se procede a calcular el largo de la lengüeta: ߬ௗ ൌ ͶͺͶǡʹ 74 Catálogo SKF (VER ANEXO F) ܨ ܾכܮ ݂݇݃ ͻͶሾ݂݇݃ሿ ൨ൌ ଶ ܿ݉ Ͳ כ ܮǤͺܿ݉ 153 ܮൌ ʹǤͷሾܿ݉ሿ ൌ ʹͷሾ݉݉ሿ Por lo tanto la longitud de la lengüeta es de 30 mm. 3.3.12.5. Cálculo para la selección de la Chumacera. 3.3.12.5.1. Cálculo de las Cargas Estáticas. Carga estática equivalente: ܲ ൌ ܺ ܨ ܻ ܨ [Ec. 3.117]75 ܲ ൌ ͲǤܨ ͲǤͷܨ [Ec. 3.118]76 ଶ ଶ ܨ ൌ ටܴ௬ ܴ௭ [Ec. 3.119]77 Donde: Po: Carga estática equivalente [N]. Fr: Carga radial real [N]. Xo: Factor radial. Yo: Factor axial. Si Po< Fr, se toma Po= Fr ܴ௬ ൌ ͳʹǡ͵ሾ݂݇݃ሿ ൌ ͳʹͳǡ͵ͷሾܰሿ 75 Catálogo SKF (VER ANEXO F) Catálogo SKF (VER ANEXO F) 77, 78 ܴ௭ ൌ Ͷǡͷͺሾ݂݇݃ሿ ൌ ͶͶǡͻ͵ሾܰሿ 154 ܨ ൌ ͳʹͻǡͶሾܰሿ ܨ ൌ Ͳሾܰሿ ܲ ൌ Ͳǡ ͻʹͳ כǡͶ ܲ ൌ ǡͶሾܰሿ 3.3.12.5.2. Capacidad de Carga Estática Necesaria (Co). La capacidad de carga estática necesaria se calcula a partir de la siguiente fórmula: ܥ ൌ ܵ ܲ [Ec. 3.119]78 Donde: Co: Capacidad de carga estática [N]. Po: Carga estática equivalente [N]. So: Factor de seguridad estático. ͳ ܵ ൏ ͳǤͷ ՜ ܵ ൌ ͳǡ͵79 ܥ ൌ ͳǡ͵ כǡͶሾܰሿ ܥ ൌ ͳͲͲǡͻ͵ሾܰሿ ൎ ͳͲͳሾܰሿ En consecuencia se elige la chumacera con las siguientes características: 79 · Diámetro del agujero = 30mm. · Capacidad de carga estática (Co) = 11200N · Masa = 1,40 kg Catálogo SKF (VER ANEXO F) 155 · Designación: SY 30 FM · Soporte = SY 506 M · Rodamiento Y : YET 206 3.3.12.6. Diseño de la Tolva de Carga. Para empezar el proceso de transporte del humus, éste necesita ser ubicado en una tolva, la misma que se construye con un ángulo de inclinación de 7°, con las siguientes dimensiones (ver figura 3.53): Figura 3.53 Dimensiones de la tolva de carga. Para seleccionar la plancha de la tolva se considera; que su función es la recolección y carga de humus de lombriz; por lo que no se emplea acero inoxidable. Según el manual de DIPAC se selecciona una plancha PL 1200 x 2440 x 2 mm, la misma que tiene un peso de 46,74 kg. 156 3.3.12.7. Cálculo y Diseño de la estructura de la máquina transportadora de humus. El diseño y análisis de la estructura se la realizará con la ayuda del programa SAP 2000. Para lo cual se parte de las siguientes consideraciones: 3.3.12.7.1. Consideraciones. Las dimensiones son previamente establecidas y libres de modificación, con la finalidad de evaluar el factor de seguridad que nos proporciona el diseño de la estructura de la máquina transportadora de humus. Las cargas que actúan sobre dicha estructura son las que actúan sobre cada chumacera. 3.3.12.7.2. Diseño de la Estructura. (ver figura 3.54) Figura 3.54 Diseño de la estructura de la máquina transportadora de humus (SAP2000). 157 3.3.12.7.3. Diagrama de Fuerzas a Soportar. (ver figura 3.55) Figura 3.55 Representación de las fuerzas que soportará la estructura de la máquina transportadora de humus (SAP2000). 3.3.12.7.4. Análisis de las Reacciones con SAP2000. (ver figura 3.56) Figura 3.56 Análisis de las reacciones que soportará la estructura de la máquina transportadora de humus (SAP2000). 158 3.3.12.7.5. Análisis de la deformación. (ver figura 3.57) Figura 3.57 Análisis de las deformaciones que soportará la estructura de la máquina transportadora de humus (SAP2000). 3.3.12.7.6. Análisis del Esfuerzo Axial. (ver figuras 3.58 y 3.59) Figura 3.58 Análisis del esfuerzo axial de la estructura de la máquina transportadora de humus (SAP2000). 159 Figura 3.59 Diagrama del esfuerzo axial de la estructura de la máquina transportadora de humus (SAP2000). 3.3.12.7.7. Análisis de Momentos. (ver figura 3.60) Figura 3.60 Diagrama de momentos de la estructura de la máquina transportadora de humus (SAP2000). 160 3.3.12.7.8. Análisis del Factor de Seguridad. (ver figura 3.61) Figura 3.61 Análisis del factor de seguridad de la estructura de la máquina transportadora de humus (SAP2000). 161 3.3.12.7.9. Informe Técnico de la Estructura de la Máquina Clasificadora de Humus. 3.3.12.7.9.1. Datos de Entrada. Tabla 3.15 Definiciones de combinación. Combinación Tipo DSTL1 DSTL2 Designación Linear Add Linear Add Tipo Yes Yes Nombre Linear Static Linear Static DEAD DEAD Escala 1,400000 1,000000 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tabla 3.16 Propiedades del material. Material Tipo 4000Psi A36 A992Fy50 Concrete Steel Steel Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tabla 3.17 Propiedades mecánicas básicas. Peso Material Masa E1 G12 Kgf/mm3 Kgf-s2/mm4 Kgf/mm2 2,40E-06 2,45E-10 2534,564 A36 7,85E-06 8,00E-10 A992Fy50 7,85E-06 8,00E-10 4000Psi A1 Kgf/mm2 U12 1056,068 0,2 9,90E-06 20389,019 7841,93 0,3 1,17E-05 20389,019 7841,93 0,3 1,17E-05 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tabla 3.18 Propiedades del acero. Fy Material Kgf/mm Fu 2 Kgf/mm EffFy 2 Kgf/mm 2 EffFu Kgf/mm2 A36 25,311 40,778 37,966 44,856 A992Fy50 35,153 45,7 38,669 50,269 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. 1/C 162 Tabla 3.19 Conjunto cargas - fuerza. Punto Cargas Sistema F1 F2 F3 Kgf Kgf Kgf 22 MUERTA GLOBAL 0 0 -110 24 MUERTA GLOBAL 0 0 -110 25 MUERTA GLOBAL 0 0 -110 26 MUERTA GLOBAL 0 0 -110 27 MUERTA GLOBAL 0 0 -110 28 MUERTA GLOBAL 0 0 -110 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tabla 3.20 Propiedades de la sección (A). Sección Material Tipo t3 t2 tf tw mm mm mm mm cuadrado 30X2 A36 Box/Tube 30 30 2 2 FSEC1 A992Fy50 I/Wide Flange 304,8 127 9,652 6,35 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Tabla 3.21 Propiedades de la sección (B). Sección cuadrado 30X2 Area mm2 224 Inercia mm4 43904 Peso Kgf 24,51 FSEC1 4264,51 96511,77 0 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. 3.3.12.7.9.2. Datos de Salida Tabla 3.22 Desplazamientos. Punto 20 DEAD LinStatic U1 mm 14,148436 20 DSTL1 Combination 19,807811 9,58E-07 -11,900768 20 DSTL2 Combination 14,148436 6,84E-07 -8,500548 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. Caso Tipo U2 mm 6,84E-07 U3 mm -8,500548 163 Tabla 3.23 Reacciones. F1 F2 F3 Kgf Kgf Kgf LinStatic -5,64 -8,97E-02 -7,65 DSTL1 Combination -7,89 -0,13 -10,71 2 DSTL2 Combination -5,64 -8,97E-02 -7,65 4 DEAD LinStatic -5,64 8,97E-02 -7,65 4 DSTL1 Combination -7,89 0,13 -10,71 4 DSTL2 Combination -5,64 8,97E-02 -7,65 Punto Caso Tipo 2 DEAD 2 5 DEAD LinStatic -5,94 -9,28E-02 65,2 5 DSTL2 Combination -5,94 -9,28E-02 65,2 7 DEAD LinStatic -5,94 9,28E-02 65,2 7 DSTL1 Combination -8,31 0,13 91,28 7 DSTL2 Combination -5,94 9,28E-02 65,2 11 DEAD LinStatic 5,77 8,79E-04 151,6 11 DSTL1 Combination 8,08 1,23E-03 212,24 11 DSTL2 Combination 5,77 8,79E-04 151,6 12 DEAD LinStatic 5,8 -1,14E-03 133,1 12 DSTL1 Combination 8,12 -1,60E-03 186,33 12 DSTL2 Combination 5,8 -1,14E-03 133,1 16 DEAD LinStatic 5,77 -8,79E-04 151,6 16 DSTL1 Combination 8,08 -1,23E-03 212,24 16 DSTL2 Combination 5,77 -8,79E-04 151,6 17 DEAD LinStatic 5,8 1,14E-03 133,1 17 DSTL1 Combination 8,12 1,60E-03 186,33 17 DSTL2 Combination 5,8 1,14E-03 133,1 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. 164 Tabla 3.23 Resumen de datos del tubo cuadrado 30X2. Ubicación Perfil Sección Tipo Advertencia Radio Combo 1 cuadrado 30X2 Column No Messages 0,038089 DSTL1 500 2 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,000618 DSTL1 0 3 cuadrado 30X2 Column No Messages 0,038089 DSTL1 0 4 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,000589 DSTL1 0 5 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,038962 DSTL1 0 6 cuadrado 30X2 Column No Messages 0,053272 DSTL1 500 7 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,039092 DSTL1 560 8 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,038962 DSTL1 0 9 cuadrado 30X2 Column No Messages 0,053272 DSTL1 500 10 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,039092 DSTL1 560 11 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,000649 DSTL1 0 12 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,000589 DSTL1 460 13 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,79483 DSTL1 201 16 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,79483 DSTL1 201 17 cuadrado 30X2 Column Overstressed and See WarnMsg 0,959404 DSTL1 0 18 cuadrado 30X2 Brace No Messages 0,856297 DSTL1 959,56 19 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,0004 DSTL1 460 20 cuadrado 30X2 Beam No Messages 0,000345 DSTL1 0 22 cuadrado 30X2 Column Overstressed and See WarnMsg 0,959404 DSTL1 0 23 cuadrado 30X2 Brace No Messages 0,856297 DSTL1 959,56 Fuente: SAP2000. Elaboración: Propia. mm 165 3.4. SELECCIÓN DE ELEMENTOS NORMALIZADOS Y EXISTENTES PARA LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. La Normalización es un conjunto de reglas destinadas a especificar, unificar y simplificar los distintos componentes de un conjunto de elementos. 3.4.1. LISTADO DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. · Motorreductor CYCLO, 1/2 HP, 60 HZ, 1750 - 20,1 r.p.m. · Polea SPB, de un canal, diámetro 112 mm. · Banda Trapezoidal B 50 x 1341 mm. · Cadena 62 – 12B simple: 62 – 12B1. · Catalina paso=3/4"; diámetro=115,8 mm; z=19 dientes. · Chumacera SKF SY 30 FM. · Pulsador on/off. · Pernos ISO 4014 M8X80. · Perno ISO 4017 M8X30. · Arandela ISO 7090-8. · Tuerca ISO 4032 M8. · Perfil ISO 30x30x2; l= 6m. · Perfil en C de aluminio 40*75*2 mm, l=6400mm. · Plancha de metal 1220x2440x1 mm. · Banda Transportadora Nilón HR. · Eje Acero AISI-1018 d=30mm; l=500 mm. · Platina de acero ASTM A 36 PLT 25 x 4 mm. 166 3.5. ELABORACIÓN DE PLANOS DE TALLER Y DE MONTAJE. Una vez finalizado el diseño se realizan los correspondientes planos de taller y de montaje. Estos planos se muestran en el Anexo O. Los planos para la construcción se presentan de forma clara y cumpliendo con las normas de dibujo, con todas las indicaciones necesarias para la construcción de la máquina transportadora y clasificadora de humus. 167 CAPÍTULO IV CONSTRUCCIÓN, MONTAJE Y PRUEBAS DE CAMPO 4.1. PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN. La construcción de la máquina transportadora y clasificadora de humus se debe realizar en un taller mecánico industrial, en donde existan todos los equipos necesarios parar la construcción de cada uno de los elementos que conforman la máquina. Los elementos que conforman la máquina transportadora y clasificadora de humus se los construye de acuerdo con los planos de taller. Un factor importante que se debe tomar en cuenta es el de obtener en el mercado local la materia prima y los elementos que conforman la transportadora y clasificadora de humus. 4.1.1. REQUERIMIENTOS PARA LA CONSTRUCCIÓN. Para realizar la construcción de cada uno de los elementos que conforman la máquina clasificadora de humus se requiere: máquinas, equipos, herramientas, materiales, instrumentos, etc. Los que se detallan a continuación: · Máquinas y equipos. · Herramientas. · Instrumentos de medición y verificación. · Materia prima. · Elementos normalizados. · Elementos seleccionados. · Elementos a construir. · Hojas de procesos. 168 Los procesos de construcción son tales que la construcción de la máquina puede realizarse en cualquier taller que tenga los equipos básicos; no es necesario contar con equipos de alta tecnología; la construcción para esta máquina básicamente incluye procesos de torneado, corte, soldadura, doblado y pintado. 4.1.1.1. Máquinas y equipos. Ø Dobladora. Ø Cizalla. Ø Fresadora. Ø Esmeril. Ø Torno. Ø Soldadora eléctrica. Ø Amoladora. Ø Equipo de pintura. Ø Taladro. Ø Sierra alternativa. Ø Compresor. 4.1.1.2. Herramientas. Ø Brocas. Ø Útiles para tornear. Ø Limas. Ø Martillo. Ø Llaves. Ø Rayador. Ø Sierra de Arco. Ø Juego de destornilladores. Ø Entenalla. Ø Soplete. Ø Tijera de tol. Ø Playo de presión. 169 Ø Playo manual. Ø Pinzas. 4.1.1.3. Instrumentos de medición y verificación. Ø Calibrador pie de rey. Ø Compás. Ø Nivel. Ø Flexómetro. Ø Escuadra. 4.1.1.4. Materia Prima. Ø Plancha de acero ASTM A 36 PL 1220x2440x3 mm. Ø Perfil de acero estructural UPN 80. Ø Plancha de acero ASTM A 36 PL1220x2440x0,5 mm. Ø Eje Acero AISI-1018 - 70mm. Ø Eje Acero AISI-1018 - 28,6mm*325mm. Ø Eje Acero AISI-1018 - 52,4mm*33mm. Ø Eje Acero AISI-1018 - 44,5mm*25mm. Ø Placa Acero SAE 1010 - 340x915x5 mm. Ø Tubo cuadrado de 30mm; e= 2mm; l= 6m Ø Perfil en C de aluminio 40*75*2 mm, l=6400mm Ø Plancha de metal 1220x2440x1 mm Ø Banda Transportadora Nilón HR Ø Eje de Acero AISI-1018 d=30mm ; l=500 mm Ø Platina de acero ASTM A 36 PLT 25 x 4 mm. 4.1.1.5. Elementos Normalizados. Ø Arandelas planas. Ø Arandelas de presión. Ø Tornillos. 170 Ø Pernos. Ø Tuercas. Ø Chumaceras. Ø Bandas. Ø Cadenas. 4.1.1.6. Elementos Seleccionados. Ø Poleas. Ø Motor eléctrico. Ø Motorreductor. Ø Catalinas. Ø Banda transportadora de nilón HR. Ø Mallas metálicas. 4.1.1.7. Elementos a Construir. Ø Bastidor móvil. Ø Masa excéntrica. Ø Eje de la máquina clasificadora de humus. Ø Lengüetas. Ø Soporte para la chumacera. Ø Resortes. Ø Apoyos de sustentación del bastidor móvil. Ø Estructura del bastidor móvil. Ø Tolva grano fino. Ø Tolva grano medio. Ø Tolva grano grueso. Ø Eje de la máquina transportadora de humus. Ø Cangilones. Ø Tolva de carga. Ø Estructura del sistema transportador de humus. 171 Las fotografías 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 y 4.6 se muestran los procesos constructivos del prototipo. Fotografía 4.1 Corte de tubos cuadrados para la máquina transportadora y clasificadora de humus de lombriz. Fotografía 4.2 Soldadura de la estructura de la máquina transportadora y clasificadora de humus de lombriz. 172 Fotografía 4.3 Corte de la plancha para las tolvas de la máquina transportadora y clasificadora de humus de lombriz. Fotografía 4.4 Soldadura de la placa posterior de la máquina clasificadora de humus 173 Fotografía 4.5 Esmerilado de aristas vivas de las placas. Fotografía 4.6 Taladrado de agujeros en los asientos soportes para las chumaceras. 174 4.1.1.8. Hojas de Procesos. Para la construcción de la transportadora y clasificadora de humus, es necesario disponer de los procedimientos de fabricación de los diferentes elementos a construirse. En el Anexo L se presentan las hojas de procesos para la construcción de los elementos que conforman el prototipo. 4.2. PROCEDIMIENTO DE MONTAJE. Para realizar el montaje del prototipo se considera la construcción previa de las respectivas estructuras, el bastidor móvil, tolvas tanto para la carga, grano fino, grano medio y grano grueso, ejes, masas excéntricas y demás elementos propios de cada máquina; teniendo en cuenta las especificaciones establecidas en los planos de construcción. 4.2.1. PROCEDIMIENTO DE MONTAJE PARA LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS. A continuación se presenta la manera y secuencia de montaje de los diversos elementos constitutivos de la máquina clasificadora de humus. 4.2.1.1. Montaje de la Estructura de la Máquina Clasificadora de Humus. Ø Seguir las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas de procesos, realizando los cortes a medidas implantadas, ejecutando los respectivos puntos de suelda y cordones de soldadura, comprobando en cada uno de estos pasos las dimensiones, perpendicularidad, paralelismo y estabilidad. 175 4.2.1.2. Montaje de las Tolvas para Grano Fino y Grano Medio. Ø Colocar respectivamente la tolva para grano fino y grano medio en la estructura mediante la utilización de pernos de sujeción. 4.2.1.3. Montaje del bastidor móvil. Ø Armar el marco del bastidor móvil siguiendo las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas de procesos, realizando los cortes a las medidas implantadas, ejecutando los respectivos puntos de suelda y cordones de soldadura, comprobando en cada uno de éstos pasos las dimensiones, perpendicularidad, paralelismo y estabilidad. Ø Ubicar y templar la malla para grano fino y la malla para grano medio sobre la superficie inclinada del marco. Ø Colocar el sujeta malla sobre las mallas anteriormente ubicadas. Ø Realizar la sujeción de estos elementos mediante la utilización de pernos de sujeción. 4.2.1.4. Montaje de los asientos para los resortes. Ø Colocar en cada uno de los soportes los respectivos asientos para los resortes mediante cordones de soldadura. Ø Verificar dimensionamiento, paralelismo, estabilidad y calidad de la unión soldada. 4.2.1.5. Montaje de los soportes de los asientos para los resortes. Ø Colocar respectivamente los soportes con los asientos para los resortes en la estructura y en el bastidor móvil, mediante cordones de soldadura. Ø Verificar dimensionamiento, paralelismo, estabilidad y calidad de la unión soldada. 176 4.2.1.6. Montaje de la placa soporte posterior. Ø Realizar el montaje de la placa soporte posterior, siguiendo los cortes y perforaciones a las medidas implantadas, ejecutando los respectivos puntos de suelda y cordones de soldadura, comprobando en cada uno de estos pasos las dimensiones, perpendicularidad, paralelismo y estabilidad. Ø Colocar la placa soporte posterior en el bastidor móvil, mediante cordones de soldadura. 4.2.1.7. Montaje de los resortes. Ø Colocar los resortes en los respectivos asientos, en la estructura de la máquina clasificadora de humus, asegurándose que ingresen de la manera, apriete y seguridad adecuada. Ø Montar el bastidor móvil sobre los resortes anteriormente fijados en la estructura, introduciéndolos de la manera, apriete y seguridad adecuada. 4.2.1.8. Montaje del mecanismo vibratorio. Ø Ubicarla segunda masa excéntrica en el eje. Ø Realizar la sujeción de la masa excéntrica al eje mediante un prisionero. Ø Ubicar la primera y segunda chumacera en el eje, verificando la ubicación, paralelismo y estabilidad. Ø Realizar la sujeción de las chumaceras a la placa soporte del bastidor móvil utilizando pernos de sujeción, siguiendo las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas de procesos. Ø Ubicarla primera y tercera masa excéntrica en el eje. Ø Realizar la sujeción de las masas excéntricas al eje mediante prisioneros, siguiendo las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas de procesos. Ø Acoplar la polea en el eje mediante el uso de un prisionero, siguiendo las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas de procesos. Ø Colocar la banda. 177 4.2.1.9. Montaje del sistema motriz. Ø Acoplar la polea en el eje del motor mediante el uso de un prisionero. Ø Verificar la alineación de las poleas para ubicar el motor en la placa soporte posterior del bastidor móvil. Ø Anclar el motor utilizando pernos de sujeción. Ø Templar la banda. 4.2.1.10. Montaje de la tolva para grano grueso. Ø Colocarla tolva para grano grueso en el extremo delantero del bastidor móvil, por medio de cordones de soldadura. 4.2.2. PROCEDIMIENTO DE MONTAJE PARA LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS. A continuación se presenta la manera y secuencia de montaje de los diversos elementos constitutivos de la máquina transportadora de humus. 4.2.2.1. Montaje de la Estructura de la Máquina Transportadora de Humus. Ø Seguir las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas de procesos, realizando los cortes a medidas implantadas, ejecutando los respectivos puntos de suelda y cordones de soldadura, comprobando en cada uno de estos pasos las dimensiones, perpendicularidad, paralelismo y estabilidad. 4.2.2.2. Montaje de los asientos de la chumacera. Ø Ubicar cada asiento de chumacera en el sitio correspondiente de la estructura de la transportadora de humus, mediante pernos de sujeción siguiendo las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas 178 de procesos, comprobando en cada uno de estos las dimensiones, perpendicularidad, paralelismo y estabilidad. 4.2.2.3. Montaje de la cubierta inferior. Ø Colocar la cubierta inferior en la estructura de la transportadora de humus, mediante cordones de soldadura, siguiendo las especificaciones establecidas en los planos y en la hoja de procesos. 4.2.2.4. Montaje de la tolva de carga. Ø Colocar la tolva de carga en el extremo delantero de la estructura de la máquina transportadora de humus, por medio de cordones de soldadura, siguiendo las especificaciones establecidas en los planos y en la hoja de procesos. 4.2.2.5. Montaje de los cangilones en la banda de nylon. Ø Colocar respectivamente cada uno de los cangilones en la banda de nylon previamente elaborada, mediante la utilización de pernos de sujeción. 4.2.2.6. Montaje de los ejes, chumaceras y de la banda transportadora con cangilones. Ø Ubicar los ejes dentro de la banda transportadora con cangilones. Ø Templar la banda de cangilones. Ø Colocar las chumaceras en cada uno de los extremos de los ejes, verificando la ubicación, paralelismo y estabilidad. Ø Realizar la sujeción de las chumaceras a los asientos de las mismas, utilizando pernos de sujeción, siguiendo las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas de procesos. 179 4.2.2.7. Montaje de la polea en el eje motriz. Ø Acoplar la polea en el eje motriz mediante el uso de una lengüeta. Ø Colocar la banda. Ø Verificar alineación de la polea. 4.2.2.8. Montaje del sistema motriz. Ø Acoplar la polea en el eje del motor mediante el uso de unalengüeta. Ø Verificar la alineación de las poleas para ubicar el motor en la estructura. Ø Anclar el motor utilizando pernos de sujeción. Ø Templar las bandas. 4.2.2.9. Montaje del sistema de transmisión por cadenas de rodillos. Ø Acoplar las catalinas en los tres ejes mediante el uso de prisioneros. Ø Verificar la alineación de las catalinas para ubicar la cadena. Ø Colocar la cadena en las catalinas. 4.3. EJECUCIÓN DE PROCEDIMIENTOS. Para la ejecución de procedimientos se debe tener información del prototipo construido; dicha información es proporcionada por: · Planos de taller y de montaje, · Hojas de procesos, y · Procedimiento de construcción y montaje. La ejecución de procedimientos se realiza para poner a trabajar las máquinas, sin y con carga, y verificar el cumplimiento de la cantidad de humus clasificado, además de chequear el funcionamiento de cada elemento que conforma el prototipo. Almacenamiento de la materia prima. Transportar el humus en carretilla, desde las camas hacia la máquina trasportadora y clasificadora. Encender las máquinas. Verificar el funcionamiento de las máquinas sin carga. Colocar los saquillos vacios de 35 kg en cada una de las tolvas. Colocar el humus en la tolva de carga de la máquina transportadora. 1 2 3 4 6 5 Descripción Nº Proceder: Inspección visual, preparar, cortar, tejer, ensamblar, armar, chequear, entregar SECCIÓN: ALMACENAMIENTO, CLASIFICACIÓN, CONTROL E INSPECCIÓN. ACTIVIDAD: M.1.2.3 CLASIFICACIÓN DE HUMUS SUBPROCESO: M.1.2 CLASIFICACIÓN DE HUMUS Tiempo (min.) SIMBOLOGIA Almacenamiento Inspección Espera Transporte Actividad Operación Resumen 3.00 0.20 15.00 0.15 5.00 0.00 Tiempo (min) 103.1 5 40 ----- 15 8.55 Genera FORMULARIO DE EJECUCIÓN DE PROCEDIMIENTOS PROCESO : M.1 CLASIFICACIÓN DE HUMUS Nº 001 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Firma Responsable 2 Verificar las instalaciones eléctricas. Observaciones Finaliza: Entregado a sección. Inicia: Almacenamiento de la materia prima T.P. Firma Responsable 1 CÓDIGO:M. 1.2.3 Pág.: 1 de 1 Responsable:1)Pablo Martínez 2) Luis Preciado 180 Verificar el funcionamiento de las máquinas con carga. Realizar una inspección del tamaño de grano del producto clasificado. Retirar cada uno de los saquillos de 35 kg llenos. Colocar los saquillos vacios de 35 kg en cada una de las tolvas. Transportar los saquillos llenos a bodega. Almacenamiento en bodega del producto. 7 Si Revisión Mensual Elaboración: Propia. Fuente: Propia. Frecuencia de aplicación de mantenimiento cada año 11 12 9 10 8 Descripción Nº Ninguno Materiales Equipos y Herramientas Requeridos Carretilla y palas Bandas, chumaceras , mallas, pernos, arandelas, tuercas. Repetir los pasos 9 y 10 cuantas veces sea necesario Observaciones Repuestos 10.00 5.00 0.20 5.00 5.00 20.00 Tiempo (min) 181 182 4.4. PRUEBAS DE CAMPO. Una vez construida la máquina transportadora y la máquina clasificadora de humus de lombriz se realizan las Pruebas de Campo utilizando el Protocolo descrito en el numeral 2.7. En la fotografía 4.7 se muestra las Pruebas de Campo realizadas al prototipo. Fotografía 4.7 Pruebas de Campo realizadas al prototipo. 183 4.4.1. CORRIDA DE PRUEBAS. La respectiva corrida de pruebas se encuentra en el anexo Q. 4.4.2. RESULTADOS. De las pruebas se obtienen los siguientes resultados: · Las dimensiones globales del prototipo son aceptables, ya que se encuentran dentro del rango de las dimensiones de diseño. · Los componentes principales se encuentran en buenas condiciones para que el prototipo inicie su funcionamiento de manera normal. · La capacidad de clasificación de humus en una hora es de 1800 [kg/h]. 4.4.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS. Los elementos constituyentes del prototipo, se hallan en buenas condiciones y están aptos para entrar en pleno funcionamiento. El prototipo posee las dimensiones adecuadas, ya que se halla dentro de las medidas establecidas en los parámetros de diseño, con lo cual el factor espacio no se ve afectado. La capacidad de clasificación de humus de lombriz es superior a la planteada en el diseño, con lo cual se asegura el pleno funcionamiento y trabajo por parte del prototipo. 184 CAPÍTULO V ANÁLISIS ECONÓMICO DEL PROYECTO 5.1. INTRODUCCIÓN. El análisis económico, tiene por objetivo determinar el monto de los recursos económicos necesarios para la realización del proyecto. El análisis económico se lo realiza tomando en cuenta los costos directos y los costos indirectos. Para determinar el costo total directo se considera los costos parciales de: · Materiales directos. · Elementos normalizados. · Costos de maquinado. · Costos de montaje. De manera similar para determinar el costo total indirecto se considera los costos parciales de: · Materiales indirectos. · Costos de ingeniería. · Gastos imprevistos. Para determinar el costo total de la máquina transportadora y clasificadora de humus de lombriz se suma el total de los costos directos con los costos indirectos. 185 5.2. COSTO DE CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS. Para realizar el análisis es preciso cotizar los precios de todos los componentes que se utilizan en el desarrollo de la máquina, como también todos aquellos agentes directos e indirectos que intervienen en la fabricación del mismo. 5.2.1. COMPONENTES DE LA UNIDAD CLASIFICADORA DE HUMUS · Tamices. · Cajón Tamizador · Resortes · Estructura · Tolvas · Asiento de los resortes · Soporte de los asientos · Motor · Chumaceras · Eje · Bandas y poleas, etc. 5.2.2. PERSONAL REQUERIDO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA Para la construcción de la Unidad Clasificadora de Humus se requiere personal hábil y con conocimientos en máquinas herramientas, como también en procesos de producción, para el uso adecuado de las mismas. 186 · Cerrajero · Soldador · Tornero · Doblador · Otros Operarios 5.2.3. COSTOS DIRECTOS. 5.2.3.1. Costos de Materiales Directos. Se denominan materiales directos a la materia prima que se utiliza para construir los elementos que conforman la máquina. Los costos de los materiales directos se indican en la tabla 5.1. Tabla 5.1 Costos de Materiales Directos. COSTO DE MATERIALES DIRECTOS Costo [USD] Materiales Cantidad Precio unitario Tamiz grado 2mm 1 m2 4,50usd/m2 4,50 2 2 3,50 78,94 50,0 54,40 12,10 39,31 36,67 6,65 26,37 Tamiz grado 4mm Plancha de acero 1220x2440x3 mm Perfil de acero estructural UPN 80 Plancha de acero 1220x2440x0,5 mm Eje Acero AISI-1018 - 70mm Eje Acero AISI-1018 - 28,6mm*325mm Eje Acero AISI-1018 - 52,4mm*33mm Eje Acero AISI-1018 - 44,5mm*25mm Placa Acero SAE 1010 - 340x915x5 mm 1m 1 2 1 5,6 kg 18,2 kg 14,16 kg 3,08 kg 12,21 kg 3,50 usd/m 78,94 25 usd 54,40 usd 2,16 usd/kg 2,16 usd/kg 2,59 usd/kg 2,16 usd/kg 2,16 usd/kg SUBTOTAL Fuente: NOVACERO, DIPAC, ACEROS BÖHLER. Elaboración: Propia. 312,44 187 5.2.3.2. Costos de Elementos Normalizados. Son aquellos elementos que son de libre comercialización en el mercado y no necesitan ser alterados para su uso. Los costos de los elementos normalizados se muestran en la tabla 5.2. Tabla 5.2 Costos de Elementos Normalizados. ELEMENTOS NORMALIZADOS Y EQUIPOS Precio unitario Elementos Cantidad [USD] Motor WEG 0.5 hp 1750 1 98 Polea de un canal diam. 3'' 1 2,8 Polea de un canal diam. 5'' 1 6,4 Banda en V Trapezoidal A 22x 617 mm 1 7 Chumacera SKF SY25FM 2 31 Pernos, arandelas y tuercas 41 0,1 Pulsador on/off 1 5,65 SUBTOTAL Costo [USD] 98,00 2,80 6,40 7,00 62,00 4,10 5,65 185,95 Fuente: UNIFER, HIVIMAR, SERTEC, LA CASA DEL PERNO. Elaboración: Propia. 5.2.3.3. Costos de Maquinado. Este costo tiene que ver con el valor respecto a la mano de obra directa empleada en las máquinas herramientas y equipamiento eléctrico. Los costos de maquinado se presentan en la tabla 5.3. Tabla 5.3 Costos de Maquinado. COSTO DE MAQUINADO Y MANO DE OBRA Proceso Cortado Soldado Amolar Cizalla Tiempo Costo/ Hora [usd/h] 1 10,2 0,5 2 5 9 5 5 Costo Total [usd] 5,00 91,80 2,50 10,00 …/ 188 Tabla 5.3 Costos de Maquinado (Continuación). COSTO DE MAQUINADO Y MANO DE OBRA 4 12,00 Doblado 3 10 114,00 Torneado 11,4 11,4 70,68 Fresado 6,2 Pintado ----20,00 5,5 9,35 Taladrado 1,7 3,5 1,05 Esmerilado 0,3 SUBTOTAL 336,38 Fuente: FRAMADE. Elaboración: Propia. 5.2.3.4. Costos de Montaje. Estos costos están relacionados con la mano de obra necesaria para el armado y ensamblado de cada una de las partes y la máquina. Para el montaje, se considera el trabajo de 2 personas durante 2 días a un costo de $25 diarios/trabajador, resultando un costo total de $100. 5.2.3.5. Costo Directo Total. En la tabla 5.4 se indica la cantidad total del costo directo. Tabla 5.4 Costo Directo Total. COSTO DIRECTO TOTAL DE LA UNIDAD CLASIFICADORA COMPONENTE DEL COSTO Costo Materia prima Costo Elementos Normalizados y Equipos Costo Maquinado y Mano de Obra Costo de Montaje SUBTOTAL Fuente: Propia. Elaboración: Propia. VALOR [USD] 312,44 185,95 336,38 100,00 934,77 189 5.2.4. COSTOS INDIRECTOS. 5.2.4.1. Costos de Materiales Indirectos. Los costos de materiales indirectos se indican en la tabla 5.5. Tabla 5.5 Costos de Materiales Indirectos. Material Cantidad Valor Unitario [USD] Valor Total [USD] Electrodo 6011-1/8" (kg) Lija para hierro Pintura anticorrosiva (gal) Thiñer (l) Guaype Varios 1 10 3,90 0,50 3,90 5,00 2 20,34 40,68 1 10 ------ 1,50 0,20 5,00 Subtotal 1,50 2,00 5,00 58,08 Fuente: ELECTROCOMERCIAL, UNIFER. Elaboración: Propia. 5.2.4.2. Costos de Ingeniería. Corresponde al costo debido al tiempo que los ingenieros han dedicado para el diseño de la máquina. Constituye el valor económico del ingeniero para diseñar y seleccionar los elementos de la máquina. El tiempo necesario es de aproximadamente 160 horas, por lo tanto el costo por diseño es: 300 dólares. 5.2.4.3. Gastos Imprevistos. Se relacionan principalmente con los costos de movilización de las personas y transporte de materiales. Se estima estos costos aproximadamente en 40 USD. 190 5.2.4.4. Costo Total Indirecto. En la tabla 5.6 se indica la cantidad total del costo indirecto. Tabla 5.6 Costo Total Indirecto. Componente del Costo Materiales Indirectos Costo de Ingeniería Gastos Imprevistos Subtotal Valor [USD] 58,08 300 40 398,08 Fuente: Propia. Elaboración: Propia. 5.2.5. COSTO TOTAL DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA. Resulta de la suma de los costos directos con los costos indirectos, estos valores se indican en la tabla 5.7. Tabla 5.7 Costo Total de la Máquina Clasificadora. Componente del Costo Costos Directos Costos Indirectos Total Fuente: Propia. Elaboración: Propia. Valor [USD] 934,77 398,08 1332,85 191 5.3. COSTO DE CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS. Para realizar el análisis es preciso cotizar los precios de todos los componentes que se utilizan en el desarrollo de la máquina, como también todos aquellos agentes directos e indirectos que intervienen en la fabricación del mismo. 5.3.1. COMPONENTES DE LA UNIDAD TRANSPORTADORA DE HUMUS · Placa para guía del motorreductor. · Pernos, tuercas y arandelas. · Polea de un canal. · Catalinas. · Cadena 62–12B1. · Motorreductor. · Estructura · Caja de alimentación. · Cangilones. · Banda transportadora. · Chumaceras. · Eje motriz. · Eje conductor. · Eje de retorno. · Banda en V trapezoidal, B50 x 1341,12. · lengüeta. 5.3.2. PERSONAL REQUERIDO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA Para la construcción de la Unidad Transportadora de Humus se requiere personal hábil y con conocimientos en máquinas herramientas, como también en procesos de producción, para el uso adecuado de las mismas. 192 · Cerrajero · Soldador · Tornero · Doblador · Otros Operarios 5.3.3. COSTOS DIRECTOS. 5.3.3.1. Costos de Materiales Directos. Se denominan materiales directos a la materia prima que se utiliza para construirlos elementos que conforman la máquina. Los costos de los materiales directos se muestran en la tabla 5.8. Tabla 5.8 Costos de Materiales Directos. COSTO DE MATERIALES DIRECTOS 4u Precio unitario 8,43 usd Costo [USD] 33,72 1u 19,70 usd 19,70 1u 1u 3 kg 1 61,58 usd 60,00 usd 2,16 usd/kg 7,50 usd 61,58 60,00 6,48 7,50 SUBTOTAL 188,98 Materiales Cantidad Tubo cuadrado de 30mm; e= 2mm; l= 6m Perfil en C de aluminio 40*75*2 mm, l=6400mm Plancha de metal 1220x2440x1 mm Banda Transportadora Nilón HR Eje Acero AISI-1018 d=30mm ; l=500 mm Platina de acero ASTM A 36 PLT 25 x 4 mm. Fuente: NOVACERO, DIPAC, ACEROS BÖHLER. Elaboración: Propia. 5.3.3.2. Costos de Elementos Normalizados. Son aquellos elementos que son de libre comercialización en el mercado y no necesitan ser alterados para su uso. Los costos de los elementos normalizados se muestran en la tabla 5.9. 193 Tabla 5.9 Costos de Elementos Normalizados. Materiales Normalizados y Equipos Cantida Precio Materiales d unitario Motorreductor CYCLO, 1/2 HP, 60 HZ, 1750 1 208,00 20,1RPM Polea SPB, de un canal, diámetro 112 mm 2 5,80 Banda Trapezoidal B 50 x 1341 mm 1 12,00 Cadena 62 – 12B simple: 62 – 12B1 2 22,00 Catalina paso=3/4"; diámetro=115,8 mm; z=19 3 13,50 dientes Chumacera SKF SY 30 FM 6 33,00 Pernos, arandelas y tuercas 76 0,07 Pulsador on/off 1 5,65 SUBTOTAL Costo [USD] 208,00 11,60 12,00 44,00 40,50 198,00 5,32 5,65 525,07 Fuente: UNIFER, HIVIMAR, SERTEC, LA CASA DEL PERNO. Elaboración: Propia. 5.3.3.3. Costos de Maquinado. Este costo tiene que ver con el valor respecto a la mano de obra directa empleada en las máquinas herramientas y equipamiento eléctrico. Los costos de maquinado se presentan en la tabla 5.10. Tabla 5.10 Costos de Maquinado. Costo de Maquinado y Mano de Obra Proceso Cortado Soldado Amolar Cizalla Doblado Torneado Fresado Pintado Tiempo Costo/ Hora [usd/h] 1 10 0,5 0,3 1 5 0,5 …. 5 9 5 5 4 10 11,4 …. Costo Total [usd] 5,00 90,0 2,50 1,50 4,00 50,0 5,70 10,00 …/ 194 Tabla 5.10 Costos de Maquinado (Continuación). Costo de Maquinado y Mano de Obra 5,5 8,80 Taladrado 1,6 3,5 0,70 Esmerilado 0,2 SUBTOTAL 178,20 Fuente: FRAMADE. Elaboración: Propia. 5.3.3.4. Costos de Montaje. Estos costos están relacionados con la mano de obra necesaria para el armado y ensamblado de cada una de las partes y la máquina. Para el montaje, se considera el trabajo de 2 personas durante 2 días a un costo de $25 diarios/trabajador, resultando un costo total de $100. 5.3.3.5. Costo Directo Total. En la tabla 5.11 se indica la cantidad total del costo directo. Tabla 5.11 Costo Directo Total. COSTO DIRECTO TOTAL DE LA UNIDAD CLASIFICADORA COMPONENTE DEL COSTO Costo Materia prima Costo Elementos Normalizados y Equipos Costo Maquinado y Mano de Obra Costo de Montaje SUBTOTAL Fuente: Propia. Elaboración: Propia. VALOR [USD] 188,98 525,07 178,20 100,00 992,25 195 5.3.4. COSTOS INDIRECTOS. 5.3.4.1. Costos de Materiales Indirectos. Los costos de materiales indirectos se muestran en la tabla 5.12. Tabla 5.12 Costos de Materiales Indirectos. Material Cantidad Electrodo 6011-1/8" (kg) Lija para hierro Pintura anticorrosiva (gal) Thiñer (l) Guaype Varios 1 10 1 1 10 ------ Valor Unitario [USD] 3,90 0,50 20,34 1,50 0,20 5,00 Subtotal Valor Total [USD] 3,90 5,00 20,34 1,50 2,00 5,00 33,24 Fuente: ELECTROCOMERCIAL, UNIFER. Elaboración: Propia. 5.3.4.2. Costos de Ingeniería. Corresponde al costo debido al tiempo que los ingenieros han dedicado para el diseño de la máquina. Este costo constituye el valor económico del ingeniero para diseñar y seleccionar los elementos de la máquina. El tiempo necesario para el diseño es de aproximadamente 60 horas, por lo tanto el costo por diseño es: 300 dólares. 5.3.4.3. Gastos Imprevistos. Se relacionan principalmente con los costos de movilización de las personas y transporte de materiales. Se estima estos costos aproximadamente en 40 USD. 5.3.4.4. Costo Total Indirecto. En la tabla 5.13 se indica la cantidad total del costo indirecto. 196 Tabla 5.13 Costo Total Indirecto. Componente del Costo Materiales Indirectos Costo de Ingeniería Gastos Imprevistos Subtotal Valor [USD] 33,24 300,00 40,00 373,24 Fuente: Propia. Elaboración: Propia. 5.3.5. COSTO TOTAL. Resulta de la suma de los costos directos con los costos indirectos, estos valores se indican en la tabla 5.14. Tabla 5.14 Costo Total de la Máquina Transportadora. Componente del Costo Valor [USD] Costos Directos 992,25 Costos Indirectos 373,24 Total 1365,49 Fuente: Propia. Elaboración: Propia. 5.4. COSTO TOTAL DEL PROYECTO. Resulta de la suma del costo total de la máquina clasificadora más los costos totales de la máquina transportadora, estos valores se indican en la tabla 5.15. Tabla 5.15 Costo total del Prototipo. Componente del Costo Valor [USD] Costos Total Máquina Clasificadora 1332,85 Costos Total Máquina Transportadora 1365,49 Total 2698,34 Fuente: Propia. Elaboración: Propia. 197 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES. En el diseño y construcción de la máquina clasificadora y transportadora de humus de lombriz, se presentan las conclusiones que se detallan de la siguiente manera: · Al finalizar el prototipo se cumple con el objetivo principal de diseñar y construir una máquina clasificadora y transportadora de humus de lombriz, la misma que satisface los parámetros funcionales y requerimientos operacionales planteados al inicio de este trabajo. · El diseño de la máquina clasificadora y transportadora de humus de lombriz permite ayudar al lombricultor en su tarea diaria de manera sencilla y práctica. Aportando de ésta manera al sector de la pequeña industria con un prototipo funcional y eficiente. · El prototipo diseñado y construido garantiza el clasificado del humus de lombriz en tres tipos de granos (grueso, medio y fino). · En el país, específicamente en el área agroindustrial, no existe la preocupación ni el interés para diseñar y construir maquinaria para el clasificado y transporte de abonos orgánicos, como es el caso del humus de lombriz. · El diseño y construcción del prototipo es tal que permite su montaje y desmontaje fácilmente. · El funcionamiento puede ser controlado por cualquier persona, no se requiere personal calificado. · La investigación de campo es de gran aporte para la realización del presente proyecto. · Se ha logrado diseñar y construir una máquina con un costo total relativamente barato en comparación a lo que existe en el mercado, ya que la mayor parte es maquinaria importada; de manera que se puede pensar en la producción en serie de esta máquina para entrar a competir en el mercado. 198 · En caso de diseñar y construir la máquina de similares características pero de capacidad diferente se debe considerar los cálculos correspondientes a la transportadora y al tamaño del cajón tamizador. · El diseño y desarrollo de un proyecto, involucra la realización de un sinnúmero de tareas, las cuales deben tener un orden y una concordancia, de esto depende en gran medida que el trabajo concluya exitosa y favorablemente. · El prototipo cumple satisfactoriamente con el trabajo para el cual fue diseñado y construido, lo que demuestra que todos los conocimientos teóricos y prácticos adquiridos en la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Escuela Politécnica Nacional, son indispensables para el desenvolvimiento profesional a gran nivel ante los problemas y necesidades que presenta la sociedad. 199 RECOMENDACIONES. · Poner énfasis en la precisión de las dimensiones, en la construcción de los elementos de acople, de tal forma que no existan problemas al ensamblar el prototipo. · Para alargar la vida útil de la máquina se debe seguir las recomendaciones de uso y operación de máquinas industriales. · Las bandas deben estar tensadas lo suficiente para evitar pérdidas de transmisión de potencia. · Realizar un mantenimiento general de la máquina de forma periódica para evitar que los elementos sufran desgastes prematuros, fallas y/o rupturas. · Se recomienda que en el momento del funcionamiento de la máquina tamizadora se verifique con anterioridad que los agujeros del tamiz no estén obstruidos. · Se recomienda no trabajar con humus mojado, ya que esto dificulta el paso por los tamices. · Al momento de funcionar la máquina se debe asegurase que este asentada sobre una superficie nivelada 200 BIBLIOGRAFÍA 1. SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; 4 aEd; Editorial McGraw Hill; México-México; 1989. 2. NORTON, Robert; Diseño de Maquinaria; 2a Ed; Editorial McGraw Hill; México-México; 2000. 3. SUQUILANDA, Manuel; Serie Agricultura Orgánica; 1a Ed; Editorial Fundagro; Quito-Ecuador; 1995 4. VARGAS, Jaime; Guía de los Fundamentos de Dibujo Industrial; E.P.N.; Facultad de Ingeniería Mecánica; Quito-Ecuador; 2008. 5. VARGAS, Jaime; Producción por Virutaje; E.P.N.; Facultad de Ingeniería Mecánica; Quito-Ecuador; 2008. 6. LARBURU, A.; Prontuario de máquinas; Editorial Paraninfo; 5 a edición; Bilbao – España; 1993. 7. Norma: NMZ-FF-109-SCFI-2007; Humus de lombriz (lombricomposta)Especificaciones y métodos de prueba; México; 2008. 8. MARKS; Manual del Ingeniero Mecánico; Editorial McGraw-Hill; México. 9. AISC, Manual of Steel Construction, Eighth edition, 1980. 10. S.K.F; Catalogo General; Editorial S.K.F; Italia 1982. 11. SILVA Francisco, OLIVO Christian; Diseño y construcción de una clasificadora de café según la norma 286:2006; Ecuador; Quito; 2009. 12. GRANDA Jorge; Diseño y construcción de una clasificadora de áridos; Ecuador; Quito; 1977. 13. ROMO Freddy, VIDAL Nelson; Diseño y construcción de una máquina transportadora de Palma Africana; Ecuador; Quito; 1995. 14. GARCIA Héctor; Diseño y construcción de transporte continuo de capacidad de 500 kg/h; Ecuador; Quito; 2010. 201 CONSULTAS WEB http://www.humussell.com.mx/clientes.htm http://hosting.udlap.mx/estudiantes/daniela.vegamz/IS_118/Tarea_Satelite_Parte_ 1/Tarea_Satelite_1era_Parte.html http://www.minhobox.com.br/duvida-jm49.htm http://business.fortunecity.com/moo/448/obtencion.htm http://descom.jmc.utfsm.cl/sgeywitz/procesos/CINTAS.htm http://www.feriasaraucania.cl/UserFiles/File/humus.pdf https://www.e-seia.cl/archivos/Anexo_3__Propiedades_del_Humus.pdf http://www.emison.com/5105.htm http://www.resol.com.br/Cartilha7/ManualCompostajeparaMunicipios.pdf http://www.microemprendimientos.netfirms.com/MI000009lo.htm http://www.manualdelombricultura.com http://ecuadorextremo.com/provincias.htm 202 ANEXO A CATÁLOGO DE SELECCIÓN DEL FACTOR DE SERVICIO 203 Factor de servicio Motores eléctricos: · De corriente alterna monofásicos · Asincrónicas · Jaula de ardilla de par normal · De corriente contínua bobinaje shunt Motores a gas Motores de combustión interna policilíndricas Motores eléctricos: · De corriente alterna con par de gran potencia · De rotor bobinado y anillos rozantes · De corriente contínua bobinaje compound Motores monocilíndricos Ejes de transmisión Tomas de fuerza con embrague Agitadores de líquidos Ventiladores pequeños y medianos Bombas centrífugas. 1,0 a 1,2 1,1 a 1,3 Punzonadoras Mezcladoras pequeñas y medianas Generadores Compresores de tornillo Cizallas Prensas Máquinas de imprenta Cribas vibratorias 1,1 a 1,3 1,2 a 1,4 Elevadores Compresores de pistones Maquinaria de lavanderías Bombas de pistones Ventiladores grandes Maquinaria textil Máquinas herramientas 1,2 a 1,4 1,4 a 1,6 Malacates y huinches Molinos Chancadoras de mandíbulas Transportadora de correa sinfin 1,3 a 1,5 1,5 a 1,8 Fuente: Catálogo Roflex de correas trapezoidales. 204 ANEXO B GRÁFICA PARA LA SELECCIÓN DE CORREAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA 205 Fuente: Catálogo Roflex de correas trapezoidales. 206 207 ANEXO C CATÁLOGO DE POLEAS 208 209 210 211 212 213 ANEXO D MARKS STANDARD HANDBOOK FOR MECHANICAL ENGINEERS 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 ANEXO E CATÁLOGO DE ACEROS (BÖLHER Y DIPAC) 225 226 227 228 229 ANEXO F CATÁLOGO SKF DE RODAMIENTOS Y CHUMACERAS 230 231 232 233 234 235 ANEXO G TABLA DE ACEROS PARA RESORTES 236 237 ANEXO H PROPIEDADES DEL HUMUS DE LOMBRIZ 238 239 240 ANEXO I CATÁLOGO DE MOTORES Y MOTORREDUCTORES 241 242 243 244 245 246 247 248 ANEXO J CATÁLOGO DE CADENAS DE TRANSMISIÓN 249 250 251 252 253 254 255 ANEXO K CATÁLOGO DE CATALINAS 256 257 258 ANEXO L HOJAS DE PROCESOS 259 ANEXO M PERNO DE ANCLAJE 260 261 262 263 264 ANEXO N MANUAL DE INGENIERÍA DE LAS BANDAS TRANSPORTADORAS, INTRALOX 265 266 267 268 269 270 271 ANEXO O PLANOS 272 ANEXO P ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS) 273 ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS) Nombre Compañía: EPN PQR No.: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Según norma : AWS D1.3 Artìculo I. No. Identificación: PMLP-01 Fecha: 2011-05-25 Realizado por: Pablo Martínez, Luis Preciado Organización: EPN Artículo II. Técnica de soldadura Junta Utilizada Tipo de junta: A tope Abertura raíz: 2 mm (+ 0.4; 0.0 mm) Talón: N/A Ángulo de ranura:N/A Placa de respaldo: si no ( Preparar bisel: si no ( Método: N/A Proceso de soldadura: SMAW Tipo de Soldadura: Manual ( Semiautomática Automática Dos lados Soldadura a: Un lado( no ( Cordón de respaldo: si Limpieza: Pase 1: Artículo III. Metal Base Especificación: Tubo cuadrado; ASTM A 36 Espesor: 2 mm Dimensión del tubo: 30 x 30 mm Artículo IV. Amoladora y cepillo metálico (grata) Artículo V. Metal de Aporte Posición de Soldadura Posición de Soldadura: 1G Progresión: izquierda a derecha. Técnica: Un pase ( Varios pases Diámetro: 3.2 mm Denominación AWS: E 6010 Casa comercial: LINCOLN Denominación comercial: 5P + Precalentamiento N/A Tiempo entre pases N/A Artículo VI. Notas · Verificar alineación de la junta · Asegurar limpieza de las partes Detalle de la Junta Metal de aporte No de pase Clase Diámetro (mm) 1 E 6010 3.2 Corriente Tensión Tipo y Intensidad de trabajo polaridad. (Amperios) (Voltios) DC + 105-120 22-27 Técnica de Vel. De soldadura avance (mm/min) oscilado recto 172,21 X 274 ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS) Nombre Compañía: EPN PQR No.: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Según norma : AWS D1.3 Artìculo I. No. Identificación: PMLP-02 Fecha: 2011-05-25 Realizado por: Pablo Martínez, Luis Preciado Organización: EPN Artículo II. Técnica de soldadura Junta Utilizada Tipo de junta: De esquina. Abertura raíz: N/A Talón: N/A Ángulo de ranura:N/A Placa de respaldo: si no ( Preparar bisel: si no ( Método: N/A Artículo III. Proceso de soldadura: SMAW Tipo de Soldadura: Manual( Semiautomática Automática Dos lados Soldadura a: Un lado( no ( Cordón de respaldo: si Limpieza: Pase 1: Metal Base Especificación: Tubo cuadrado; ASTM A 36 Espesor: 2 mm Dimensión del tubo: 30 x 30 mm Artículo IV. Metal de Aporte Amoladora y cepillo metálico (grata) Artículo V. Posición de Soldadura Posición de Soldadura: 1G Progresión: izquierda a derecha. Técnica: Un pase ( Varios pases Diámetro: 3.2 mm Denominación AWS: E 6010 Casa comercial: LINCOLN Denominación comercial: 5P + Precalentamiento N/A Tiempo entre pases N/A Artículo VI. Notas · Verificar alineación de la junta · Asegurar limpieza de las partes Detalle de la Junta Metal de aporte No de pase 1 Clase E 6010 Diámetro (mm) 3.2 Corriente Tensión Tipo y Intensidad de trabajo polaridad. (Amperios) (Voltios) DC + 105-120 22-27 Técnica de soldadura Vel. De avance (mm/min) oscilado 155,17 X recto 275 ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS) Nombre Compañía: EPN PQR No.: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Según norma : AWS D1.3 Artìculo I. No. Identificación: PMLP-03 Fecha: 2011-05-25 Realizado por: Pablo Martínez, Luis Preciado Organización: EPN Artículo II. Técnica de soldadura Junta Utilizada Tipo de junta: De esquina. Abertura raíz: N/A Talón: N/A Ángulo de ranura:N/A Placa de respaldo: si no ( Preparar bisel: si no ( Método: N/A Artículo III. Proceso de soldadura: GTAW Tipo de Soldadura: Manual( Semiautomática Automática Dos lados Soldadura a: Un lado( no ( Cordón de respaldo: si Limpieza: Pase 1: Metal Base Especificación: Espesor: Dimensión perfil: Perfil en C, aluminio 2 mm 40 x 75 mm Artículo IV. Metal de Aporte Diámetro: 3.2 mm Denominación AWS: ER4043, 5%Si Casa comercial: AGA Denominación comercial: ER4043, 5%Si Artículo VI. Electrodo No Consumible Diámetro: 2.5 mm Denominación AWS: EWTh2 Casa comercial: AGA Denominación comercial: EWTh2 Tipo de Afilado: esfera. Detalle de la Junta Metal de aporte No de pase Clase Diámetro (mm) 1 EWth2 3.2 Cepillo metálico (grata) Artículo V. Posición de Soldadura Posición de Soldadura: 1G Progresión: Empuje: izquierda a derecha. Técnica: Un pase ( Varios pases Artículo VII. Gas Utilizado Gas utilizado: Argón Flujo: 10 litros/minuto Precalentamiento N/A Tiempo entre pases N/A Artículo VIII. Frecuencia Frecuencia: 5000 Hz Artículo VIII. · · Notas Verificar alineación de la junta Asegurar limpieza de las partes Corriente Tensión de trabajo Tipo y Intensidad (Voltios) polaridad. (Amperios) AC 105-120 26-28 Técnica de soldadura Vel. De avance (mm/min) oscilado 113,92 X recto 276 ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS) Nombre Compañía: EPN PQR No.: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Según norma : AWS D1.3 Artìculo I. No. Identificación: PMLP-04 Fecha: 2011-05-25 Realizado por: Pablo Martínez, Luis Preciado Organización: EPN Artículo II. Técnica de soldadura Junta Utilizada Tipo de junta: Filete Abertura raíz: N/A Talón: N/A Ángulo de ranura:N/A Placa de respaldo: si Preparar bisel: si Método: N/A Proceso de soldadura: SMAW Tipo de Soldadura: Manual( Semiautomática Automática Dos lados ( Soldadura a: Un lado Cordón de respaldo: si no ( Limpieza: no ( no ( Pase 1 y 2: Artículo III. Metal Base Especificación: Espesor: Largo: Ancho: Artículo IV. Acero ASTM A 36 3 mm N/A N/A Metal de Aporte Artículo V. Cepillo metálico (grata) Posición de Soldadura Posición de Soldadura: 1G Progresión: izquierda a derecha. Técnica: Un pase Varios pases Diámetro: 3.2 mm Denominación AWS: E 6010 Casa comercial: LINCOLN Denominación comercial: 5P + ( Precalentamiento N/A Tiempo entre pases N/A Artìculo VI. Notas · Verificar alineación de la junta · Asegurar limpieza de las partes Detalle de la Junta No de pase 1 2 Metal de aporte Clase E 6010 E 6010 Diámetro (mm) 3.2 3.2 Corriente Tensión de trabajo Tipo y Intensidad (Voltios) polaridad. (Amperios) + DC + DC 105-120 105-120 22-27 22-27 Técnica de soldadura Vel. De avance (mm/min) oscilado 305,3 305,3 X X recto 277 ANEXO Q PRUEBAS DE CAMPO 278 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA PRUEBAS DE CAMPO MÁQUINA: TÉCNICOS: CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. MARTÍNEZ OCAÑA PABLO HIPÓLITO. FECHA: HOJA: 1 de 2 2011 - 05 - 20 PRECIADO GUALÁN FRANKLIN LUIS LUGAR: TAMBOLOMA PRUEBA Nº 1: VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES. Aceptación DIMENSIONES [mm] SI Largo total (1600) Ancho total (880) Altura total (850) NO X X X PRUEBA Nº 2: VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES. FUNCIONAMIENTO ELEMENTO Bueno Motor eléctrico. Tolvas. Tamices. Regular Malo X X X X Resortes. PRUEBA Nº 3: TRABAJO EN VACÍO Tiempo [min] 10 20 30 40 50 60 Motor Eléctrico Falla No Falla X X X X X X Tolvas Falla No Falla X X X X X X Tamices Falla No Falla X X X X X X Resortes Falla No Falla X X X X X X 279 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA PRUEBAS DE CAMPO HOJA: 2 de 2 PRUEBA Nº 4: TRABAJO CON CARGA. CLASIFICADO DEL HUMUS DE LOMBRIZ Tiempo [min] 10 20 30 40 50 60 Velocidad de clasificado Buena X X X X X X Mala Capacidad de clasificado [Kg] 300 300 300 300 300 300 OBSERVACIONES: LA MÁQUINA PASÓ TODAS LAS PRUEBAS REALIZADAS, POR LO TANTO ES ACEPTADA. RECOMENDACIONES: FIRMA DE RESPONSABILIDAD: PABLO MARTÍNEZ LUIS PRECIADO 280 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA PRUEBAS DE CAMPO MÁQUINA: TÉCNICOS: TRANSPORTADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. MARTÍNEZ OCAÑA PABLO HIPÓLITO. FECHA: HOJA: 1 de 2 2011 - 05 - 20 PRECIADO GUALÁN FRANKLIN LUIS LUGAR: TAMBOLOMA PRUEBA Nº 1: VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES. Aceptación DIMENSIONES [mm] SI Largo total (1600) Ancho total (490) Altura total (2000) NO X X X PRUEBA Nº 2: VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES. FUNCIONAMIENTO ELEMENTO Bueno Motor eléctrico. Tolvas. Tamices. Regular Malo X X X X Resortes. PRUEBA Nº 3: TRABAJO EN VACÍO Tiempo [min] 10 20 30 40 50 60 Banda de Transmisión Falla No Falla X X X X X X Motorreductor Falla No Falla X X X X X X Banda Transportadora Ejes Falla No Falla X X X X X X Falla No Falla X X X X X X 281 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA PRUEBAS DE CAMPO HOJA: 2 de 2 PRUEBA Nº 4: TRABAJO CON CARGA. TRANSPORTE DEL HUMUS DE LOMBRIZ Tiempo [min] 10 20 30 40 50 60 Velocidad de transporte Buena X X X X X X Mala Capacidad de transporte [Kg] 300 300 300 300 300 300 OBSERVACIONES: LA MÁQUINA PASÓ TODAS LAS PRUEBAS REALIZADAS, POR LO TANTO ES ACEPTADA. RECOMENDACIONES: FIRMA DE RESPONSABILIDAD: PABLO MARTÍNEZ LUIS PRECIADO