calculo desgranadora frijol

n

DISEÑO DE UESADFFFWNA MAQUINA DESGRANADORA DE

2013

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE MECÁNICA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

PROYECTO: DISEÑO DE UNA MÁQUINA DESGRANADORA DE FRÉJOL

INTRODUCCIÓN

El término industrias alimenticias abarca un conjunto de actividades industriales

dirigidas al tratamiento, la transformación, la preparación, la conservación y el envasado

de productos alimenticios; en general, las materias primas utilizadas son de origen

vegetal o animal y se producen en explotaciones agrarias, ganaderas y pesqueras.

La industria alimenticia actual ha experimentado un intenso proceso de diversificación y

comprende desde pequeñas empresas tradicionales de gestión familiar, caracterizadas

por una utilización intensiva de mano de obra, a grandes procesos industriales altamente

mecanizados basados en el empleo generalizado de capital. A pesar de la enorme

diversidad de las industrias alimenticias, los procesos de fabricación pueden dividirse en

la manipulación y el almacenamiento de materias primas, la extracción, la elaboración,

la conservación y el envasado.

En los últimos años las empresas alimenticias han ido incrementando de una manera

constante la calidad de sus productos a través de instrumentos de mejora de la gestión y

de la eficacia.

La presión de la competencia externa e interna y de los diferentes agentes económicos

que confluyen en este sector requiere una respuesta permanente en profundizar en la

formación de los trabajadores y en invertir en investigación y desarrollo.

Los retos de la seguridad alimenticia, la relación entre la alimentación-salud, y las

nuevas de unos consumidores cada vez más informados requieren una vigilancia




constante de las empresas de alimentación, que día a día ponen en los mercados miles

de productos.

La progresiva liberación del comercio mundial y la globalización de la economía son

también nuevos desafíos para industria alimenticia; aumentar el nivel de

internacionalización del sector, mediante la promoción exterior, los acuerdos

comerciales e intercambio de tecnología, el respeto al medio ambiente y la inversión en

activos productivos, es una necesidad apremiante para sostener el dinamismo de las

empresas.

En definitiva, la industria alimenticia ha conseguido superar los obstáculos del pasado,

ha sabido modernizarse y ha afrontado con fortaleza la apertura de fronteras, pero ha de

perseverar en este empeño para poder mantener e incrementar su presencia en un

mercado global.

Es por eso que personas vinculadas en el sector de la industria alimenticia, han confiado

en la producción nacional para demostrar que son capaces de cubrir satisfactoriamente

éstas necesidades con la utilización de materia prima, tecnología y mano de obra local.

Se ha visto la gran necesidad que las pequeñas productoras del país implementen y

equipen su microempresa para el procesamiento y pelado del fríjol, esto en su

comercialización en los principales almacenes de alimentos del país.




1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar una Máquina Desgranadora de Frijol

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Disminuir el tiempo de desgranado del frijol

Reducir la manipulación y esfuerzo humano en el proceso de desgranado.

Abaratar costes de producción

Aplicar los conocimientos teóricos y prácticos adquiridos en la Escuela de

Ingeniería Mecánica.

Estudiar, seleccionar y los componentes y sistemas necesarios para el correcto

funcionamiento de la máquina.

Alcanzar la capacidad de pelado de chochos hidratados de 50 [kg/h].

MARCO TEÓRICO

Función y Forma de la Máquina.- La máquina consiste en dos rodillos cubierto de pvc, es decir dos ejes girando con diferente sentido, con elementos de transmisión, esta es por engranajes, ajustable en la distancia de separación entre cada rodillo, según el tamaño de la vaina, apoyadas en chumaceras que permitirá el giro. El elastómero permitirá retener la cáscara y solamente pasar el fríjol, esto sin manipulación manual sobre el grano. Solamente transmitiendo la energía generada manualmente a los elementos de transmisión.

Está máquina está diseñado para que el usuario tenga la comodidad de pelar los fríjoles rápida y eficazmente. El sistema de producción está diseñado utilizando la Ingeniería de Métodos y Tiempos, para optimizar el tiempo, recursos y disminución de costos, y así, obtener un precio cómodo al mercado ecuatoriano.

Sus principales procesos son Mecanizado, Corte, Soldadura, Taladrado, Remachado y Ensamblado.




Fig. 1. Peladora de fríjol

Fuente: Diseño en Solidworks 2010 – Design System

Fig. 2. Mecanismo Interior Peladora de fríjol

Fuente: Diseño en Solidworks 2010 – Design System




FENÓMENOS FÍSICOS

Al existir en el país una gran variedad de fríjoles, su tamaño no es fijo por la cual se

necesitará de un estudio estadístico para determinar una dimensión promedio, cantidad

de fríjoles por libra, densidad, así como también la fuerza de compresión y corte del

fríjol.

DETERMINACIÓN DE LA FUERZA DE CORTE DEL FRÍJOL

La fuerza de corte necesaria se le determinará aplicando una fuerza al mecanismo

indicado en la figura 1, que simula la fuerza aplicada en los dedos, hasta conseguir el

desprendimiento de la cáscara del fríjol (la fuerza aplicada en el mecanismo puede ser

medida a través de un dinamómetro).1

Fig. 1. Mecanismo que determina la fuerza de corte

Fuente: SolidWorks

DETERMINACIÓN DE LA FUERZA DE COMPRESIÓN QUE EJERCEN LOS

RODILLOS SOBRE EL FRÍJOL

Para determinar la fuerza de compresión que ejercen los rodillos sobre el fríjol se

utilizará el mecanismo diseñado en Solidworks presentado a continuación:

1 Esto se realizará construyendo el mecanismo y midiendo para el número de muestras que sería 80 la fuerza aplicada hasta desprender la cáscara del frijol medida por el dinamómetro.




Fig. 1. Mecanismo que determina la fuerza de compresión

Fuente: SolidWorks

El cuál utilizando un dinamómetro, permitirá cuantificar la fuerza que ejercen las placas

sobre el fríjol. Se presionará la placa superior hasta alcanzar la abertura de 3 [mm] de

separación de los rodillos.2

CARGAS EN LOS RODILLOS

La acción que se produce en los rodillos depende directamente de la resistencia a la

compresión y al corte que se producen entre la vaina del fríjol y las superficies de los

rodillos en contacto.

El esfuerzo de corte [τ

] del fríjol es igual a;

τ=VA

Donde:

τ: Esfuerzo de corte [kgf/m2]

2 Esto se realizará construyendo el mecanismo y midiendo para el número de muestras que sería 80 la fuerza aplicada hasta que tenga una apertura de 5mm que es la separación del rodillo medida por un dinamómetro.




V: Fuerza de corte del fríjol [kgf]

A: Área transversal de fríjol [m2]

El esfuerzo de compresión [δ c

] es igual a:

δ c=PA

τ: Esfuerzo de compresión [kgf/m2]

V: Fuerza de compresión de los rodillos sobre el fríjol [kgf]

A: Área transversal de fríjol [m2]

DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE FRÍJOL POR LIBRA

Para la determinar la cantidad de fríjoles por libra se realizará mediante un análisis

muestral, que obedece a la siguiente fórmula:

n=N∗Zα

2∗p∗q

d2∗( N−1 )+Zα2∗p∗q

Donde:

n: Tamaño muestral

N: Población

Zα: Desviación 95% (1,96)

p: Información desconocida (50%)




q:

(1−p )

d: Estimación

DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD ANGULAR DEL RODILLO

Para determinar la velocidad angular de los rodillos se procederá primero a calcular el

número de fríjoles a lo largo de los rodillos de presión, mediante la siguiente expresión:

Nº fríjol=Lrod

Lprom

Donde:

Nº fríjol: Número de fríjoles a lo largo del rodillo [u]

Lrod: Longitud del rodillo [mm]

Lprom: Longitud promedio de las medidas generales del fríjol [mm]

Una vez determinados cuantos fríjoles hay por fila, se determinará el número de fríjoles

existentes en la zona de pelado, mediante la siguiente expresión:

Nº fríjol p=Prod

Pchocho

Donde:

Nº fríjols p: Número de fríjoles en el perímetro del rodillo [u]

Prod: Perímetro del rodillo [mm]




Pfríjol: Perímetro promedio del fríjol [mm]

Así la cantidad de fríjoles existentes en la zona de desgranado es el resultado de:

a)Nº total=Nº fríjoles∗Nº fríjoles p

También es necesario establecer, el flujo necesario de fríjoles para cumplir con la

capacidad establecida, dicho flujo está definido por la siguiente expresión:

b)C=(Capacidad de la Máquina)∗(Cantidad de fríjol por libra )

Por lo tanto la velocidad angular del rodillo motriz será:

ω= CNºtotal

Igualando las ecuaciones (a) y (b), se obtiene que:

ω=(Capacidad de la Máquina)∗(Cantidad de fríjol por libra )

Nº total

Donde:

ω: Velocidad angular del rodillo motriz [

rpm]

C: Flujo de fríjoles, necesarios para cumplir con

[ fríjolmin ]

la capacidad de pelado establecida

DETERMINACIÓN DE LA INERCIA DE LOS ELEMENTOS

La inercia de un cilindro macizo está dada por la siguiente ecuación:




I=m∗d2

8

Donde:

I: Inercia del cilindro macizo [kg-m2]

m: Masa del cilindro macizo [kg]

d: Diámetro del cilindro macizo [m]

La inercia de un cilindro hueco está dada por la siguiente ecuación:

I=m8

(d2ext−d

2int)

Donde:

I: Inercia del cilindro hueco [kg-m2]

m: Masa del cilindro hueco [kg]

dext: Diámetro exterior del cilindro hueco [m]

d int: Diámetro interior del cilindro hueco [m]

Para determinar el volumen de un cilindro hueco se emplea la siguiente ecuación:

V= π4

(d2ext−d

2int )∗L

Donde:

V: Volumen del cilindro hueco [m3]




L: Longitud del cilindro hueco [m]

dext: Diámetro exterior del cilindro hueco [m]

d int: Diámetro interior del cilindro hueco [m]

La masa está definida por:

m=ρ∗V

Donde:

I: Volumen del material [m3]

m: Masa del material [kg]

ρ: Densidad del material [kg/m3]

DISEÑO

DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE FRÍJOLES POR LIBRA

n=N∗Zα

2∗p∗q

d2∗( N−1 )+Zα2∗p∗q

Donde:

n: Tamaño muestral




N: Población

Zα: Desviación 95% (1,96)

p: Información desconocida (50%)

q:

(1−p )

d: Estimación

Los datos a utilizar son los siguientes, se asume una población de 100:

N=100 Zα=1 ,96 p=0,5 q=0,5 d=0 ,05

n=100∗1 , 962∗0,5∗0,50 ,052∗(100−1 )+1 ,962∗0,5∗0,5

=80

De acuerdo al proyecto del Procesamiento de Cereales y Granos Andinos, han obtenido

los siguientes datos de la cantidad de fríjoles:




Fig. 1. Gráfica de la cantidad de fríjoles por libra

Fuente: HILARES GERMAN,: Procesamiento de Cereales y Granos, Andinos., Pág. 10

Una vez determinado el tamaño de la muestra se determina la media aritmética de la

cantidad de fríjoles, utilizando la siguiente expresión: 3

X__

=∑j=!

n

x j

n

Donde:

X__

: La media aritmética

x j: Cantidades de fríjoles

n: Tamaño muestral

X__

=4915480

=614 , 43

Para la determinación del error se empleará la siguiente expresión:

ε=0 , 6745[ 1n(n−1)∑j=1

n

( x j− X )2__ ]

1/2

ε=0 , 6745[ 180(80−1)

(910 , 4 )2 ]1/2

=7 ,72[ u ]

3 HILARES GERMAN,: Procesamiento de Cereales y Granos, Andinos., Pág. 10




Una vez calculados tanto la media aritmética, como el error producto del cálculo, se

obtiene la cantidad de fríjoles que hay en una libra.

X__

=614±8[ u ]

DETERMINACIÓN DE LAS MEDIDAS GENERALES DEL FRÍJOL.

Las medidas generales del fríjol se determinarán mediante un análisis estadístico; el cual

contendrá la determinación del tamaño de la muestra, la media aritmética y el cálculo

del error; mediante la utilización de las ecuaciones mencionadas anteriormente.

Fig. 1. Dimensiones generales del fríjoles

Fuente: Fotografía

Donde:

l: Largo [m]

h: Ancho [m]

e: Espesor [m]




Fig. 1. Mediciones del fríjol

Fuente: Fotografía

Para determinar el tamaño de la muestra se utiliza la ecuación anteriormente

mencionada.

n=N∗Zα

2∗p∗q

d2∗( N−1 )+Zα2∗p∗q

N=614 Zα=1 ,96 p=0,5 q=0,5 d=0 ,05

n=614∗1 ,962∗0,5∗0,50 ,052∗(614−1)+1 , 962∗0,5∗0,5

=236 ,54≈237

a) Largo

b) Alto




Una vez calculado el tamaño de la muestra que es de 237 se utiliza la ecuación de la

media aritmética; se realiza el mismo cálculo para todas las medidas generales del

fríjol.4

X l arg o

__

=2794 , 16237

=11 ,79[ mm ]=0 ,01179 [ m ]

X alto

__

=3502 , 88237

=14 ,78 [mm ]=0 , 01478[ m ]

X ancho

__

=1494 ,32237

=6 , 31[ mm ]=0 , 00631[ m ]

Para el cálculo del error en todas las medidas, se utiliza la misma ecuación del error

para cada medida:

ε=0 ,6745[1n(n−1) ∑j=1

n

( x j− X )2__ ]

1/2

ε larg o=0 ,061[ mm ]ε alto=0 ,060[ mm ]ε espesor=0 ,038 [mm ]

A continuación se muestran los valores que obtuvo el Ing. Germán Hilares para una

libra de fríjol.

4 Se tomó de referencia del proyecto de Procesamiento de Cereales y Granos Andinos




Fig. 1. Gráfica de las medidas generales del fríjol

Fuente: HILARES GERMAN: Procesamiento de Cereales y Granos, Andinos., Pág. 12

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL FRIJOL

Para determinar la densidad del fríjol se considerará los valores de algunos componentes

sólidos tabulados por Peleg (1983).

Tabla. 1. Densidades de algunos componentes sólidos

COMPONENTES

DENSIDAD

[kg/m3]

Fracción

Masa para 1kg

COMPONENTES

DENSIDAD

[kg/m3]

Fracción

Masa para 1kg

Glucosa 1560 0,046 Grasa 900-950 0,0276

Sacarosa 1590 0,050 Sal 2160 0,031

Almidón 1500 0,5543 Ácido Cítrico 1330 0,044

Celulosa 1270-1610 0,0475 Agua 1000 0,1

Proteína 1400 0,1396

Fuente: LEWIS M. J.; Propiedades Físicas de los Alimentos y de los Sistemas de Procesado: Editorial

ACRIBIA S.A.: Zaragoza – España: Página 41.

En la teoría, si la composición del alimento es conocida, la densidad puede expresarse

mediante la siguiente expresión:




ρ fr=1

m1

ρ1

+m2

ρ2

+m31

ρ3

+. ..+mn

ρn

Donde:

ρ fr: Densidad del fríjol [kg/m3]

m1−mn: Fracciones individuales de los componentes

ρ1−ρn: Densidades de los componentes [kg/m3]

El cálculo de la densidad del fríjol se basará en la composición química de sus

componentes y sus respectivas densidades,

ρ fr=1

0 , 0461500

+0 ,0501590

+0 , 55431500

+0 ,04751610

+0 ,13961400

+0 , 0275950

+0 , 0312160

+0 , 0441330

+0,1

1000

ρ fr=1

7 ,37∗10−4=1356 , 40 [kg/m3 ]

CÁLCULO DEL ÁREA TRANSVERSAL DE FRÍJOL

El área transversal del fríjol, por su geometría, es lo más próxima posible a la geometría

de una elipse, por lo cual el área transversal del fríjol se la calculará utilizando la

siguiente expresión:

A=π∗a∗b

Donde:

A: Área [m2]




a: Longitud del eje mayor/2 [m]

b: Longitud del eje menor/2 [m

Para el cálculo del área transversal del fríjol se ha determinado que la longitud del eje

mayor corresponde a la medida de la altura y la del eje menor a la medida del largo, por

lo tanto:

A=π∗0 ,011792

∗0 , 014782

=1 , 37∗10−4 [ m2 ]

DETERMINACIÓN DE LA FUERZA DE CORTE DEL FRÍJOL

Estimando la fuerza de corte necesaria para desprender la cáscara del fríjol sería:

V=2,5[ kgf ]

DETERMINACIÓN DE LA FUERZA DE COMPRESIÓN QUE EJERCEN LOS

RODILLOS SOBRE EL FRÍJOL

Estimando la fuerza de compresión necesaria para alcanzar la abertura de 3mm de

separación de los rodillos será:

P=4,5[ kgf ]

ESQUEMA DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN

En el siguiente esquema mostrado a continuación, se realizó el diseño para que pueda

reducir el número de revoluciones del motor desde 865 rpm, hasta 160 rpm (se podrá

ver el cálculo más adelante), por medio de bandas y poleas de aluminio, para minorar la

Inercia, el torque y la potencia requerida




MOTOR

POLEACONDUCTORA

POLEACONDUCIDA

BANDA

ENGRANAJECONDUCTOR

ENGRANAJECONDUCIDO

EJES

CARGAS EN LOS RODILLOS

El esfuerzo de corte [τ

] del fríjol es igual a;

τ=VA

τ= 2,5 kgf

1 ,37∗10−4 m2=18248 , 17[ kgf /m2 ]

El esfuerzo de compresión [δ c

] es igual a:

δ c=PA

δ c=4,5 kgf

1 , 37∗10−4 m2=32846 ,71[kgf /m2 ]




ESFUERZOS UNITARIOS DE COMPRESIÓN O NORMALES Y

TANGENCIALES O DE CORTE

El esfuerzo de compresión unitario se lo determinará de acuerdo a la siguiente

expresión:

qc=δc∗R *arctan (u )

qc=32846 ,71∗0 , 03 *arctan(0 , 22 )qc=213 , 4[ kgf /m ]

El esfuerzo unitario de corte se lo determinará mediante la siguiente expresión:

qτ=τ∗R *arctan (u )

qτ=18248 ,17∗0 ,03*arctan (0 ,22)qτ=118 ,55 [kgf /m ]

DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD ANGULAR DEL RODILLO

Nº fríjoles=Lrod

L prom

Nº fríjoles=40011 ,79+14 ,78

2

≈30[ u ]

Una vez determinados cuantos fríjoles hay por fila, se determinará el número de fríjoles

existentes en la zona de pelado, mediante la siguiente expresión:

Nº fríjoles p=Prod

P fríjol

Nº fríjoles p=2∗π∗302∗π∗7

=4 [u ]




Así la cantidad de fríjol existentes en la zona de pelado es el resultado de:

c)Nº total=Nº frijoless∗Nº fríjol p

Nº total=30∗4=120 [ fríjol /rev ]

También es necesario establecer, el flujo necesario de fríjol para cumplir con la

capacidad establecida, dicho flujo está definido por la siguiente expresión:

d)C=(Capacidad de la Máquina)∗(Cantidad de fríjoles por libra )

C=150[ kgh ]∗[ 2,2lb

kg ]∗[ h60 min ]∗622 [ fríjoles

lb ]=3421[ fríjoles /min ]

Por lo tanto la velocidad angular del rodillo motriz será:

ω= CNºtotal

Igualando las ecuaciones (a) y (b), se obtiene que:

ω=(Capacidad de la Máquina)∗(Cantidad de fríjoles por libra)

Nºtotal

ω=3421 [ fríjoles /min ]120 [ fríjoles /rev ]

=28 , 5[ rev /min ]=2 ,98[ rad / s ]

CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL MOTOR

El cálculo de la potencia del motor se lo determinará de acuerdo al siguiente

procedimiento:

La inercia de un cilindro macizo está dada por la siguiente ecuación:

I=m∗d2

8




La inercia de un cilindro hueco está dada por la siguiente ecuación:

I=m8

(d2ext−d

2int)

Para determinar el volumen de un cilindro hueco se emplea la siguiente ecuación:

V= π4

(d2ext−d

2int )∗L

La masa está definida por:

m=ρ∗V

Una vez que se ha definido los diferentes componentes para el sistema de transmisión,

se puede calcular la potencia necesaria para el pelado de chochos. Para esto se calculará

cada elemento de forma individual.

Rodillo Motriz y Rodillo Conducido

El rodillo motriz de la máquina peladora de fríjol presenta los siguientes componentes:

Ejes de acero

Rodamientos

Rueda Motriz

Recubrimiento de Neopreno Nylon

Por cuanto, empleando las ecuaciones anteriores se determinó los siguientes valores:

descritas en la tabla que se presenta a continuación:

RODILLO MOTRIZ

ParteLongitud dext dint Densidad Volumen Masa Inercia

m m m kg/m^3 m^3 kg kgm^2

Eje 0,40 0,01905 0 7850 6,82E-04 5,36 2,43E-04




Rodamiento 1 0,008 0,047 0,03 7850 8,22E-06 6,46E-02 1,06E-05

Rodamiento 2 0,008 0,047 0,03 7850 8,22E-06 6,46E-02 1,06E-05

Rueda Motriz 0,03781 0,0762 0,027 7850 1,51E-04 1,18E+00 7,51E-04

Polea conducida 0,035 0,658 0,03 2700 1,19E-02 1,60E+00 8,66E-02

Neopreno Nylon 0,35 0,03462 0,03 940 8,21E-05 7,71E-02 2,88E-06

TOTAL 8,34 0,0876

En donde la inercia total es igual a la suma de la inercia de cada uno de elementos antes

mencionados, es decir:

I total=∑n=1

n

I n=0 , 08760[ kg−m2 ]

Ya que el sistema parte desde el reposo (wo=0 )

, entonces la aceleración angular es

igual a:

α=ωt

Donde:

α: Aceleración angular [rad/s2]

ω: Velocidad angular [rad/s]

t: Tiempo [s]

α=2 , 98[rad /s ]

0 , 25[ s ]=11 , 94[ rad / s2 ]

La ecuación para el cálculo del torque es la siguiente:




T=I∗α

Donde:

T: Torque [N-m]

I: Inercia del cuerpo [kg-m2]

α: Aceleración angular [rad/s2]

T=0 ,0876∗(11 ,94 )=1, 05 [ N−m ]

La expresión para determinar la potencia necesaria para poner en rotación los elementos

móviles de la máquina es:

P=T∗ω

Donde:

P: Potencia [W]

T: Torque [N-m]

ω: Velocidad angular [rpm]

P=1 ,05∗2 , 98=3 , 13[ W ]




El motor a seleccionar debe cubrir la potencia requerida (Prequerida )

para accionar los

elementos móviles de la máquina, además de vencer las fuerzas de fricción de los

mismos.

SISTEMA DE TRANSMISIÓN

El sistema de transmisión de la máquina peladora de fríjoles está conformado por los

siguientes elementos:

Eje Superior

Eje Inferior

Polea motriz

Polea conducida

Empleando nuevamente las ecuaciones anteriormente mencionadas, se obtiene la

siguiente tabla.

SISTEMA DE TRANSMISIÓN, EJE INTERMEDIO E INFERIOR

ParteLongitud dext dint Densidad Volumen Masa Inercia

m m m kg/m^3 m^3 kg kgm^2Eje Superior 0,4 0,01905 0 7850 1,99E-04 1,57E+00 7,83E-05Eje inferior 0,381 0,03 0 7850 2,69E-04 2,11E+00 2,38E-04Polea motriz (63,5mm)

0,0528 0,0528 0,0428 2700 4,19E-04 5,65E-02 6,76E-06

Polea conducida (355,6mm)

0,3556 0,3556 0,3456 2700 1,55E-02 2,09E+00 1,65E-03

TOTAL 5,83 1,97E-03

En donde las inercias y las potencias son las siguientes:

Inercia I1 0,00165 kg-m^2Velocidad w 300 rpm 31,4 rad/sAceleración α 125,6 rad/s^2Torque T 0,20 N-mPotencia P 6,28 W 8,41E-3 HP




Inercia I2 6,76E-06 kg-m^2Velocidad w 1750 rpm 183,26 rad/sAceleración α 376,99 rad/s^2Torque T 0,00254 N-mPotencia P 0,465 W 6,23E-4 HP

Ahora, para conocer la potencia necesaria para el desgranado de fríjoles, se procede

primero a calcular la potencia real, la cuál será igual a 1,5 veces la potencia calculada; la

potencia calculada será la sumatoria de la potencia de cada uno de los elementos que

intervienen en el sistema de desgranado, y la potencia de diseño a la cual se dará un

factor de seguridad de 1,5 para evitar de esta manera la probabilidad de falla en los

cálculos.

Calculo de la Potencia de DiseñoParámetro Abreviatura Fórmula Resultado Unidad Resultado Unidad

Potencia Total Pt Pt = P1+P2+P3+P4 95 W 0,111 HPPotencia Real Preal Preal = 1,5Pt 142,5 W 0,1665 HPPotencia Diseño Pdis Pdis = 1,5Preal 213,75 W 0,24875 HP

Potencia de Diseño = 0,25 HP

SELECCIÓN DEL MOTOR:

Para una potencia de diseño se tiene los siguientes datos del motor:




P = 0,25 HP

N = 865 rpm

DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR BANDAS

Para la selección de la banda utilizaremos los conocimientos aprendidos durante el

programa de estudios de la materia Diseño de Máquinas II. En el esquema

anteriormente mencionado, se realizará la reducción en una etapa, desde 865 a 300 rpm.

De acuerdo al cálculo de potencia requerida, se seleccionó un motor de 0,25HP,

monofásico de corriente alterna, con 865 rpm. Con este dato se realizará el diseño de

todo el sistema de transmisión. Para esto se realizó una hoja electrónica en Excel, por

pasos, y se presentan los resultados a continuación:

Selección de la correa más adecuada




Se obtiene una correa tipo A

Identificamos las poleas y correas a utilizar

Para una correa tipo A, el diámetro primitivo mínimo es de 63 mm

d Pmin=63 mm

Relación de transmisión

i=N1

N2

=DP

dP

i=865160

=5,40

D p=i∗d p

D p=5,40∗63 mm




D p=340,593 mm

Se selecciona un diámetro de la polea motriz de 63,5 mm = 2,5 in, y de la polea conducida de 355,6 mm = 14 in.

Identificamos las correas y poleas a utilizar

Para i mayor que 3

C ≥ D p

Tomamos C = 350 mm

Identificamos las correas y poleas a utilizar

L=(2∗C )+(1.57∗( DP+d p ))+( DP−d p )2

4∗C

L=(2∗350 )+(1.57∗(340,59+63,00 ) )+ (340,59−63,00 )2

4∗350

L=1388,68 mm

En la tabla escogemos las longitudes primitivas de las correas del perfil A

¿51 Ln=1325 mm

¿55 Ln=1427 mm




C c=C ±|L−ln2 |

Signo (+) cuando L<Ln

Signo (-) cuando L>Ln

Para la correa #51

C c=C−|L−ln2 |

C c=310−|1388,68−13252 |

C c=318,15 mm

Para la correa #55

C c=C+|L−ln2 |

C c=310+|1388,68−14272 |

C c=369,15 mm

C ≥ D p

C ≥ 350 mm, entonces escogemos la correa¿55 , cumplecon la condic ión

C c=369,15 mm

Determinar el ángulo de contacto menor

∝1=2∗cos−1( DP−d P

2∗Cc)=180−57∗( DP−d P

C c)>120

∝1=2∗cos−1( 340,59−632∗369,15 )=137,13




Determinar la potencia que transmite una área P1 y el factor de corrección C2

En tablas la potencia que transmite con d p=63 mm y i=5,40Tomamos dos valores e interpolamos

i 800 865 9501.5 0.47 0.496 0.533 0.50 0.5217 0.55

5,4 0.548 0.5627 0.5820

INTERPOLANDO

P1= 0.5627 HP para un i = 5,4

Con el número de correa encontramos el factor de corrección C2

El valor de C2 para la correa #51 es C2 = 0.94

Cálculo de la cantidad de correas necesarias

Interpolando tenemos un C3= 0.8837

i 800133 0.87




137,13

0.8837

139 0.89

Número de correas:

z=PD

C2 C3 P1

z= 0,25 HP(0.94 ) (0.8837 ) (0.5627 ) HP

z=0,535

z=1CORREA

Cálculo de la banda v=N∗r

v=865 rpm∗31.5

mm∗2 π rad1 rev

∗1min

60 s∗1m

1000 mmm

v=2.853ms

Número de ciclos de flexión por segundo

if =1000 npvLn

if =1000 (6 ) 2.853 m / s1427 mm

if =11,995 s−1 Perfil normal

Control de tensión estática

y= t∗161000

y=369,15∗161000




y=5.90 mm

Relación de Tensiones

T1-TcT2-Tc

=ef*θSen(α /2)

T c=ρ∗v2

T c=0,11∗(2.853 m /s )2

T c=0,8953Kg m

s2

T1−0,8953T2−0,8953

=e

0.3∗2.37

sen (382

)

T1−0,8953

T2−0,8953=8,88

T 1−T2=Pv

T 1−T2=0,25HP

2,853ms

= 186,5 W2,853 m /s

T 1−T2=65,37 N

T 1=T2+65,37 N




T2+65,37−0,8953

T 2−0,8953=8,88

T 2+64,47=8,88 (T 2−0,8953)

T 2=9,19 N

T 1=74,56 N

Torque

τ=(T 1−T2 )DP

2

τ=(74,56−9,19 ) 0.340592

τ=22,26 Nm

Potencia

P=( T1−T 2 ) v

P= (74,56−9,19 )∗2.853 m /s

P=186,5 watts=0,25 HP

Cálculo de la durabilidad

H=1477∗Ln

1.25

v ( T Fm

T 1m+T2

m )tomamos el valor de m=6(correasTrapeciales)

H=1477∗14271.25

2.853 ( 4186

74,566+9,196 )H=1,4097 x 1011 Horas




DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES

Esta alternativa de engranajes es una muy buena opción

puesto que la eficiencia es muy alta, respecto a otro sistema

de transmisión, a continuación se mostrará las tablas

diseñadas en hoja electrónica.

DIMENSIONAMIENTO ENGRANAJE

ENGRANAJES RECTOS Nomenclatura

Fórmulas Piñon Rueda

Número de revoluciones de entrada N 28,5

Número de revoluciones de salida n 28,5

Relación de Transmisión i i=N/n i=z2/z1 1,00

Módulo m m = d / z 0,125 0,125

N.- dientes (Recomendado 17-21 Motriz) z z = d / m 22,00 22

Angulo de presión Φ 20,00 20,00

Paso p p = pi * d /z 0,39 0,39

Paso diametral P P = z1/dp(in) P = pi/p 8,0 8,0

Diámetro primitivo o de paso dp d = m * z 2,75 2,75

Diámetro exterior o de cabeza de dc = d + 2 m de = (z + 2) x m

3,00 3,00

Diámetro de interior o fondo di di = d - 2,5 m di= m (z -2,5) 2,44 2,44

Diámetro base db db = d Cos Φ m * z * Cos Φ 2,58 2,58

Altura de cabeza (Addendum) hc hc = m * 1 0,13 0,13

Altura de pie (Dedendum) hp hp = 1,25 m 0,16 0,16

Altura de diente (profundidad) hz hz = hc + hp hz = 2,25 m 0,28 0,28

Anchura de diente b b = k m 1,25 1,25

Distancia entre centros c c = (dc + dp)/2 m ((z1 + z2)/2) 2,75 2,75

Factor k k 8 o 10 9 o 10 10,00 10,00

Espesor del diente e e =(Pi * m) /2 e = p/2 0,20 0,20

Radio de circunferencia de base o pie rb rb = 1,25 x m 0,16 0,16

Aceros Recomendados

Acero Sy (Psi) Sut (Psi) HB dureza1050 HR 49000 90000 111

1020 HR 30000 50000 104




1018 HR 32000 58000 106

1015 HR 27000 50000 101

Lim de Fluencia (Sy) Psi 49000

Res la tension (Sut) 90000

HB Dureza 111

Factor de Lewis Y

12 0,245

13 0,261

14 0,277

15 0,29

16 0,296

17 0,303

18 0,309

19 0,314

20 0,322

21 0,328

22 0,331

24 0,337

26 0,346

28 0,353

30 0,359

34 0,371

38 0,384

Lewis Y (Tablas AGME)0,331

DISEÑO

Potencia de Entrada en el Sistema

HP 0,4513 Hp

Velocidad en la línea de paso V v =( pi*dp*n)/12 20,52 fpm

Carga Transmitida wt wt=33000HP/V 725,75 lb

Factor de Velocidad kv kv=1200/(1200+v) 0,983

Esfuerzo σ σ=Sy/n 12250,00

Psi

Ancho de Cara F F=(wt*P)/(kv*σ*y) 1,46 pulg

Verificación de la condición

1,178097245 1,456377662 1,963495408




VERIFICACIÓN A FATIGAFactor de acabado superficial ka 0,76 Se'=0,5Sut 45000 Ps

iFactor de Tamaño kb 1 Se=ka.kb.kc.kd.ke.kf.Se

'40800,94

2Psi

Factor de Confiabilidad kc 0,897

Factor de Temperatura kd 1Factor de Concentración de Esfuerzos

ke 1

Factor de Esfuerzos diversos kf 1,33

pFp 53




FACTOR AGMAFactor de Seguridad G nG nG=Se/σ 3,331Factor de Sobrecarga ko 1Factor de Distribución de Carga k

m1,3

Factor de Seguridad n n=nG/(ko*km) 2,562068571 Resiste a Fatiga




DURABILIDAD DE LA SUPERFICIEFactor Dinámico Cp Aceros 2300Factor de Configuración Geométrica I I=(cosΦ.senΦ)/2*mg/(mg+1) 0,093139145Relación de Transmisión m

gmg=Nc/Np 1

Factor de Velocidad Cv Cv=kv 0,98318868Tension de Contacto σH σ=-Cp*(wt/(CvF.dp.I))^0,5 -102313,376

FATIGA SUPERFICIAL




Factor de Vida CL 1,5Factor de Confiabilidad CR 0,8Factor de Dureza CH 1Factor de Temperatura CT 1Sc Sc Sc=(0,4HB-10) 34400SH SH SH=(CL.CH)/(CT.CR)Sc 64500

TENSION PERMISIBLETension permisible wt

pwtp=(SH^2.Cv.F.dp.I)/Cp^2

288,4294335

Coeficiente de Seguridad nG

nG nG=wtp/wt 2,5

Coeficiente de Seguridad n

n n=nG/(ko.km) 1,9 Resiste a fatiga Superficial

DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS Y MOMENTOS PRESENTES EN EL

EJE MOTRIZ

Para el cálculo de las fuerzas en el rodillo (eje) motriz, se debe tomar en cuenta el

torque necesario para pelar los frijoles, además de las fuerzas que son generadas por

cada uno de sus elementos, esfuerzo unitario de compresión y esfuerzo unitario de

corte.




Análisis en el programa MD Solid

PLANO XY




RAy=240,08 N

RBy=240,08 N

M C=17465,46 Nmm

M B=3961,24 Nmm

PLANO XZ

Análisis en el programa MDSolid




RAy=133,37 N

RBy=133,37 N

M C=9702,58 Nmm

M B=2200,58 Nmm

Los resultados obtenidos son:

M B=√M Bxy+ M Bxz=√3961,242+2200,582=4531,44 Nmm




M C=√ M Cxy+M Cxz=√17465,462+9702,582=19979,55 Nmm

Revisando los resultados tenemos que el momento resultante máximo se halla en el punto C; sin embargo se realiza el análisis en el punto B, ya que en ese punto existe el cambio de sección.

Diseño estático.

Si tomamos un material, que podríamos conseguir fácilmente y de bajo costo en el mercado y adecuado para la construcción de nuestro eje:

Acero AISI 1018 laminado en caliente

Propiedades:

Sy=53,7 Kpsi=370 MPa

Sut=63,8 Kpsi=440 MPa

El eje está sometido a flexión y torsión.

Flexión σ=32. M B

π .∅ A3

Torsión τ= 16.T

π .∅ A3

Coeficiente de seguridad η = 3

Según la norma ASTM se calcula el diámetro:

∅ B=3√ 32. n

Sy . π.√M B

2 +T 2=3√ 32 ×3370 × π

.√4531,442+222602

∅ B=12,33 mm

Tomamos un ∅ B=5/8∈¿15,875 mm=0,015875 m

Diseño Dinámico.

Utilizando el criterio de Von Mises para esfuerzos combinados en B




τ a−corte=0

τ m−corte=0

τ a−torque=0

τ m−torque=16 T

π ∅ 3

σ a−flex=32. M

π .∅ 3

σ m−flex=0

σ a−trac=0

σ m−trac=0

σ eqa=√¿¿σ eqa=σ a−flex=32. M

π .∅ 3

σ eqa=32× 4531,44

π × 15,8753=11,53

N

mm2

σ eqm=√¿¿σ eqm=√3.16 T

π ∅ 3

σ eqm=√3.16 × 22260

π ×15,8753=49,08

N

mm2

Para el límite de fatiga tenemos:

Se=K . Se´

Donde Se´ = 0.5 Sut




Sut = 621 Mpa

Partes que conforman el Rodillo

Alma del rodillo: Este es el eje en donde se soldarán las tapas laterales, estas a

su vez serán soldadas, al cilindro hueco

Tapas Laterales: Estas están soldadas en el diámetro interior al alma del rodillo,

y en el diámetro externo al cilindro hueco.

Cilindro Hueco: Este es en el que está el recubrimiento de caucho.

DISEÑO DEL EJE O ALMA DEL RODILLO 1

Se tomará en cuenta tanto las cargas por los elementos de transmisión, pesos de los

elementos y además el torque generado. A continuación se detalla en una tabla los

cálculos obtenidos:

Plano XYRy2 84,94 lbfRy1 19,32 lbf




Para Diagrama de Cortex 0 15 25 31,5 38 pulgV 19,32 -147,78 97,84 84,94 0 lbf

Para Diagrama de Momentosx 0 15 25 31,5 38 pulgMf 0 289,8 -1188 -552,04 0 lbf.pulg

0 15 25 31.5 38

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

Diagrama Momentos Flector

Distancia Eje X [pulg]

Mom

ento

Fle

ctor

[lbf

.pul

g]

Plano ZXRz2 421,4 lbfRz1 191,49 lbf

Para Diagrama de Cortex 0 15 25 31,5 38 pulgV -191,49 -260,58 421,4 421,4 0 lbf

Diagrama de Momentosx 0 15 25 31,5 38 pulg

Mf 0 -2872,4-

5478 -2739,1 0 lbf.pulg




0 15 25 31.5 38

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0



Mom

ento

Fle

ctor

[lbf

.pul

g]

Momentos Resultates

Momanto en Plano XY1188

lbf.pulg

Momanto en Plano ZX5478,2

lbf.pulg

Momento Máximo Resultante5478,2

lbf.pulg

Calculo del Diámetro del Eje 2

Velocidad w 28,5 rpm2,984

5 rad/s

Potencia P0,4512

5 HP34,31

3kgf.m/s

Momento Max Mmax 5478,2lbf.pulg

980,35 kgf.cm

TorqueT = P/w 11,497 kgf.m 0,115 kfg.cm

Coe. Seguridad n 2

Diámetro Eje 1 θ 2,12 cm 0,083 pulg

SELECCIÓN DEL DIÁMETRO DEL EJEDiámetro Eje 1 θ 3 cm 0,118 pulg


RODILLO 2.




Para el rodillo 2, tendremos solamente el engranaje conducido, para esto ser realizó el cálculo

con el siguiente esquema de fuerzas:

Para el cálculo del sistema en los apoyos, se utiliza ∑ M o=0

y ∑ F y=0

Plano XY

∑ M o=0250 , 82∗2+12 ,9∗8,5=Ry2∗15

Ry2=40 ,75 [ lbf ]

∑ F y=0Ry1+Ry2=250 , 82+12 ,9Ry1=222 , 97 [ lbf ]




Plano ZX

∑ M o=0681 , 98∗2=Rz2∗15

Rz2=90 ,93 [ lbf ]

∑ F z=0Rz1+Rz2=681 , 98Ry1=591 , 05[ lbf ]

DISEÑO DEL EJE O ALMA DEL RODILLO 2




Plano XYRy2 40,75 lbf

Ry1222,9

7 lbf

Para Diagrama de Cortex 0 2 8,5 15 pulg

V222,9

7 -27,85 -40,75 0 lbf

Para Diagrama de Momentosx 0 2 8,5 15 pulg

Mf 0445,9

4264,91

5 0 lbf.pulg




0 2 8.5 150

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500



Mom

ento

Fle

ctor

[lbf

.pul

g]


Para Diagrama de Cortex 0 2 8,5 15 pulgV 591,05 -90,93 -90,93 0 lbf

Diagrama de Momentosx 0 2 8,5 15 pulgMf 0 1182,1 591,05 0 lbf.pulg




0 2 8.5 150

200

400

600

800

1000

1200

1400



Mom

ento

Fle

ctor

[lbf

.pul

g]

Momentos Resultates

Momanto en Plano XY445,94

lbf.pulg


lbf.pulg


lbf.pulg

Calculo del Diámetro del Eje 3

Velocidad w 28,5 rpm2,9845

1 rad/s

Potencia P 0,475 HP 36,119kgf.m/s

Momento Max Mmax1182,

1lbf.pulg

211,543 kgf.cm

TorqueT = P/w

12,102 kgf.m

0,12102 kfg.cm

Coe. Seguridad n 2







EJE INTERMEDIO.

En el eje intermedio existen una polea mayor y una menor que transmiten potencias del

95% del la potencia nominal del motor. A continuación se realiza el esquema y los

cálculos:

Para el cálculo del sistema en los apoyos, se utiliza ∑ M o=0

y ∑ F y=0




Plano XY

∑ M o=081 , 59∗10+3∗15=147 ,10∗15+ Ry2∗20

Ry2=53 ,824 [ lbf ]

∑ F y=0Ry1+Ry2+81, 59+3=147 , 10Ry1=8 ,686 [ lbf ]

Plano ZX

∑ M o=012 , 01∗10+Rz 2∗25=69 , 09∗15

Rz2=36 ,65 [ lbf ]

∑ F z=0Rz1+Rz2+19 , 01=69 , 09Ry1=20 ,43[ lbf ]

DISEÑO DEL EJE INTERMEDIO




Plano XYRy2 53,824 lbfRy1 8,686 lbf

Para Diagrama de Cortex 0 10 15 25 pulgV -8,686 -90,276 53,824 0 lbf




Para Diagrama de Momentosx 0 10 15 25 pulgMf 0 -86,86 -538,2 0 lbf.pulg

1 2 3 4

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0



Mom

ento

Fle

ctor

[lbf

.pul

g]


Para Diagrama de Cortex 0 10 15 25 pulg

V -20,43-

32,44 36,65 0 lbf

Diagrama de Momentosx 0 10 15 25 pulg

Mf 0-

204,3 -366,5 0 lbf.pulg




0 10 15 25

-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0



Mom

ento

Fle

ctor

[lbf

.pul

g]

Momentos Resultates

Momanto en Plano XY538,24

lbf.pulg


lbf.pulg


lbf.pulg

τ MAX=√16 M 2

πd3+16 T 2

πd3

Ssyn

=16

πd3 √ M 2+T 2

Sy=Ssyn

P=Tω

d=3√32 nπ Sy

√ M 2+T 2

Calculo del Diámetro del Eje 1Velocidad w 150 rpm 15,708 rad/sPotencia P 0,475 HP 36,119 kgf.m/s

Momento Max Mmax 538,24lbf.pulg 96,321 kgf.cm

Torque T = P/w 2,2994 kgf.m 0,023 kfg.cmCoe. Seguridad n 2






DISEÑO DEL PROCESO

DIAGRAMA DE FLUJO GENERAL

Diseñar

Dimensionar

Mecanizar

Cortar y Soldar

Trazar, Cortar, Taladrar y Remachar

Ensamblar

Almacenar

Transportar

Ejes y Engranajes

Tolva carga y descarga, carcaza

Soporte




DESCRIPCIÓN DE PROCESOS

Para cada operación se tomará en cuenta el cumplimiento de las normativa ASME vigente, para las actividades de transporte, almacenamiento, operación y distribución del producto terminado, de manera que los procesos que son llevados a cabo estén dentro de los parámetros técnicos tanto de trabajo como también los indicadores y parámetros de seguridad que nos ayudarán al cuidado de la salud de los trabajadores y al ambiente, garantizando además, la eficiencia y productividad de la planta.

Para aquello utilizaremos la Simbología ASME para el entendimiento indicado en cada proceso descritas a continuación:

DIAGRAMA DE PROCESOS GENERAL

Diseñar

Dimensionar

Llevar material al área de mecanizado

Mecanizar engranajes y ejes

SIMBOLOGÍA ASME

Operación Inspección

Transporte Almacenamiento

Demora Inspección y Operación

Almacenamiento Previo




Ensamblar caucho a ejes (rodillos)

Almacenar previamente de engranajes y rodillos

Llevar material, tubos cuadrados al área de soldadura

Cortar tubos cuadrados

Soldar tubos cuadrados para soporte

Almacenar previamente de soporte

Llevar material told al área de doblado y corte

Trazar esquema para tolva y carcasa

Cortar esquemas tolva carga y descarga, y carcasa

Taladrar carcasa y tolva carga y descarga

Remachar tolva carga y descarga, y carcasa

Almacenar previamente de carcasa y tolva

Recibir accesorios (pernos, arandelas, resortes, chumaceras), piezas compradas

(manivela, polea)

Almacenar previamente los accesorios y piezas compradas

Llevar piezas almacenadas previamente al área de ensamblaje

Ensamblar las partes y piezas de la máquina peladora

Inspección General

Embalar la máquina

Almacenar

Demora en el estibo de máquinas empacadas

Transporte a sitios de venta




DIAGRAMA DE PROCESOS, MÉTODOS Y TIEMPOS POR ELEMENTO DE

MÁQUINA

Nombre del Proceso Soporte – Estructura Metálica Código PEL01Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola

Nº Símbolo Procedimiento Tiempo




[s]

123456789

Cortar tubos cuadrados horizontales según medidas (Ver Planos)Verificar medidas, dentro de tolerancias establecidasCortar tubos cuadrados verticales según medidas (Ver Planos)Verificar medidas, dentro de tolerancias establecidasSoldar partes cortadas (Por arco eléctrico)Demorar, por enfriamiento de partes soldadasSacar la escoriaPintar soporteAlmacenar previamente soporte Estructural

600200550200900300150400300

Indicadores Personal utilizado: 3 personas Tiempo proceso: 3600 s = 60 min = 1 h Desecho: Escoria, Retazo de Tubos Equipo y Herramientas Utilizadas: Cortadora de Tubos, Soldadora de Arco Eléctrico, Punzón, Compresor, Pistola para pintado. Material Utilizado: Tubo Cuadrado de (20 x 20 mm) x 6mConsumos Adicionales: Electrodos 6011

Parámetros de seguridad Es necesario la utilización de materiales de protección como:

Calzado de seguridad Guantes de cuero Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones) Máscara para soldadura

Tal como lo estipula el Reglamento de Seguridad e Higiene Industrial del IESS en el Art. 87

Nombre del Proceso Tolva de Descarga - Carcasa Código PEL02Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola




Nº Símbolo Procedimiento Tiempo[s]

12

3456789

Adquirir material para tolva de descarga (told 1mm)Trazar dibujo en tolva de descarga teniendo en cuenta la mejor disposición, para menor desperdicio, tanto soporte, descarga, sujeciones laterales, separador y carcasa propiamente dichaInspeccionar Medidas antes del corteCortar trazos con cortadora de toldPunzonar los sitios en donde van a ir los agujerosTaladrar agujeros según diámetroDoblar pestañas de elementos de tolva de descargaRemachar unionesAlmacenar previamente

3001800

5001800600300300300300

Indicadores Personal utilizado: 2 personas Tiempo proceso: 6200 s = 103,33 min = 1,72 h Desecho: Retazo de Told




Equipo y Herramientas Utilizadas: Tijera para told, Punzón, Taladro Manual, Dobladora. Material Utilizado: Planchas de Told de 1mm de espesor de 2,44 x 1,22Consumos Adicionales: Ninguno


Guantes de cuero Calzado de seguridad Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)


Nombre del Proceso Placa Soporte - Carcasa Código PEL03Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola





12

345678910

Adquirir material para placa soporte - carcasa (Platina 6mm)Trazar dibujo en placa soporte teniendo en cuenta la mejor disposición.Inspeccionar Medidas antes del corteCortar trazos con cortadora de cortadora va y venPunzonar los sitios en donde van a ir los agujerosTaladrar agujeros según diámetroSoldar Pestañas de placa soporte - carcasaTrazar, Cortar y Doblar un tubo y soldar en placa soporte izquierdaAlmacenar previamente

3002400

4002400600400400500

300

Indicadores Personal utilizado: 2 personas Tiempo proceso: 8300 s = 138,33 min = 2,30 h Desecho: Retazo de Platina Equipo y Herramientas Utilizadas: Cortadora va y ven, Punzón, Taladro Manual, Soldadora Arco Eléctrico.Material Utilizado: Platina 6x60mm x 6 mConsumos Adicionales: Ninguno




Parámetros de seguridadEs necesario la utilización de materiales de protección como:

Calzado de seguridad Guantes de cuero Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)


Nombre del Proceso Ejes Código PEL04Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola





1

23456

78910111213

Adquirir material para ejes, se recomiendo AISI 1018, de diámetro 3pulg.Cortar con cortadora eléctrica vaivén, longitudes de ejesTrasladar al tornoMontar en el torno, con porta herramientasAjustar parámetros de corteMecanizar eje con medidas establecidas en el plano, con cuchilla HSSTrasladar a limadoraMontar en la LimadoraAjustar parámetros de corteMecanizar parte de sección cuadrada del eje, según medidasMecanizar chaveteroInspeccionar medidasAlmacenar previamente

300

6002002001002700

200200100200600500300

Indicadores Personal utilizado: 1 personas Tiempo proceso: 8000 s = 133,33 min = 2,22 h Desecho: Viruta Equipo y Herramientas Utilizadas: Torno, Limadora, Cortadora vaivén, Cuchillas HSS. Material Utilizado: Eje de 3pulg AISI 1018 x 6mConsumos Adicionales: Afila Cuchillas ó esmeril


Calzado de seguridad Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)


Nombre del Proceso Rueda Dentada Conductora Código PEL05Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola





1

23456

78910

1112

Adquirir material para engranajes, se recomiendo AISI 4340, de diámetro 5pulg.Cortar Longitud de engranajeTrasladar al tornoMontar en el torno, con porta herramientasAjustar parámetros de corteMecanizar engranaje con medidas establecidas en el plano, con cuchilla HSS, refrentado, cilindrado interior, chaveteroTrasladar a fresadoraMontar en la fresadoraAjustar parámetros de corteMecanizar engranaje, con número de dientes establecido en plano de construcción.Inspeccionar medidasAlmacenar previamente

300

6002002001001500

2002001001800

300300

Indicadores Personal utilizado: 1 personas




Tiempo proceso: 5800 s = 96,67 min = 1,61 h Desecho: Viruta Equipo y Herramientas Utilizadas: Cortador vaivén eléctrico, torno, fresadora, fresas y cuchillas HSSMaterial Utilizado: Ejes 4340 de diámetro 5 pulg.Consumos Adicionales: Esmeril ó afila cuchillas




Nombre del Proceso Rueda Dentada Conducida Código PEL06Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola





1

23456

78910

1112

Adquirir material para engranajes, se recomiendo AISI 4340, de diámetro 3pulg.Cortar Longitud de engranajeTrasladar al tornoMontar en el torno, con porta herramientasAjustar parámetros de corteMecanizar engranaje con medidas establecidas en el plano, con cuchilla HSS, refrentado, cilindrado interior, chaveteroTrasladar a fresadoraMontar en la fresadoraAjustar parámetros de corteMecanizar engranaje, con número de dientes establecido en plano de construcción.Inspeccionar medidasAlmacenar previamente

300

6002002001001500

2002001001500

300300

Indicadores Personal utilizado: 1 personas Tiempo proceso: 5500 s = 91,67 min = 1,53 h Desecho: Viruta Equipo y Herramientas Utilizadas: Cortador vaivén eléctrico, torno, fresadora, fresas y cuchillas HSSMaterial Utilizado: Ejes 4340 de diámetro 3 pulg.Consumos Adicionales: Esmeril ó afila cuchillas




Nombre del Proceso Placa de Sujeción de Ejes Código PEL07Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola





12

3456789

Adquirir material para placa sujeción de ejes (Platina)Trazar dibujo de placa de sujeción teniendo en cuenta la mejor disposición.Inspeccionar Medidas antes del corteCortar trazos con cortadora de va y venPunzonar los sitios en donde van a ir los agujerosTaladrar agujeros según diámetroSoldar pestañas de elementos de placa sujeciónTrazar, Cortar, Doblar tubos de sujeciónAlmacenar previamente

3001200

4001500500200200600300




Indicadores Personal utilizado: 2 personas Tiempo proceso: 5200 s = 86,67 min = 1,44 h Desecho: Retazo de Platinas Equipo y Herramientas Utilizadas: Cierra, Taladro Manual, Dobladora.Material Utilizado: Platina 6x50mm x 6 mConsumos Adicionales: Ninguno




Nombre del Proceso Carcasa Código PEL08Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola





12

345678

Adquirir material para carcasa (told 1mm)Trazar dibujo de carcasa teniendo en cuenta la mejor disposición, para menor desperdicio, tanto soporte, descarga, sujeciones laterales, separador y carcasa propiamente dicha.Inspeccionar Medidas antes del corteCortar trazos con cortadora de toldPunzonar los sitios en donde van a ir los agujerosTaladrar agujeros según diámetroDoblar pestañas de carcazaAlmacenar previamente

3001500

4001600500200200200

Indicadores Personal utilizado: 2 personas Tiempo proceso: 4900 s = 81,66 min = 1,36 hDesecho: Retazo de Told Equipo y Herramientas Utilizadas: Tijera para told, Punzón, Taladro Manual, Dobladora.Material Utilizado: Planchas de Told de 1mm de espesor de 2,44 x 1,22Consumos Adicionales: Ninguno


Calzado de seguridad Guantes de cuero Cinturón antilumbago Protector auditivo (orejeras ó tapones)





Nombre del Proceso Tolva de Carga Código PEL09Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola


12

3456789

Adquirir material para tolva de carga (told 1mm)Trazar dibujo en tolva teniendo en cuenta la mejor disposición, para menor desperdicio, tanto soporte, descarga, sujeciones laterales y separadorInspeccionar Medidas antes del corteCortar trazos con cortadora de toldPunzonar los sitios en donde van a ir los agujerosTaladrar agujeros según diámetroDoblar pestañas de elementos de tolva de cargaRemachar unionesAlmacenar previamente

3001700

4001600500250250250250

Indicadores Personal utilizado: 2 personas Tiempo proceso: 5500 s = 91,66 min = 1,53 hDesecho: Retazo de Told




Equipo y Herramientas Utilizadas: Tijera para told, Punzón, Taladro Manual, Dobladora.Material Utilizado: Planchas de Told de 1mm de espesor de 2,44 x 1,22Consumos Adicionales: Ninguno







ANÁLISIS DE TIEMPO Y MOVIMIENTOS (RESUMEN)

La fabricación de la máquina manual Peladora de Chochos comprende, le dividimos en

tres secciones de tiempos.

La adquisición de la materia prima se hará con anticipación de manera que siempre

haya elementos en stock para construir sin dificultad nuestra máquina.

El Diseño de la máquina se lo hace una sola vez, ya que el proceso se estandariza.

En lo concerniente a los demás procesos de producción, se muestra la tabla y

gráficos siguientes:

Nº Código Nombre del Proceso Tiempo(min)

1 PEL01 Construcción Soporte – Estructura Metálica

60

2 PEL02 Construcción Tolva de Descarga - Carcasa

103,33

3 PEL03 Construcción Placa Soporte - Carcasa 138,334 PEL04 Construcción Ejes 133,335 PEL05 Construcción Rueda Dentada Conductora 96,676 PEL06 Construcción Rueda Dentada Conducida 91,677 PEL07 Construcción Polea - Manivela 2257.1 PEL07.1 Preparación para la fundición 607.2 PEL07.2 Fundición 1658 PEL08 Construcción Placa de Sujeción de Ejes 86,679 PEL09 Construcción Carcasa 81,6710 PEL10 Construcción Tolva de Carga 91,6711 PEL11 Ensamblaje y Control de Calidad 76,67




PEL01

PEL02

PEL03

PEL04

PEL05

PEL06

PEL07.1

PEL07.2

PEL08

PEL09

PEL10

PEL11

60

103.33

138.33 133.33

96.67 91.67

60

165

86.67 81.6791.67

76.67

TIEMP VS PROCESO

5% 9%

12%

11%8%8%

5%

14%

7%7%

8% 6%

TIEMPO % VS PROCESOConstrucción Soporte – Estructura Metálica

Construcción Tolva de Descarga - Carcasa

Construcción Placa Soporte - Carcasa

Construcción Ejes

Construcción Rueda Dentada Conductora

Construcción Rueda Dentada Conducida

Preparación para la fundición

Fundición

Construcción Placa de Sujeción de Ejes

Construcción Carcasa

Construcción Tolva de Carga

Ensamblaje Y Control de Calidad




DISTRIBUCIÓN DEL MATERIAL

Nombre del Proceso Soporte – Estructura Metálica Código PEL01Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola

Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará del tubo cuadrado para cada soporte y por las 80 unidades producidas al mes.

Longitud por soporte Número de tubos por 80

1,85 m 25

Nombre del Proceso Tolva de Descarga - Carcasa Código PEL02Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola

Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación el área de cada pieza de la tolva de descarga y el número de planchas que se necesitará para producir las 80 unidades.

Nombre de la pieza

Área Área de la PlanchaNúmero de

Planchas por 80 unidades

producidas

Descarga 185,8 x 152,7 mm

20768cm2 3,65Soporte 384 x 203 mmSujeción Lateral 100 x 120 mmSeparador 150 x 95 mmTotal 1325,74 cm2




Nombre del Proceso Placa Soporte - Carcasa Código PEL03Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola

Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará de platina para cada placa soporte y por las 80 unidades producidas al mes.

Longitud por placa soporte Número de platinas por 80

0,85 m 12

Nombre del Proceso Ejes Código PEL04Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola

Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará de eje macizo para cada rodillo y por las 80 unidades producidas al mes.

Longitud por rodillo

Número de ejes por 80

0,34 m 4,45

Nombre del Proceso Rueda Dentada Conductora Código PEL05Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola

Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará de eje macizo para cada rueda dentada conductora y por las 80 unidades producidas al mes.

Longitud por rueda dentada


0,017m 0,14

Nombre del Proceso Rueda Dentada Conducida Código PEL06Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola

Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará de eje macizo para cada rueda dentada conductora y por las 80 unidades producidas al mes.

Longitud por rueda dentada


0,017m 0,14




Nombre del Proceso Placa de Sujeción de Ejes Código PEL07Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola

Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación la longitud que se necesitará de platina para cada placa de sujeción de ejes y por las 80 unidades producidas al mes.

Longitud por placa sujeción ejes Número de platinas por 80

0,2 m 2,7

Nombre del Proceso Carcasa Código PEL08Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola

Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación el área de cada pieza de carcasa y el número de planchas que se necesitará para producir las 80 unidades.

Nombre de la pieza



producidasCarcasa 730 x 615 mm 20768cm2 13,35Total 4489,5 cm2

Nombre del Proceso Tolva de Carga Código PEL09Propietario del Proceso DS (Design System), Alexis Sola




Se realizó la distribución para obtener la menor pérdida posible de material, por cuanto, se describirá a continuación el área de cada pieza de tolva de carga y el número de planchas que se necesitará para producir las 80 unidades.

Nombre de la pieza



producidas

Tolva de Carga 585,6 x 535,6 mm 20768cm2 8,9Total 3136,5 cm2




ANÁLISIS DE COSTOS

Para cuantificar los costos es necesario, hacer una descripción de los rubro s tomados en cuenta para la construcción e la máquina pelador a de chochos.

Costos de Materiales Costos de Fabricación

o Costos Mano de Obra

o Costos por Equipos

Costos de Diseño

COSTOS DE MATERIALES

Para determinar los costos de materiales, se dividirán a estos en dos grupos; el primer grupo será el de los materiales que requieren de transformación para ser utilizados, estos materiales de detallan a continuación, además se muestra, dimensiones (antes de set utilizado), cantidad peso y costo total.

MATERIAL DIMENSIONES (mm) CANT. Costo Unitario

USD

COSTO TOTAL(USD)

_MECANISMO PELADORPlacas de acero inoxidable 304 310x200; e=3 2 10,00 20,00

Tubo mecánico Φe=30; Φint=29x1600 1 10,00

Acero de transmisión UNSG 1018 (HR) Φ30x80 1 1,00

Rueda Dentada Recto z = 22, m=0,125 2 5,20 10,40

Rodamiento 6201 4 2,80 11,20

Rodamiento 6202 1 6,72 6,72

Perno Hexagonal, M10x50 1 0,17 0,17

Tornillos Reguladores, M8x40 4 0,56 2,24

Tuerca Hexagonal M10 1 0,22 0,22

Arandela Plana φ10mm 1 0,06 0,06

Arandela de Presión, 10mm 1 0,06 0,06

Anillos de retención internos DIN 472, 31x1,2 8 0,22 1,76

_TRANSMISIÓN




Banda Trapezoidal 3 5,60 16,80

Polea Ranurada φ5 in 2 4,92 9,84

Polea Ranurada φ26 in 2 16,85 33,70

Prisionero Allen M8x20 4 0,25 1,00

Perno Hexagonal M10x30 12 0,17 2,04


_ESTRUCTURA

Perfil en L laminado en caliente (ASTM 36) 20x20x650; e=3 1 5,00

Perfil en L laminado en caliente (ASTM 36) 30x30x6cm; e=3 2 6,00

Platina Lmainada en caliente ASTM 36 225x160; e=4 1 5,00

Chumaceras de 3/4 in 6 4,00 24,00

Perno Hexagonal, M8x16 4 0,17 0,68


Arandelas DIN 125; φ8,4 4 0,06 0,24

Perno Hexagonal M10x20 4 0,17 0,68


Motor Eléctrico Trifásico Jaula de Ardilla 220 V, 900rpm, 0.5HP

1 134,40 134,40

_TOLVA

(Acero Inoxidable 304; e = 1,5mm)

Tapa Lateral 260x260 2

Tapa Posterior 400x315 2

Apoyo Placa Soporte 35x140 2

Tapas para Limpieza 450x120 2

Bandeja Inferior 610x440 1

Plancha Utilizada 610x1220 1 280,00

TOTAL 587,61




COSTOS DE FABRICACIÓN

Para los costos de fabricación, se toma en cuenta los precios por la utilización de la máquina, así como; el precio por mano de obra empleada.

A continuación se muestran los costos de mano de obra, y los costos por la utilización de los equipos.

COSTO MANO DE OBRAMano de Obra Tiempo

Apro. [h]Costos/hora Costo

Total

Seccón BSoldador eléctrico 8 2,04 16,32Torno - Fresador 16 2,04 32,64

Sección CAyudante Mecánico 25 1,93 48,25Pintor 2 1,93 3,86Vulcanizador 2 1,93 3,86

TOTAL 104,93

COSTOS POR EQUIPOSEquipo Tiempo

Apro. [h]Costos/

horaCosto Total

Torno 6 5,00 30Fresadora 9 5,00 45Esmeriladora 0,5 2,00 1Amoladora 0,3 2,00 0,6Soldadora Eléctrica

8 5,00 40

Equipo de Pintado 2 4,00 8Remachado 0,4 0,20 0,08




Taladro Pedestal 0,3 1,00 0,3TOTAL 124,98

Por lo tanto los costos de Fabricación será igual a:

Costos Fabricación=Costos Mano de ObraCF=124 ,98+104 , 93=229 , 91USD

COSTOS DE DISEÑO

Para determinar los costos de diseño, generalmente se utiliza el 20% de los costos de construcción de la máquina

Costos Diseño=0,2∗(CF+CM )=0,2∗(229 , 91+587 , 61)=163 , 504 USD

COSTOS POR IMPREVISTOS O INDIRECTOS

Para los imprevistos que se puedan generar durante la construcción, se adiciona un 10 – 30% del costo total de la máquina construida.Una vez, obtenidos los valore por cada uno de los rubros a considerar, se obtienen los costos totales por la fabricación de la máquina.

CTOTAL=CDIRECTOS+C INDIRECTOS=CDIRECTOS+0,1CDIRECTOS

CTOTAL=1,1 CDIRECTOS

CTOTAL=1,1(CM+CF +CD )=1,1(229 , 91+587 , 61+ 163 ,504 )=1079 , 12[usd ]




ANEXOS

calculo desgranadora frijol

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