Centrifugadora_de_papas.docx

CENTRIFUGADORA DE PAPAS OBJETIVO La necesidad de ahorrar tiempo en la extracción eficiente del aceite de los snack “como ser papas fritas, yucas fritas, chicharroncitos, habitas, platanitos, etc.” de modo que al ser cosidas no se tarde más de 20 a 30 segundos de extracción antes de empaquetar. 1.- FUNCIONES 1.1 función principal La centrifugadora de snack es utilizada para extraer los aceites de las frituras basadas en un principio del uso de la velocidad tangencial, en un centrifugado dichas frituras son destinadas para el consumo humano diario. 1.2 funciones secundarias  Tiene una capacidad de 2[

𝑘𝑔 𝑚𝑖𝑛

]

 Diseñado para el centrifugado de varios tipos de frituras  Diseñado ergonómicamente

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 2.-DISEÑO DEL MECANISMO 2.1 VISTA DEL MECANISMO

Maquina (construcción finalizada)

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 2.2 EXPLICACIÓN DEL MECANISMO A través de un motor eléctrico se utiliza un reductor de poleas donde por medio de un eje se acopla al disco de movimiento generando el giro de la canastilla acoplada libremente el cual nos da como resultado el centrifugado del producto. 3 DISEÑO DE PARTES Y PIEZAS G1 MECANISMO DE ACCIONAMIENTO

CENTRIFUGADORA DE PAPAS G2 ESTRUCTURA DEL CONTENEDOR G2.1 CONTENEDOR INTERNO

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

G2.2 CONTENEDOR EXTERNO

CENTRIFUGADORA DE PAPAS G3 ESTRUCTURA

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 4.-ESTRUCTURA ORGANIZATIVA

CENTRIFUGADORA DE FRITURAS

GRUPO 1 “Mecanismo de accionamiento”

GRUPO 2 “Estructura del contenedor”

GRUPO 3”Estructura”

-G 1.1 eje de accionamiento.

-G 3.1 pata de soporte.

-G 1.2 polea reductora de velocidad.

-G 3.2 soportes laterales. Sub grupo 2.1

Sub grupo 2.2

-G 1.4 perno de sujecion.

-G 2.1-1 contenedor interior.

-G 2.2-1 soporte para pernos.

-G 1.5 tuerca de sujecion de disco M16.

-G 2.1-2 sujetador de contenedor.

-G 2.2-2 aislador de aceite.

-G 1.6 chumacera.

-G 2.1-3 disco de soporte interior.

-G 2.2-3 contenedor exterior.

-G 1.3 polea del motor.

-G 1.7 motor. -G 1.8 correa. -G 1.9 orejas de apriete. -G 1.10 disco de movimiento. -G 1.11 pasador de movimiento.

-G 2.1-4 cono inferior escurridor.

-G 2.2-4 canal de aceite. -G 2.2-5 filtrador de aceite. -G 2.2-6 tubo de escape. - G 2.2-7 base de contenedor exterior.

-G 3.3 soporte de eje.

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 5.- DISEÑO Y CALCULO DE PARTES Y PIEZAS 5.1 CÁLCULO DE POTENCIA Y n (rpm) La velocidad a calcular de las papas fritas en el centrifugado se tomó en base a pruebas que determinan que tan rápido podemos girar la canastilla para que el secado de papas sea buena sin triturarlas ni afectar su sabor. Para poder realizar este experimento tuvimos que utilizar los siguientes elementos: -una olla de cocina aproximadamente de unos 45 [cm] de diámetro con una altura de 28 [cm] - papas fritas para la prueba - Un taladro con n (rpm) regulable P=1000[W] y n=970 a 2300 [rpm] - ambiente libre El experimento se dio de la siguiente manera.

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

Antes del centrifugado

Después del centrifugado

1.- Se introdujo papas fritas en una olla de cocina común 2.- Se giró el taladro de manera que este se pueda acoplar por una como en estilo correa hacia el contorno de la olla

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 3.- observamos que el aceite se escurre primeramente en sentido inferior de la olla 4.- a máxima velocidad la papa se desmenuza como viruta. 5.- concluimos que una excelente velocidad seria 600 [rpm]. Calculo de las dimensiones del contenedor interior Teniendo de dato el volumen que ocupa un paquete de papas fritas de 230 [gr]. Se introdujo las papas fritas 230[gr] en una jarra de forma cilíndrica del cual se obtuvo un volumen de 3318.3 [cm3 ]. Con regla de tres simple hallamos para 2 [Kg]. 0,23 Kg ---------- 3318.3 cm3 . 2

Kg ---------- VP

VP= 28,85. 10−3 m3 Ahora asumimos un diámetro y altura de contenedor interior para así comparar el volumen del producto de 2 kg y considerando el espacio que formara en el momento de centrifugado. Dc = 0,42 m Hc = 0,38 m V ca = π . 0,212 . 0,38 = 52,65 . 10−3 m3 Vc =

π .(0,08).(0,152 +0,012 +0,15 . 0,1) 3

= 2,019 . 10−3 m3

Donde: 𝑉𝑐 =Volumen del cono. 𝑉𝑐𝑎 =Volumen del contenedor interior.

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 𝑉𝑙 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑜𝑙𝑙𝑎 VP = Volumen del producto. Vl = V ca − Vc = 52,63 . 10−3 m3 Por tanto el volumen que ocupara una masa de 2 kg en el contenedor interior será: 𝑉𝑣𝑎 =Volumen vacío Vva = Vl − Vp = 17,45 . 10−3 m3 Ahora hallamos la altura sobrante (hs) con el dato del volumen del vacio Vva 17,47 . 10−3 hs = = = 0,126 m π. r 2 π . 0,212 Con los cálculos obtenidos tendremos el siguiente dibujo aproximado.

Vci =Volumen de centrifugado Vci = π . R2 . hv = 47,10 . 10−3 m3

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 𝜋 . hv . ( (𝑟𝑣 ) 2 + (𝑅𝑉 )2 + 𝑟𝑣 . 𝑅𝑉 ) Vcv = = 11,54 . 10−3 m3 3 𝑉𝑝𝑓 =Volumen del producto formado en el momento de centrifugado. 𝑉𝑝𝑓 = Vci − Vcv − Vc = 33,55 . 10−3 m3 Ahora comparamos el volumen del producto formado en el momento de centrifugado con el volumen del producto de 2 kg. 𝑉𝑝𝑓 = 𝑉𝑝 33,55 . 10−3 m3 ≈ 33,18 . 10−3 m3 Cumple con la condición de altura H =38 cm y D =42 cm Calculo de la masa total de trabajo Datos: H=380 [mm] D=420 [mm] em =1 [mm] dc =300 [mm] hc =80 [mm] Donde: H=altura de la canasta D=diámetro de la canasta em =espesor de la malla dc =diámetro del cono de la canastilla hc =altura del cono de la canastilla Datos del material catálogos:

CENTRIFUGADORA DE PAPAS p=8 [mm] d=5 [mm] % Adesperdicio =35,4 [%] δ =7900[

Kg m3

]

Volumen de la malla: Vsolido = Vs = π*(D+2em )*em *H Vs =π*(0.42+2 ∗ 0.001)*0.001*0.38 Vs = 0.504 × 10−3 [m3 ] V% desperdicio = V%desp =Vs *0.354 V%desp =0.504 × 10−3 ∗ 0.354 V%desp =0.178 × 10−3 [m3 ] Vmalla = Vs – V%desp = (0.504–0.178)× 10−3 Vmalla =0.326× 10−3 [m3 ] Masa de la malla mmalla =Vmalla *δ mmalla = (0.326× 10−3 )*7900 mmalla =2.575 [Kg]

Volumen base de la canastilla: VBASE = VD = π(R d + em )2 ∗ em

CENTRIFUGADORA DE PAPAS VD = (0.21 + 1 × 10−3 )2 *1 × 10−3 VD = 139.87 × 10−6 [m3 ]

Volumen de los agujeros 𝑉𝑎 = 132,63 × 10−6 [𝑚3 ] 𝑉𝐵 = 𝑉𝐷 – 𝑉𝑎 𝑉𝐵 = 139.87 × 10−6 [𝑚3 ]– 132,63 × 10−6 [𝑚3 ] 𝑉𝐵 = 130.851 × 10−6 [𝑚3 ]. VB = Base total de la malla Masa de la base de la canastilla mB =VB *δ mB =130.851 × 10−6 *7900 mmalla =1.03 [Kg] Disco que hace girar la canastilla (disco de movimiento) dg=disco de giro

Vdg = π ∗ (R D )2 ∗ ed Vdg = π ∗ (0.225)2 ∗ 1.5 × 10−3 Vdg = 238.56× 10−6 [m3 ] mdg =Vdg *δ mB =(238.56× 10−6 )*7900 mdg =1.88 [Kg] Sumatoria de la masa total:

CENTRIFUGADORA DE PAPAS mT =mm + mB + mdg + mp mT =2.575+1.03+1.88+2.3 mT =7.785 [Kg] Donde: mm = masa de la canastilla mB = masa base de la canastilla mdg = masa disco de giro mp = masa del produccto Calculo de la Potencia Con el experimento hecho, la capacidad dada por el productor más el análisis de la inercia pudimos recolectar los siguientes datos: n=600 [rpm]

w=

2.π.n 60

=

2.π.600 60

= 20π[

rad s

]

mt = 7,785 [kg] mb = 0,2 [kg]

I=

1 1 1 1 mt . R2 + mb . D2 = 7,785. 0,212 + 0,2. 0,422 2 12 2 12 I = 0,175 [kg. m2 ]

t trans = 1 [s] w 20π rad α= = = 20π[ 2 ] t trans 1 s Mt = I. α = 0,175 . 20π = 3,5π [N. m] La Potencia Mt . w 3,5π .20π P= = = 0,9211 [Hp] ≈ 1 [Hp] 750 750

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

Concluimos que nuestra potencia será: P = 1 [hp] Donde: mb= masa de la varilla(sujetador del contenedor) mt= Masa total de trabajo t trans = tiempo de transición Mt = Momento torsor w= velocidad angular Selección del motor

CENTRIFUGADORA DE PAPAS Según el catalogo seleccionamos un motor de 1 hp de IV polos o dos pares de polos con una velocidad angular de 1500 rpm. Cálculo y selección de la correa y las poleas Datos: Potencia del motor =1 hp 𝑛1 =1500 [rpm] 𝑛2 =600 [rpm] Relación de transmisión:𝑖 =

𝑛1 𝑛2

=

1500 600

=

5 2

Calculo de potencia corregida Para el dimensionamiento de la correa aplicamos la siguiente formula: Pc = K. P Donde: P =Potencia calculada K =Factor de corrección determinado en el siguiente catalogo Lo tomamos como K = 1,2 Pc =Potencia corregida

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

Pc = 1,2 . 1 = 1,2 [Hp] ≈ 1,5 [Hp] Selección de tipo de correa Con los datos obtenidos podemos ir a tablas y seleccionar el tipo de correas: n = 1500 [rpm] Pc = 1,5 [Hp]

Con esto seleccionamos el tipo de correa “A” Selección de diámetros de la polea Según la gráfica, para tipo de correa “A” el diámetro mínimo de polea especialmente recomendada es 90 [mm] pero tomaremos el mayor.

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

Entonces el diámetro primitivo será Dprimitivo = D1 = 100 [mm] Calculo del diámetro de la polea Datos n1 = 1500 [rpm] D1 = 100 [mm]

𝑛2

Rotación de accionamiento n2 = 600 [rpm] Calculo de i (relación de transmisión) n1 1500 i= = = 2.5 n2 600 La relación es dada por: n1 . D1 = n2 . D2 De donde despejamos D2 =

n1 .D1 n2

=

1500 .100 600

= 250 [mm]

CENTRIFUGADORA DE PAPAS Con esto tenemos el diámetro de la segunda polea: D2 = 250 [mm] Distancia entre ejes Para el cálculo de la distancia entre ejes estamos ayudados por la siguiente formula: (R + 1). D1 E≥ + D1 2 Donde R=i= 2,5 “relación de transmisión”

E≥

(2.5 + 1). 100 + 100 2 E ≥ 275 [mm]

Con este resultado asumimos una distancia un poco más larga por el factor de seguridad. E = 300 [mm] Calculo de la longitud de la correa Para tener la longitud de la correa se encontró la siguiente Lp = 2. E +

formula:

π(D+d) 2

+

(D−d)2 4.E

Donde: D =Diámetro de la polea mayor d =Diámetro de la polea menor Lp =Longitud total de la correa E= distancia entre ejes Entonces: π(250 + 100) (250 − 100)2 Lp = 2.300 + + 2 4.300

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

Lp = 1168,53 [mm] Con el resultado obtenido aproximamos a catálogos Correa tipo “A”

Con elegimos el inmediato superior Lp = 1186 [mm]

Con esto tenemos la correa que según catalogo es un “A 45”

CENTRIFUGADORA DE PAPAS Factor de corrección =FCL ← Por catálogos o tablas. Con un “A 45” buscamos en la tabla: Longitud de la correa 42 46

“A” 0,90 0,92

Interpolando tenemos FCL = 0.915 Arco de contacto Tenemos que calcularlo de cada polea por separado utilizando la siguiente formula A = 180 − 57

D−d E

Donde: D =Diámetro de la polea mayor d =Diámetro de la polea menor E =Distancia entre poleas Empecemos El arco de la polea menor será: A1 = 180 − 57

250 − 100 300

A1 = 151,5´ El arco de la polea mayor será: A2 = 180 − 57

100 − 250 300

CENTRIFUGADORA DE PAPAS A2 = 208,5´ Factor de corrección de arco de contacto=FCA ←obtenido por tablas con el dato de la polea menor A1 = 151,5´ con esto nos vamos a la siguiente tabla:

𝐹𝐶𝐴 0,92 0,93

“A” 150´ 154´

Interpolando en estos valores tenemos FCA = 0,92

Velocidad lineal de la correa (Vt) Para calcular la velocidad lineal utilizamos la siguiente formula: Vt =

π. d. N 60 . 1000

Donde: d =Diámetro menor de las poleas N =Velocidad angular del motor en este caso “1500 rpm” Vt =

π. 100.1500 m = 7,85 [ ] 60 . 1000 s

Prestación base de la correa (Pb) Para esto tenemos que saber:

CENTRIFUGADORA DE PAPAS Pb = Pb1 + Pa Donde: Pb1 =Prestación base (catalogos)[Hp] Pa =Prestación adicional (catalogos) [Hp] Ambos se obtienen de una tabla tomando como dato el diámetro y la velocidad de la polea menor en este caso 1500 [rpm].

N rpm de la (𝑃𝑏1 ) polea menor Rango de diámetro (96 a 102 mm) 1400 1,64 1,81 1600 1,81 2,00

(𝑃𝑎 ) relación de transmisión (2 y adelante) 0,24 0,27

Interpolando en esto obtenemos un: Pb1 = 1,84 Pa = 0,255 Entonces reemplazando en la formula tenemos: Pb = 1,84 + 0,255

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 𝑃𝑏 = 2,095 Potencia efectiva de la correa Pe = P𝑏 . 𝐹𝐶𝐿 . 𝐹𝐶𝐴 Pe = 2,095 . 0,915 . 0,92 Pe = 1,76 [Hp] Calculo de número de correas Para el número de correas solo se tiene que hacer una simple división: N de correas =

PC 1,2 = = 0,68 ≈ 1 correa Pe 1,76

Resultados Tipo de correa Numero de correas Diámetro de la polea menor [mm] Diámetro de la polea mayor [mm] Distancia entre ejes “E” Angulo de contacto polea mayor Angulo de contacto polea menor Calculo de poleas La construcción de la polea por norma DIN. Utilizamos la siguiente formula: H = b + 4 a 6 [mm]

A 45 1 100 250 300 208,5´ 151,5´

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

Primera polea Según tabla y tomando el diámetro para el bosquejo b = 100 [mm] α = 34´ a = 13

CENTRIFUGADORA DE PAPAS b=8 Realizando el cálculo H = 8 + 5 = 13 [mm] Segunda polea b = 250 [mm] α = 40´ a = 13 b=8 Realizando el cálculo H = 8 + 5 = 13 [mm] Calculo de fuerzas en las poleas

T2 TR

T1

Polea mayor Datos: D = 250 [mm] P = 1 [Hp] = 746 [W] α = 40´

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

W = 20π[

rad ] s

Momento torsor Mt =

P

=

W

746 20π

= 11,87 [N. m]

Tenemos la siguiente formula: Ѳ = π − 2 sin−1 (

D−d ) [rad] E

Donde: E=distancia entre ejes D= diámetro mayor d=diámetro menor Ѳ= angulo de abrazadera Calculando Ѳ = π − 2 sin−1 (

250 − 100 ) [rad] 300

Ѳ = 2,09 [rad] Coeficiente de fricción 0,4 ≤ 𝞵 ≤ 0,6 Este coeficiente de fricción es para material de aluminio elegimos entre el rango 𝞵 = 0,5 Fórmulas para 𝑇1 , 𝑇2 𝑦 𝑇𝑅 T1 = T2 . eμ.Ѳ … … . ecuacion 1 D Mt = (T1 − T2 ). … … . ecuacion 2 2

CENTRIFUGADORA DE PAPAS TR = T1 + T2 … … . ecuacion 3 z=

μ .Ѳ α … … . ecuacion 4 sin ( ) 2

Reemplazando 1 en 2 2 . Mt = T2 . e D

μ .Ѳ α sin( 2 )

− T2

Despejando𝑇2 2 . Mt

T2 = D

μ .Ѳ α sin( 2 ) . (e

− 1)

Reemplazando 2 . 11,87

T2 = 0,25

2 0,5 .3π 40 sin( 2 ) . (e

− 1)

T2 = 44,18 Continuamos con: T1 = T2 . ez = 44,18 . e1,147 − 1 = 139,16 [N] Donde 2 0,5 . π 3 = 139,16 [N] z= 40 sin ( ) 2 Y por último tenemos: TR = T1 + T2 = 44,18 + 139,16 = 183,85 [N]

CENTRIFUGADORA DE PAPAS Cálculo y dimensionamiento del eje Tenemos el eje que estará sometido a diferentes fuerzas Donde TR = 183,85 [N] Mt = 11,87 [N . m]

𝑇𝑅

𝑀𝑡

𝑅𝐴

𝑅𝐵

0,145 m

0,105 m

0,078 m

Analizando por sumatoria de momentos en el punto fijo “A” ∑ MA = 0

TR . 0,145 − R B . 0,250 = 0 RB =

183,85 .0,145 0,250

R B = 106,63 [N] ∑ Fy = 0

R A − TR + R B = 0

CENTRIFUGADORA DE PAPAS R A = 183,85 − 106,63 R A = 77,22 [N]

Grafica fuerzas cortantes

77,22 N

grafica de momentos flectores -106,63N 11,19 N . m

Con esto nos damos un coeficiente de seguridad de 3 elegimos un material para el eje “SAE 1045” porque su τmax = 595 [Mpa]

CENTRIFUGADORA DE PAPAS τmax = 0,5 . σmax = 0,5 .595 = 282,5 [Mpa] Calculamos 𝜎𝑥 σx = σa + σR σx =

τxy

̅ Mmax .Y π.Ø4 4

σx 2

Ø

=

32 .Mmax .2

16 .Mmax

π.Ø4

π.Ø3

=

16 .11,19 π.Ø3

Ø Mt . R Mt . 2 16 . Mt 16 .11,87 = = = = π . Ø4 Ip π . Ø3 π . Ø3 32

Analisis por esfuerzo cortante maximo

τmax =

σx σx τadm + √( )2 + (τt )2 ≤ 2 2 n

16 . Mmax 16Max 2 16Mt 2 τadm √ + ( ) + ( ) ≤ π. Ø3 πØ3 πØ3 n 16 .11.19 16 . 11,19 2 16 ∗ 11.87 2 565 ∗ 106 + √( ) +( ) ≤ π. Ø3 πØ3 πØ3 3 Despejando el diametro

Ø = 9,06 ∗ 10−3 [m] ≈ 9,06 [mm] 16Max 2 16Mt 2 τadm τmax = √( ) + ( ) ≤ πØ3 πØ3 n

16 . 11,19 2 16 . 11.87 2 282,5 ∗ 106 √( ) +( ) ≤ πØ3 πØ3 3

CENTRIFUGADORA DE PAPAS Ø ≥ 9,59 [mm] Este diámetro analizamos por fatiga. Analisis dinamico (fatiga) En esta parte de calculos utilizaremos tablas del libro ”diseño en ingenieria mecanica de shigley”

σ′r =565 por catalogo SAE 1045 Se = 0,4 . σ′r = 226 [MPa] Se′ = (k a ∗ k b ∗ k c ∗ k d ∗ k e ∗ k f )Se Factor de la condicion superficial de marin Ka b k a = a ∗ Sut

De tabla se obtiene los valores a y subindice b

a = 4,51

b = −0,265 Sut = 565 [MPa]

b k a = a ∗ Sut = 4,51 . (565)−0.265 = 0,84

FACTOR DE MODIFICACION DE TAMAÑO 𝑲𝒃 : DATOS:

CENTRIFUGADORA DE PAPAS d=10 [mm] Determinamos la ecuación a partir de la siguiente tabla:

Reemplazando el diámetro hallado en la ecuación:

d −0,107 kb = ( ) 0,3 kb = (

10 −0,107 ) 0,3

k b = 0,69

FACTOR DE MODIFICACION DE CARGA 𝑲𝑪 Esta constante la hallamos de la siguiente relación: 𝐾𝑐 = 0,59

FACTOR DE MODIFICACION DE TEMPERATURA 𝐾𝑑

Hallamos a partir de la siguiente tabla, a 50ºC, ya que no se realizarán variaciones a la temperatura ambiente:

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

kd =

St Srt

k d = 1,010 FACTOR DE CONFIABILIDAD 𝑲𝒆 : Elegimos en la siguiente tabla ke para un valor de confiabilidad del 99%.

k e = 1 − 0.08 . Za k e = 1 − 0,08 . 2,326 = 0.814 FACTORES DE EFECTOS VARIOS 𝑲𝒇 :

k f = 1 + q(k t − 1) r = 2 [mm] Según la tabla calculamos Kt

D = 12[mm]

d = 10 [mm]

CENTRIFUGADORA DE PAPAS r 2 = = 0,2 d 10 D 12 = = 1,2 ≈ 1,10 d 10

k t = 1,36 Parámetro “q”

r = 2 [mm]

Sut = 565 [MPa]

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

q = 0,78 k f = 1 + q(k t − 1) = 1 + 0,78(1,36 − 1) k f = 1,28

Se′ = (k a ∗ k b ∗ k c ∗ k d ∗ k e ∗ k f ) ∗ Se Reemplazando todos los factores en la ecuación:

Se′ = (0.84 ∗ 0.64 ∗ 0.59 ∗ 1.01 ∗ 0.814 ∗ 1.28) ∗ 226 Se′ = 81 [MPa]

σmax

16 . Mmax 16 . Mmax 2 16 . Mt 2 = + √( ) +( ) π . d3 π . d3 π . d3

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

σmax

16 . 11,19 16 . 11,19 2 16 . 11,87 2 = + √( ) +( ) π . (0,01)3 π . (0,01)3 π . (0,01)3 σmax = 140,07 [MPa]

σmin

σmin

16 . Mmax 16 . Mmax 2 16 . Mt 2 = − √( ) +( ) 3 π .d π . d3 π . d3

16 . 11,19 16 . 11,19 2 16 . 11,87 2 = − √( ) +( ) π . (0,01)3 π . (0,01)3 π . (0,01)3

σmin = 56,99 [MPa]

|σmax | + |σmin | 140,07 − 56,77 σm = = 2 2 σm = 41,54 [MPa] σa =

|σmax | − |σmin | 140,07 + 56,77 = 2 2 σa = 98,53 [MPa]

Ecuación de Goodman:

σa σm 1 + ≤ Se′ Sut n 41,54 98,53 1 + ≤ 81 565 3

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 0,687 ≤ 0,33 No cumple con el criterio de fatiga por lo tanto aumentamos el diametro a 19 [mm] y con esto cumpliriamos el criterio de fatiga . Por tanto utizamos un diámetro de:

D=19 [mm] ≈ 20[mm] por valor comercial. CALCULOS DE CHAVETAS:

Datos: Ns = 3 Sy = 180 [Mpa]

σmax tracc = 320 [Mpa] Mt = 11,87 [N. m] D = 25,4 [mm] P = 1 [Hp]

Mt = Ft .

D 2

Despejando Ft =

2.Mt D

Por corte:

τ ≤ τ̃

Ft A

≤ τ̃

2.Mt D .b.l

≤ τ̃

CENTRIFUGADORA DE PAPAS τy = 0,5 Sy

τ̃ =

τy Ns

l≥ Donde Sy

2. Mt D . b. τ̃

sigma de fluencia

Y b = 8 [mm] h = 7 [mm] de tablas normalizadas en función al diámetro del eje

Catálogo de propiedades de material sae 1010

CENTRIFUGADORA DE PAPAS τy = 0,5 . 180 = 90 [Mpa] τ̃ =

τy Ns

=

90 = 30 [Mpa] 3

Entonces l≥

2.11,87 25,4 ∗ 10−3 . 8 ∗ 10−3 . 30 ∗ 106

l ≥ 3,89 ∗ 10−3 [m] ≈ 4 [mm] Por aplastamiento :

F𝒕 ≤ 𝜏𝑦 h .l 2

Donde: Ft =

2.Mt D

4. Mt h . D. l

≤ σaplast

σaplast = 2. τ̃max Entonses lch ≤ lp Debe cumplir esta condicion , sino cumple se aumenta el numero de chavetas. Datos: τ̃max = 320 [Mpa] ns = 3 σaplast = 2 . 320 = 640 [Mpa] 4. Mt h . D. l

≤

σaplast ns

CENTRIFUGADORA DE PAPAS Despejando l ≥

4 .Mt .ns h .D.σaplast

l≥

4 .11,87 . 3 7 ∗ 10−3 .25,4 ∗ 10−3 . 640 ∗ 106 l ≥ 1,25 ∗ 10−3 [m]

l ≥ 1,25 ∗ 10−3 [mm] ≈ 1,25 [mm] Por tanto elegimos una l ≥ 4 [mm] pero debe ser menor ala polea Ademas cumple la condiccion 𝑙 ≤ 0,5 D Rodamientos o cojinetes:

Polea

Rodamiento

𝑅𝐴

Fuerza axial Fa = mt . g Donde mt =masa total de sostendra el eje. g =gravedad Entonces Fa = 7,785 . 9,81 = 76,14 [N] Datos adicionales ya calculados anteriormente: R A = 77,22 R B = 106,63 n = 600 [rpm] d = 20 [mm]

Rodamiento

𝑅𝐵

CENTRIFUGADORA DE PAPAS Fa = 76,14 Preseleccion del rodamiento Rodamiento rigido de bolas(una sola fila) 𝑃 = 3 ecuacion vida util.

exponete de la

Vida nominal: L10

C P = ( ) [millones de revoluciones] P

Como la velocidad es constante calculamos con la siguiente ecuacion: L10h

𝐿10ℎ

106 = . L [horas de funcionamiento] 60 . n 10

obtenemos de tablas

Elejimos un valor entre medio L10h = 20000 Despejando L10 de la anterior ecuacion

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

L10 =

L10h . 60 . n 20000 . 60 . 600 = = 720 [h] 106 106

Carga estatica equivalente: Po = Xo R A + Yo Fa Para rodamientos individuales y parejas con disposicion tandem se tiene Po = 0,6R A + 0,5Fa Reemplasando Po = 0,6 . 77,22 + 0,5 . 76,14 = 84,40 [N] Po ≥ Fr FS =

Co Po

Donde 𝐹𝑆 =factor de seguridad estatica sacamos de tablas. Fs 1.5-2.5 1.0-1.5 0.7-1.0 Elejimos FS =1,5

Exigencia Elevadas Normales Reducidas

Con esto Co = 1,5 . 84,40 = 126,6 [N] Carga dinamica equivalente: Ecuasion P = XR A + YFa Donde X =factor de carga radial 𝑌 =factor de carga axial fo = 12 fo ∗ Fa 12 . 76,14 = = 7,22 Co 126,6 Con el resultado vamos a tablas:

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

Buscamos en las proximo a ese valor y tenemos los siguientes datos x = 0,56

Y=1

P = 0,56 . 77,22 + 1 . 76,14 = 119,38 [N] L10

C 3 3 = ( ) despejando → C = 720 ∗ √119,38 = 1069,98 P

Ahora comparamos con los rodamientos seleccionados de los catalogos C ≤ C(catalogo) 1069,98 [N] ≤ 9950 [N] Co ≤ Co(catalogo) 126,6 [N] ≤ 5000 [N] n ≤ n(catalogo) 600 [rpm] ≤ 38000 [rpm]

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

Las relaciones se cumplen por lo que se elige el rodamiento Rodamiento E2. 6004-2Z Del catalogo tambien obtenemos D =42 [mm] B =12 [mm] d =diametro del eje= 20 [mm]

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 6.- HOJA DE PROCESOS (EJE DE LA MAQUINA) Operaciones

Parámetros

Herramientas

tiempos Tiempo principal

1.- serrar 332 mm de longitud de redondo de acero, Ø25.4 mm de Material. No necesita luneta(cristal pequeño que es la parte principal de los anteojos) 2.- sujetar la pieza en un plato de tres garras y refrentar la cara frontal con la cuchilla ISO 3

3.-cambiar el punto Pre tornear el lado corto de la pieza en dos secciones con la herramienta ISO 1 Sección I (a=1mm) Sección II(a=5mm)

4.-achaflanar el derecho con ISO 2

lado

5.-Girar el carro de la herramienta, y tornear el cono dejando 0,2 mm de sobre medida para el rectificado.

6.-Dar la vuelta la pieza a mecanizar. Tornea de acabado el lado largo con ISO 3 y tornear los radios. Tornear el chaflán con ISO 2.

De acuerdo con la sierra empleada

sierra

Va = 0,2 [mm/rev] Vc = 44[m/min] d= 0,0254 m r=12,7 mm

Torno

-

𝑉𝑐 = 551,4 [𝑟𝑝𝑚] 𝜋∗𝑑 𝑟 𝑡𝑝 = = 0.12 𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑎 ∗ 𝑛

𝑛=

Tiempo de transición -

Tiempo Total 1 min

0.2min

0,32min

0,2min

3,44min

L=longitud a tornear en mm d= diámetro en m Va =avance en mm/rev Vc = velocidad en m/min r=radio en mm torno 𝑙∗𝜋∗𝑑 𝑡𝑝1 = = 2,088 𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑎 ∗ 𝑉𝑐 𝑙∗𝜋∗𝑑 𝑡𝑝2 = = 1,15 𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑎 ∗ 𝑉𝑐 L=longitud a tornear en mm d= diámetro en m Va =avance en mm/rev Vc = velocidad en m/min

Sección I y II Va = 0,4 [mm/rev] Vc = 32[m/min] d= 0,0254 m r=12,7 mm

Va = 0,2 [mm/rev] Vc = 44[m/min] d= 0,0254 m r=12,7 mm a=5 mm pasadas Va = 0,2[mm/rev] Vc = 44[m/min] dt=0.0254m dt= 25,4 mm d=20 mm D= 25,4 mm l= 2,7 mm l1=6,04 mm a=5 mm

torno

𝑙∗𝜋∗𝑑 = 0,392 𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑎 ∗ 𝑉𝑐 L=longitud a tornear en mm d= diámetro en m Va =avance en mm/rev Vc = velocidad en m/min

0,2min

0,59min

torno

0,25min

0,52min

Va = 0,2[mm/rev] Vc = 44[m/min] dt=0.0254m l3=330mm l2=2mm

torno

Ajuste del carro superior 𝑑𝑡 ∗ (𝐷 − 𝑑) 𝑇= = 12,7𝑚𝑚 4∗𝑙 T=El ajuste del carro en mm dt= diámetro de pieza mm D= diámetro mayor mm d= diámetro menor mm l= longitud de avance l1= longitud a tornear en mm 𝑙1 ∗ 𝜋 ∗ 𝑑𝑡 𝑡𝑝 = = 0,27 𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑎 ∗ 𝑉𝑐 𝑙3 ∗ 𝜋 ∗ 𝑑𝑡 𝑡𝑝1 = = 2,99𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑎 ∗ 𝑉𝑐 𝑙2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑑𝑡 𝑡𝑝2 = = 0,018𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑎 ∗ 𝑉𝑐 𝑙1 ∗ 𝜋 ∗ 𝑑𝑡 𝑡𝑝3 = = 0,018𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑎 ∗ 𝑉𝑐

0,25min

3,28min

𝑡𝑝 =

CENTRIFUGADORA DE PAPAS Precaución: Refrigerar y lubricar con aceite de corte.

l1=2mm

7.- para estos cálculos es conveniente usar una fresa de vástago

Desbastado S` = 195,85 [mm/min] V` = 15[cm/kW*min] d=25,4mm afinado Vc = 22[m/min] d=4mm l1=20mm l2=22mm

L1,2,3=longitud a tornear en mm dt= diámetro en m Va =avance en mm/rev Vc = velocidad en m/min fresadora

𝐿 = 0,018𝑚𝑖𝑛 𝑠` 𝑉` ∗ 1000 𝑆` = 𝑎∗𝑏 = 195,85[mm/min] Desbastado 𝑑 𝐿1 = 𝑙1 + + 2 = 24𝑚𝑚 2 𝐿1 𝑡𝑝1 = = 0,15𝑚𝑖𝑛 𝑠` afinado 𝐿2 = 𝑙2 + 𝑑 + 4 = 30𝑚𝑚 𝐿2 𝑡𝑝2 = = 0,18𝑚𝑖𝑛 𝑠` l1,2=trayecto de trabajo fresa frontal d= diámetro de fresa L1, 2= trayecto de trabajo de la mesa de la fresadora. 𝑡𝑝 =

0,5min

0,83min

T. total= 9min,50s

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 7. TIEMPO DE PRODUCCIÓN TOTAL Maquina Tiempo total ≈ 9 [Hr]

G2. Tiempo T2 =140min

G1. Tiempo T1 =60 min

G3. Tiempo T3 =300min

-G 1.1

10min

-G 3.1

120 min

-G 1.2

-

-G 3.2

60min

-G 1.3

-

-G 3.3

120min

-G 1.4

Sub grupo 2.1

Sub grupo 2.2

10min

-G 2.1-1

30min

-G 2.2-1

-G 1.5

10min

-G 2.1-2

10min

-G 2.2-2 10min

-G 1.6

-

-G 2.1-3

3min

-G 2.2-3 30min

-G 1.7

-

-G 2.1-4

7min

-G 2.2-4 20min

-G 1.8

-

-G 1.9

20min

-G 1.10

5min

-G 1.11

5min

5min

-G 2.2-5 10min -G 2.2-6

-

- G 2.2-7 15min

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

8 .- HOJA DE COSTOS PIEZA

NOMBRE

POLEA 1

G1.3

POLEA 2

G1.2

CHUMACERAS EJE CORREA DISCO

G1.6 G1.1 G1.8 G1.10

OLLA

G2.2-3

PLANCHA PERFORADA

G2.1-1

PARTE QUE CUBRE EL MOTOR PARA SOLDAR LA ESTRUCTURA MOTOR ESTRUCTURA PERNOS, TUERCA ARANDELA

G3.1

TIPO DE MATERIAL

DIMENCIONES [mm]

COSTO [Bs]

Øint =20 Øext=100 Øint =20 Øext=250 SAE 1045 CAUCHO PLANCHA ACERO INOXDASBLE

L=50 [mm] A45 A=1000 [mm] e=1.5 [mm] L=1500 [mm]

PLANCHA ACERO INOXDASBLE PLANCHA INOXDABLE

A=1000 [mm] e=1.5 [mm] L=1500 [mm] A=1000 [mm] e=1 [mm] L=1500 [mm] A=1000 [mm] e=1 [mm] L=2000 [mm]

PLANCHA SAE 1010

35

Nro DE PIEZA 1

COSTO TOTAL [Bs] 35

50

1

50

160 40 50 700

2 1 1 1

328 40 50 700

700

1

700

650

1

650

90

1

90

20

35

1000 180

1 1

1000 180

10

8

80

ELECTRODOS G1.7 G3

PERFIL

80*40 L=6000[mm]

TOTAL

3938

CENTRIFUGADORA DE PAPAS 9. PLANIFICACION DE LA PRODUCCION Tomando en cuenta el número de personas a trabajar en el proyecto, se seguirá una producción en serie de la forma fin --inicio.

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

ANEXOS VER PLANOS

CENTRIFUGADORA DE PAPAS

CENTRIFUGADORA DE PAPAS UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

CENTRIFUGADORA DE SNACKS INTEGRANTES: CHOCONI AUCA ARIEL EDSON ESPINOZA USNAYA EDUARDO LORENZO JANKO LEONIDES OCHOA EYZAGUIRRE ALEJANDRO GABRIEL SANDY MERCADO MARCO ANTONIO VILLCA VEGA HENRY DOCENTE:

ING. GOMES UGARTE GUIDO

MATERIA:

ELEMENTOS DE MAQUINAS

FECHA:

25/04/2018

CBBA – BOLIVIA