REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE CABIMAS MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN MECÁNICA CABIMAS-ZULIA MÁQUINA PROCESADORA DE FORRAJE PARA EL CONSEJO COMUNAL PUEBLO APARTE Proyecto Socio Integrador para optar al título de Ingeniero Mecánico Autores TSU. ANTUNEZ, JAVIER CI: 23.762.981 TSU. LUCENA, XAVIER CI: 24.161.114 TSU. PETIT, NERIO CI: 24.485.150 TSU. SALAS, PABLO CI: 23.954.655 TSU. TORRES, ROXANA CI: 22.378.860 Tutor técnico Tutor humanista Licda. Yaneira Alvarado Ing. Hernán Loaiza Cabimas, Octubre de 2017 REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE CABIMAS MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN MECÁNICA CABIMAS-ZULIA MÁQUINA PROCESADORA DE FORRAJE PARA EL CONSEJO COMUNAL PUEBLO APARTE Proyecto Socio Integrador para optar al título de Ingeniero Mecánico iii REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA CIENCIA Y TECNOLOGÍA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE CABIMAS CABIMAS ESTADO ZULIA PNF MECÁNICA CARTA DE APROBACIÓN DE LOS TUTORES Nosotros, los profesores Licda Yaneira Alvarado e Ing. Hernán Loaiza en calidad de Tutores metodológico y técnico respectivamente; autorizamos al equipo investigador del Proyecto Socio Integrador conformado por TSU. Antúnez, Javier; TSU. Lucena, Xavier; TSU. Petit, Nerio, TSU. Salas, Pablo y TSU. Torres, Roxana a defender ante el Jurado Calificador su informe final para optar al grado de Ingeniería en Mecánica titulado: MÁQUINA PROCESADORA DE FORRAJE PARA EL CONSEJO COMUNAL PUEBLO APARTE, el cual se encuentra enmarcado en la Línea de Investigación: Desarrollo de equipos y material didáctico para laboratorio , considerando que cumple todos los requisitos técnicos y humanista exigidos para su presentación. Firman __________________ ___________________ Tutora Metodológica Tutor Técnico ii AGRADECIMIENTOS Al Instituto Universitario de Tecnología de Cabimas, por darnos la oportunidad de formarnos como Ingenieros. A nuestros tutores técnico y metodológico por toda la ayuda brindada para la realización de este Proyecto. . iii DEDICATORIA A Dios por habernos permitido cumplir una de nuestras metas. A nuestras familias, amigos y compañeros de estudios. Gracias por su apoyo incondicional. A nuestros compañeros de investigación, por ser un equipo verdaderamente unido en cada trayecto. Esperando que esta amistad trascienda y permanezca en el tiempo. iv INDICE GENERAL Carta de aprobación de Tutores/Veredicto Jurado Pág Agradecimiento…………………….……………………………………….. iii Dedicatoria…………………………………………………………………. iv Índice general………………………………………………………………. v Índice de mapas……………………………………………………………. vii Índice de imágenes………………………………………………………… viii Índice de cuadros………………………………………………………….. ix Resumen…………………………………………………………………… x Introducción……………………………………………………………….. 1 I Parte DELIMITACIÓN DEL PROYECTO SOCIO INTEGRADOR. 3 1.1. Razón social…………………………………………………………….. 4 1.2. Naturaleza de la organización. ……………………………………….. 4 1.3. Localización geográfica………………………………………………… 4 1.4. Breve historia de la comunidad………………………………………. 4 1.5. Instituciones u organizaciones vinculadas al Proyecto Socio Integrador……………………………………………………………………… 5 1.6. Identificación y jerarquización de las necesidades………………..... 6 1.7 Selección del problema de estudio………………………………….. 7 1.8. Revisión de antecedentes…………………………………………….. 8 1.9 Generación de alternativas de soluciones………………………….. 9 1.10. Evaluación y selección de la alternativa de solución……………… 10 1.11. Definición del Proyecto Socio Integrador ………………………… 11 1.11.1. Planteamiento del Proyecto Socio Integrador…………………. 11 1.11.2. Justificación del Proyecto Socio Integrador…………………….. 13 1.11.3. Objetivos del Proyecto Socio integrador………………………. 14 1.11.3.1. Objetivo general………………………………………………… 14 v 1.11.3.2. Objetivos específicos…………………………………………… 14 1.12. Normativas Legales del Proyecto Socio Integrador…………….. 14 1.12.1. Leyes y Programas Nacionales Relacionados con el Proyecto Socio Integrador……………………………………………………………. 14 1.12.2. Normas Nacionales e Internacionales Relacionados con el Proyecto Socio Integrador……………………………………………….. 16 II parte: FUNDAMENTOS TEÓRICOS………………………………… 17 III parte: PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO SOCIOINTEGRADOR 37 3.1. Cronograma de actividades………………………………………… 38 3.2. Plan de acción………………………………………………………… 39 3.3. Tipo de investigación………………………………………………… 40 3.4. Diseño de investigación……………………………………………… 42 3.5. Técnicas e instrumentos de recolección de datos………………. 43 IV parte: DESARROLLO DEL PRODUCTO…………………………… 45 Conclusiones……………………………………………………………….. 69 Recomendaciones………………………………………………………….. 71 Referencias bibliográficas………………………………………………… 72 Anexos………………………………………………………………………… 72 vi ÍNDICE DE MAPA Pág Mapa 1. Localización del Municipio Valmore Rodríguez……………….. vii 5 ÍNDICE DE IMÁGENES Pág Imagen 1. Factores del Proceso de Picado……………………………… 19 Imagen 2. Picadora sopladora estacionaria…………………………….. 21 Imagen 3. Picadoras Sopladoras Estacionarias………………………… 23 Imagen 4. Picadoras Sopladoras de Campo de Acción Simple……… 24 Imagen 5. Picadoras Sopladoras de Campo de Acción Doble………… 26 Imagen 6. Imagen Diagrama de fuerzas en el plano XZ……………… 59 Imagen 7.Diagrama de fuerzas en el plano XY………………………… 59 Imagen 8. a) Diagrama de fuerzas cortantes y b) Diagrama de momentos flectores en el plano…………………………………………… 60 Imagen 9. a) Diagrama de fuerzas cortantes y b) Diagrama de momentos flectores en el plano…………………………………………… 60 Imagen 10. Diagrama de torque en el eje………………………………… 61 Imagen 11. Medidas del área transversal de las chavetas en función del diámetro del eje…………………………………………………………. viii 66 INDICE DE CUADROS Pág Cuadro 1. Jerarquización Problemas y necesidades del Sector Pueblo Aparte………………………………………………………………………… 6 Cuadro 2. Alternativa de solución………………………………………….. 11 Cuadro 3. Transmisión por engranes……………………………………. 31 Cuadro 4. Transmisión por cadenas……………………………………… 32 Cuadro 5. Transmisión por correas………………………………………… 33 Cuadro 6. Rotor Picador…………………………………………………… 34 Cuadro 7. Uso de tambor……………………………………………………. 35 Cuadro 8. Velocidad de expulsión de ventilador………………………….. 36 Cuadro 9. Cronograma de actividades…………………………………… 38 Cuadro 10. Plan de acción…………………………………………………. 39 Cuadro 11. Especificaciones del Gato Hidráulico tipo botella seleccionado………………………………………………………………… 68 Cuadro 12. Soldadura Longitudinal efectiva……………………………… 69 Cuadro 13. Cantidad de electrodos por Kg/unidad……………………... 70 Cuadro 14. Pesos de elementos estructurales para soldadura…………. 71 ix TSU. Antúnez, Javier; TSU. Lucena, Xavier; TSU. Petit, Nerio Y TSU. Salas, Pablo. MÁQUINA PROCESADORA DE FORRAJE PARA EL CONSEJO COMUNAL PUEBLO APARTE. Tutor metodológico: Licda. Yaneira Alvarado. Tutor metodológico: Hernán Loaiza. Instituto Universitario de Tecnología de Cabimas. Cabimas, Zulia -Venezuela RESUMEN Esta investigación tuvo como objetivo diseñar una máquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal Pueblo Aparte como una alternativa tecnología aportada por el Instituto Universitario de Tecnología de Cabimas (IUTC) para satisfacer la demanda tecnológica de las necesidades especificas del sector agropecuario de la Costa Oriental del Lago de Maracaibo, específicamente en el Consejo Comunal Pueblo Aparte. El equipo diseñado tuvo como punto de partida el aprovechamiento de los pastizales a través del corte y su posterior empaque, estableciéndose una capacidad de diseño de 0,128 toneladas por hora. El diseño de este proyecto socio integrador fue de tipo descriptiva, asimismo se trabajó como un proyecto factible y investigación-acción ya que permitió a los autores efectuar una reflexión teórica con la acción transformadora de una determinada realidad, Las técnicas de recolección de información fueron las siguientes: Observación directa, Entrevista no estructurada, Revisión bibliográfica y dentro de los instrumentos aplicados con mayor regularidad fue la lista de cotejo. Finalizado el mismo se concluyó que la maquina constara de un motor de 3 HP la cual estará acoplado a una transmisión con poleas de 7 pulgada y 2,5 pulgadas con banda lisa, la cual accionara 4 cuchillas fabricadas en acero AISI 1045 que cortaran el pasto a 1 cm, siendo impelido a una salida para luego ser compactado por un gato hidráulico de 8 Toneladas. Los datos arrojados por la simulación de en Solidwork establecen que el elemento critico de la maquina procesadora de forraje son los remaches de fijación con una fuerza de reacción 0,025 N para x; 0,63 para y y -0,098 para z; Palabras claves: Diseño, Máquina, Procesadora de Forraje x INTRODUCCIÒN El siguiente trabajo tiene como objetivo el diseño de un maquina procesadora de forraje para el consejo comunal Pueblo Aparte del Municipio Valmore Rodríguez del Estado Zulia; en la misma se siguió las teorías de Paguay (2011) y de Shigley (2008); cabe destacar que la propuesta fue levantada en software SolidWord 2012. Con este equipo se busca efectuar una propuesta de diseño para la construcción de maquina procesadora factible, debido a los altos costos de estas en las empresas de maquinaria agrícola en el Estado, generada por la dependencia sistemática de la moneda extranjera lo que dificulta el trabajo en el agro y la consecuente producción de insumos alimenticios de calidad. El proyecto socio integrador esta estructurado de la siguiente manera: I Parte denominada delimitación del proyecto socio integrador, se da a conocer, razón social, naturaleza de la organización, localización geográfica, breve historia de la organización, organizaciones vinculadas al proyecto socio integrador, identificación y jerarquización de las necesidades, revisión de antecedentes, generación de alternativas de soluciones, evaluación y selección de alternativa de solución, definición del proyecto socio integrador, planteamiento del proyecto socio integrador, justificación del proyecto socio integrador, objetivos del proyecto socio integrador, objetivo general y específicos, normativas legales del proyecto socio integrador, leyes y programas nacionales con el proyecto socio integrador, normas nacionales e internacionales relacionadas con el proyecto socio integrador. II Parte esta conformada por los fundamentos Teóricos que sustentan la variable de investigación como lo es fresadora, principio de funcionamiento, partes y proceso de la maquina, que ayudaran a los investigadores a establecer los parámetros para el diseño del equipo. III Parte estructurada en cronograma de ejecución de las tareas para el diseño de la maquina, el plan de acción, tipo de investigación, diseño y 1 técnicas e instrumentos de recolección aplicados durante el desarrollo del producto y por último IV Parte esta formada por el desarrollo del producto en el cual se desarrollan las características de los componentes de la maquina, se efectúa los cálculos de cada uno de los elementos de la maquina y por último se establecen las conclusiones, recomendaciones efectuadas durante el proceso de diseño de la misma. 2 I PARTE DELIMITACIÓN DEL PROYECTO SOCIO INTEGRADOR 1.1. Razón social Consejo Comunal Pueblo Aparte, Municipio Valmore Rodríguez, Parroquia Raúl Cuencas. 1.2. Naturaleza de la organización Según Artículo 2 de la Ley de Consejos Comunales (2009) estos son organizaciones de instancias democrática participativa y protagónica, cuya articulación e integración entre los ciudadanos, ciudadanas y las diversas organizaciones comunitarias, movimientos sociales y populares, que permiten al pueblo organizado ejercer el gobierno comunitario y la gestión directa de las políticas públicas y proyectos orientados a responder a las necesidades, potencialidades y aspiraciones de las comunidades, en la construcción del nuevo modelo de sociedad socialista de igualdad, equidad y justicia social. 1.3. Localización geográfica El Sector Pueblo Aparte se encuentra ubicado en el municipio Valmore Rodríguez parroquia Raúl Cuenca, Estado Zulia. A continuación se muestra en la figura 1. 1.4. Breve Historia de la organización La comunidad fue fundada en el año 1972; desde sus inicios contó con cinco casas: cuatro de bahareque y una de bloque; contaba una población de veinte personas. Este asentamiento se encuentra retirado del vecino sector que era Zipayare. Las familias fundadoras fueron Martin Almao con un hijo, Rigoberto Gil con dos hijos, Dolores Gutiérrez con 2 hijos, Víctor Meléndez con tres hijos, Tello Rodríguez con su esposa y Elio Torres con su esposa. Disfrutaban de un lugar específico para el deporte de softbol, no 4 contaba con luz eléctrica, aseo, agua, transporte ni medicatura. Usaban velas, lámparas de querosén, mechurrios y fogón a leña. Actualmente su población es de 644 habitantes, cuenta con agua por tubería, un avance significativo en asfaltado, electrificación, carente de servicios de gas por tubería ya que compran el envasado a un precio solidario debido a convenios con PDVSA, gas comunal, y con respecto a estructuras funcionales los habitantes se trasladan a su comunidad vecina más cercana Zipayare que si posee escuelas, ambulatorios, entre otros. Mapa 1. Localización del Municipio Valmore Rodríguez Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Municipio_Valmore_Rodr%C3%ADguez_(Zulia)#/media/Fil e:Mapa_Municipio_Valmore_Rodr%C3%ADguez.PNG (2017) 1.5. Organizaciones vinculadas al proyecto socio integrador Instituto Universitario de Tecnología de Cabimas a través del PNF de Mecánica. 5 Consejo Comunal Pueblo Aparte 1.6. Identificación y jerarquización de las necesidades Para abordar el diagnostico situacional de la comunidad del sector Pueblo Aparte, el equipo investigador en conjunto con los productores agropecuarios, establecieron una serie de necesidades tales como carencia de sistemas de riego, ausencia de equipos para el procesamiento de alimento ganado vacuno, insuficiencia de maquinaria agrícola, falta de planes de mantenimiento de maquinaria agrícolas. A continuación el cuadro 1 detalla los problemas más importantes del área estudiada: Cuadro 1. Jerarquización Problemas y necesidades del Sector Pueblo Aparte. Problemas o necesidades Ausencia de equipos para el procesamiento de alimento ganado vacuno Carencia de sistema de riego. Causas Altos costos en el mercado Efecto Disminución en la capacidad de producción Falta de recursos económicos Disminución en el cultivo de la siembra y mantenimiento de ganado. Deficiencias en créditos agrarios No pueden adquirir insumos ni maquinarias lo cual genera que baje la producción. Criterio de jerarquización Muy importante. % 40 Importante. 20 Importante Fallas de equipos de maquinas Agrícolas Falta de plan de mantenimiento a los equipos agrícolas. Abandonó de la maquinaria agrícola. Altos costos de insumos y repuestos para maquinaria Agrícola 20 Importante. 20 Fuente: Antúnez, Lucena, Petit, Salas, Torres (2017). El equipo investigador, luego de un conversatorio con 25 productores del área del sector Pueblo Aparte para consultar las problemáticas existentes, llego al siguiente resultado: En cuanto a la problemática; ausencia de equipo de procesamiento de forraje”, obtuvo un criterio de jerarquización muy importante y una 6 ponderación de 40%, debido a los altos costos en el mercado de alimentos y forrajes para ganado vacuno lo que ha generado una disminución en la capacidad productiva tanto lechera como de carnes rojas en el Consejo Comunal Pueblo aparte. Por otra parte, la carencia de sistema de riego, se obtuvo un criterio de jerarquización importante y una ponderación de 20%, ya que la carencia recursos económicos en los cultivadores ha mermado el poder adquisitivo para la adquisición de semillas y en consecuencia del mantenimiento de cultivos. De igual forma para el problema 3, falta de maquinaria agrícola, este generado por la situación de fluidez bancarias por parte de los bancos quienes en la actualidad han reducido el otorgamiento de crédito lo que ha dificultado no solo la adquisición de equipos agrarios sino de la reparación de piezas mecánicas de los mismo, esto causa que los productores no tengan la capacidad de reparar estos equipos, tuvo un criterio de jerarquización importante y una ponderación de 20%. No cuentan con los recursos para comprar estas máquinas. Y por último, el problema 4, Falta de plan de mantenimiento a los equipos agrícolas. Por falta de técnicas de mantenimiento. Esto se debe a que no cuentan con los conocimientos necesarios para aplicar el mantenimiento correctivo a estas maquinarias, ya que no cuentan con una formación académica o con cursos de capacitación, tuvo un criterio de jerarquización importante y una ponderación de 20%. Pero no es apto para el área de ingeniería mecánica. 1.7. Selección del problema de estudio Basados en los estudios del equipo investigador y siendo parte de la comunidad Pueblo Aparte, se hace énfasis en las problemáticas que afectan 7 el área de producción agropecuaria. Por lo que se hizo un recorrido por el sector agrícola de la comunidad encontrándose que la mayoría de los pequeños productores carecen de una maquina procesadora de forrajes para la producción de ensilaje. Por lo tanto el equipo investigador propone diseñar la maquina procesadora de forraje, ya que la ausencia de este equipo impide a los productores, tengan la producción necesaria de alimento para el consumo de los animales, las diversas configuraciones de estas maquina facilitan la producción de diferentes tipos de alimentos para el ganado. Con el mismo se beneficiara a 25 productores de Pueblo Aparte que producen carne y lácteos. El desarrollo de esta investigación se aplican las unidades curriculares Diseño de Elementos de Máquina I, II y III, Ingeniería Asistido por Computador, Automatización, Mecánica Aplicada I y II., Automatización I y II 1.8. Revisión de antecedentes Florez, E; Molina, M y San Juan, L., (2009) Diseño y construcción de una máquina para la producción de concentrado para animales Esta investigación tuvo como objetivo diseñar y construir una maquina para la producción de concentrado para animales con el propósito de suministrar una alternativa de alimentación para animales productores de carne, leche, etc. La misma fue un trabajo tipo experimental en la cual se elaboro una maquina, de alta capacidad de producción, contribuyendo así al desarrollo tecnológico en la explotación animal. En trabajo tomo como parámetro de funcionamiento: picar, triturar, y mezclar para procesar concentrado para animales. El mismo se realizó con el fin de mejorar la baja de producción carne, leche y otros productos derivados de la explotación animal, por medio del aprovechamiento de desechos agrícolas, y la utilización de una amplia variedad de forrajes y aditivos 8 minerales que suministran al animal una balanceada alimentación, además de hacerlo agradable al paladar del animal. El aporte de esta investigación los constituyo su marco teórico necesario para la ilustración de todos los conceptos que se tienen en cuenta para la selección del mecanismo mas adecuado para la producción de concentrado para animales. De igual forma, ayudo en la formulación de los cálculos matemáticos para la construcción de la máquina, Cruz, P y Almendola, R (2011). Prototipo de compactador de forraje. Este trabajo se baso en el diseño y construcción en el Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola de la Universidad Autónoma Chapingo, un prototipo para el compactado del forraje previamente picado. Su diseño principal consistió en un rodillo que gira a 7 rev/min dentro de un recipiente de forma cilíndrica de acero. Una vez que el material es compactado se abre lateralmente el recipiente aflojando una serie de tornillos y se envuelve el material compactado con plástico. El rodillo se eleva y baja mediante un aparejo. Se requiere de dos personas para operar el equipo. La capacidad del equipo es de 4,26 m3/h (3,2 t/h). La contribución de este trabajo consistió en las ecuaciones acerca de la capacidad de la maquina y el tiempo de trabajo del equipo, por otra parte, el mecanismo de compactado de esta maquina sirvió de apoyo para desarrollar la de esta investigación. 1.9. Generación de alternativas de solución Dentro de las alternativas para la construcción de una maquina procesadora de forraje se encuentran. 9 Máquina picadora de forraje.Efectúa el proceso de picado y triturado se encuentran ubicados sobre un mismo eje del rotor. La trituración se puede hacer por martillos o cuchillas cortadoras. Lo que hace reducir el tamaño del forraje. Máquina compactadora de forraje. Consiste en compactar en un molde una cantidad significativa de forraje previamente picado de forma manual, para luego se compactado por su sistema de compactación conformado por un rodillo de 4 ruedas gira independiente sobre un anillo que le da forma al material compactado. Máquina procesadora de forraje. Es una maquina que posee dos funciones triturar y compactar, en dos mecanismos distintos. Es una maquina de mayor tamaño a las anteriores. Sus dispositivos de triturado y compactado son independientes de si. 1.10. Evaluación y selección de la alternativa de solución Efectuando un análisis de las necesidades que presenta la comunidad y los tipos de máquinas, los autores han realizado un cuadro comparativo de las mismas indicando sus ventajas y desventajas. El mismo es expresado en el cuadro 2. Análisis de las alternativas de solución: 10 Cuadro 2. Evaluación de alternativas de solución. ALTERNATIVA DESCRIPCION TECNICA VENTAJAS DESVENTAJAS Maquina picadora de forraje Proceso de picado y triturado se encuentran ubicados sobre un mismo eje del rotor Produce el forraje en el sitio para la alimentación del ganado Solo produce disminuían de tamaño en la materia prima Maquina compactadora de forraje Compactar en un molde una cantidad significativa de forraje previamente picado para luego se compactado Produce el empacado para el almacenado y administración de alimentos al ganado Maquina procesadora de forraje Es un equipo que produce el picado y compactado No produce el compactado Produce las dos operaciones para el procesamiento de forraje Fuente: Antúnez, Lucena, Petit, Salas, Torres (2017). Debido a las características multifuncionales Solo produce compactado No produce el triturado Equipo de gran tamaño de la maquina procesadora de forraje y de las necesidades de los productores agrícola se selecciona esta última para su análisis y proceso de diseño. La misma se iniciara con el estudio de las dos funciones para ser acopladas y optimizados sus diseños. 1.11. Definición del proyecto socio integrador 1.11.1. Planteamiento del proyecto socio integrador La máquina procesadora de forraje tiene una importancia vital para el productor agropecuario pues le permite aprovechar los residuos de sus cosechas como fuente energética a su ganado a través de su enriquecimiento con otras fuentes tales como semillas, granos, pastos entre los mas importantes, ofreciéndole alimentos altos en contenidos proteicos y nutrientes para la producción de carne y leche. 11 Durante los últimos años, la industria ha minimizado la dependencia tecnológica en la adquisición de equipos agrarios para sus labores agrarias, en otros tiempos, esta era un costo asequible debido a la financiación por el Estado venezolano, en la actualidad la dependencia a una moneda extranjera no puede ser factor para mermar la producción de rubros agrícolas importantes para la alimentación del venezolano. En este sentido, el proyecto socio integrador busca desarrollar tecnología alternativa de construcción factible que satisfaga las necesidades especificas del sector ganadero, por lo que se diseñara una máquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal Pueblo Aparte, la misma beneficiara 3 fundos con un promedio de 150 unidades de ganado entre toros, vacas y becerros, las cuales tienen un requerimiento alimenticio de 3,5 Kg de materia seca por cada 100 Kg peso vivo del animal. Cabe destacar que para la producción de leche la materia seca contiene un 12% de fibra y requerirá 2,5 L de agua para producirla; mientras que para la producción de carne se necesita 2.0 L de agua. Por otra parte el aprovechamiento de los pastizales a través del corte y su procesamiento garantiza el alimento a las vacas y de allí la producción de carne y leche por lo que se requiere su conservación luego de cortado. La elaboración de pacas de forraje ayudando a la disponibilidad de alimento de los fundos. En vista del anterior se requiere el diseño de un equipo que le provea el procesado del forraje tanto en su reducción de tamaño y empaquetamiento para su almacenamiento. En este sentido el equipo realizará dos operaciones que son: picar material verde como pastos (forrajes), y triturarlo. El procesos de picado y trituración se realizan en una misma máquina, en la cual los dispositivos para realizar estas labores están acoplados a un mismo eje. Para el diseño de la máquina tendrá en cuenta aspectos como: velocidad del rotor, tipo de cuchilla (ángulo de corte), capacidad de producción. La velocidad del rotor se escogió teniendo en cuenta que los dos procesos (picado y trituración) se 12 realizan en el mismo eje rotor. La velocidad para el picado utilizada frecuentemente es de 600 o más r.p.m. dependiendo del tamaño y disposición de la máquina, y la velocidad para el proceso de trituración es de 2100 rpm. Se estableció que la maquina debe trabajar a una sola velocidad, por consiguiente la velocidad de la máquina para el picado y trituración es de 2100 rpm. En cuanto a la compactación se elaborara colocaran envases a la salida de la trituradora que al ser llenado es desplazado y comprimido por embolo de compresión hasta moldear el contenido permitiendo al productor su manipulación y transporte. El mismo ofrecerá una presión estándar. Por lo que la interrogante a plantearse es la capacidad efectiva en Toneladas por días capaz de producir por la maquina procesadora de forraje y que satisfaga la necesidad de alimento para ganado del Consejo Comunal Pueblo Aparte. 1.11.2. Justificación del Proyecto socio integrador Desde el punto de vista social con esta máquina se incrementará la producción de leche y carne en el Consejo Comunal Pueblo Aparte, permitiéndole a los productores de esta organización ofrecer una producción de mejor calidad a las familiares de la zona, asimismo incrementaría la competitividad y colocación de productos de calidad en los mercados alimenticios locales, producción de puestos de trabajos, un margen para que los ganaderos de la comunidad inviertan en salud, educación y condiciones sanitarias en su comunidad. Desde el punto de vista técnico, el diseño y construcción de una maquina procesadora de forraje permitirá la disminución de la dependencia tecnológica del país con respecto a equipos importados como la Jane Crane entre los mas importantes de fabricación americana. En cuanto al aspecto metodológico, este estudio servirá como guía para otros estudiantes interesados en mejorar este tipo de diseño de maquina. 13 1.11.3. Objetivos del proyecto socio integrador 1.11.3.1. Objetivo general Diseñar una maquina Procesadora de forraje para el Consejo Comunal Pueblo Aparte 1.11.3.2. Objetivos específicos Caracterizar elementos técnicos que componen la maquina procesadora de forraje Desarrollar calculo de diseño de maquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal Pueblo Aparte Elaborar planos de Maquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal de Pueblo Aparte. Efectuar simulación y optimización de elemento critico de la maquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal de Pueblo Aparte. 1.12. Normativas legales del proyecto socio integrador 1.12.1. Leyes y programas nacionales relacionados con el proyecto socio integrador Ley Orgánica de Ciencia Tecnología e Innovación (2014) Artículo 54. El Ejecutivo Nacional promoverá y estimulará la formación y capacitación del talento humano especializado en ciencia, tecnología e innovación y sus aplicaciones, para lo cual contribuirá con el fortalecimiento de los estudios de postgrado y de otros programas de capacitación técnica y gerencial. Plan de la Patria (2 013 – 2019) 14 OBJETIVOS HISTÓRICOS, NACIONALES, ESTRATÉGICOS Y GENERALES GRAN OBJETIVO HISTÓRICO N° 1 I. Defender, expandir y consolidar el bien más preciado que hemos reconquistado después de 200 años: la Independencia Nacional. Objetivo Nacional 1.1. Garantizar la continuidad y consolidación de la Revolución Bolivariana. Objetivo Nacional 1.5. Desarrollar nuestras capacidades científico-tecnológicas vinculadas a las necesidades del pueblo. 1.5.1.4. Crear espacios de innovación asociadas a unidades socio productivas en comunidades organizadas, aprovechando para ello el establecimiento de redes nacionales y regionales de cooperación científico tecnológica, a fin de fortalecer las capacidades del Sistema Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación. GRAN OBJETIVO HISTÓRICO N° 2 II. Continuar construyendo el socialismo bolivariano del siglo XXI, en Venezuela, como alternativa al sistema destructivo y salvaje del capitalismo y con ello asegurar “la mayor suma de felicidad posible, la mayor suma de seguridad social y la mayor suma de estabilidad política” para nuestro pueblo. OBJETIVO NACIONAL 2.1. Propulsar la transformación del sistema económico, en función de la transición al socialismo bolivariano, trascendiendo el modelo rentista 15 petrolero capitalista hacia el modelo económico productivo socialista, basado en el desarrollo de las fuerzas productivas. 2.2.2.1. Unificar el nivel de dirección nacional, regional, estadal, municipal y comunal de las Misiones y Grandes Misiones socialistas. 1.12.2. Normas nacionales e internacionales relacionadas con el proyecto socio integrador Nacionales COVENIN 3082: 97 Gato Hidráulico tipo botella COVENIN 3466: 99 Representación de vistas. Secciones y cortes. COVENIN 3476: 84 Rotulado de planos Internacionales American Institute Steel and Iron (AISI) siendo sus siglas en español Instituto Americano del Hierro y Acero para la selección del material de construcción de los perfiles a emplear para la fabricación. 16 II PARTE FUNDAMENTOS TEÒRICOS Proceso de picado La operación del picado ha obtenido mucha popularidad en la cosecha de forrajes. Los factores a favor del picado son: El grado de digestión y el tiempo de paso del forraje en el animal, dependen del tamaño de las partículas del mismo. Cuantas más pequeñas sean las partículas, mayor será el grado de digestión y menor el tiempo de paso, lo que indirectamente afecta el consumo voluntario del animal. El animal gasta menos energía en desmenuzar el material. El material picado tiene mayor densidad. El tracto digestivo del animal tiene una determinada capacidad volumétrica, es decir, que con el material picado se llena el tracto digestivo con mayor cantidad de forraje. El material es fácilmente transportable por medio de conductores mecánicos y sopladores. Facilita el proceso de ensilaje, por su estructura y mayor densidad. Hace posible el uso de instalaciones automáticas de alimentación del ganado. No tiene objeto picar el material más corto de lo necesario. El ajuste de la longitud de picado depende de la velocidad de alimentación, de la velocidad de la picadora y del número de cuchillas sobre el volante. a) Con poca velocidad de alimentación, el material queda cortado en trozos chicos. 18 Imagen 1. Factores del Proceso de Picado Fuente: Guijarro y Paguay (2011) b) Con una velocidad grande de la picadora, la longitud de los trozos resulta menor. c) Con un número mayor de cuchillas, el material queda cortado en trozos chicos. d) Con una velocidad grande de alimentación, la longitud de los trozos es mayor. e) Con una velocidad lenta de la picadora, se pica el material en trozos más largos. 19 f) Con un número menor de cuchillas, se pica el material en trozos más largos. Para reducir la longitud de picado, se puede disminuir la velocidad de alimentación, aumentar las revoluciones por minuto de la picadora, y/o aumentar el número de cuchillas del rotor Alternativas de máquinas picadoras Las máquinas picadoras se usan para reducir material verde o seco a menores dimensiones. El picado se puede emplear sobre el material previamente cosechado, sea en forma verde o henificada, pero también se usa para efectuar la cosecha de forrajes trabajando directamente sobre el cultivo en pie. Por esto, las máquinas picadoras se dividen en estacionarias y de campo. Las estacionarias se usan para picar el material cosechado, como heno, maíz y remolacha. Las máquinas de campo son cosechadoras que efectúan el corte del material verde, y luego lo pican Máquinas picadoras–sopladoras estacionarias Estas máquinas se emplean para cosechar material verde o seco, cosechado previamente. El volante picador de estas máquinas esta equipado con paletas, para soplar el material picado a través de un tubo de conducción hacia el depósito o hacia la instalación de alimentación del ganado. La construcción de este tipo de máquina es como sigue: 1) Conductor o banda transportadora para conducir el material hacia la unidad de alimentación. 2) Unidad de alimentación forzada del material hacia la picadora. 20 3) Caja de la máquina, que sirve como caja de la sopladora. Es en realidad una bomba centrífuga para mover el material picado. Imagen 2. Picadora sopladora estacionaria Fuente: Guijarro y Paguay (2011) 4) Volante picador-soplador. 5) El volante está equipado con tres cuchillas sopladoras. 6) El volante esta también previsto con tres paletas para soplar el material picado. 7) Tubo de conducción del material picado. La máquina se usa para el picado de material henificado y para el transporte del material picado hacia el depósito. Pero también se emplea ésta para el picado de material verde y su posterior conducción al silo. En este caso, se puede tratar material verde 21 cortado por medio de una segadora, o material ya parcialmente picado por medio de una picadora-sopladora de campo. En el último caso, se aplica entonces una doble acción de picado. Para transportarse de un lugar a otro, la máquina puede ser equipada con ruedas. El conductor, el mecanismo de alimentación y la picadora sopladora tienen un mando por medio de un motor o mediante la toma de fuerza de un tractor. Imagen 3 Picadoras Sopladoras Estacionarias Fuente: Guijarro y Paguay (2011) 1) Polea de mano. En el caso de un mando por la toma de fuerza, se conecta el eje de esta toma de fuerza en el mismo sitio. El mando del volante picador-soplador en entonces directo. 22 2) Dos engranajes para el mando del conductor y de la unidad de alimentación forzada. 3) Mando del conductor. 4) Mando de los rodillos de la unidad de alimentación forzada. 5) Ajuste de la presión del rodillo de alimentación forzada. Las cuchillas de la picadora se montan en el volante bajo un ángulo. Este ángulo tiene importancia, pues permite que la alimentación del material no sea interrumpida por la hoja de la cuchilla. La alimentación puede así continuar luego del paso del borde cortante de la cuchilla, sin chocar contra la hoja. 6) Posición inclinada de la cuchilla. 7) Ajuste de la cuchilla. El borde cortante de las cuchillas debe afilarse una vez que se haya desgastado. Al montar nuevamente las cuchillas, se ajusta su posición de tal manera que su borde cortante pase lo más cerca posible del contrafilo, sin tocarlo. Se afila la cuchilla sólo del lado inclinado del borde cortante Máquinas picadoras–sopladoras de campo Estas máquinas se pueden dividir en máquinas de picado directo y máquinas de picado indirecto. Las primeras cortan el pasto en pie, lo pican y lo soplan con un solo mecanismo. Las últimas efectúan el corte y el picado con mecanismos separados. En las máquinas de picado indirecto, se puede cambiar el mecanismo de corte por un aditamento recogedor de cultivos previamente cortados e hilerados, o por un aditamento de corte de forraje verde. 23 La máquina de picado indirecto es por esto más versátil. Además, pica el material más intenso. Es una máquina de múltiple acción, mientras que la máquina de picado directo debe efectuar el corte, el picado y el soplado en una sola operación. Máquinas picadoras–sopladoras de acción simple La construcción de estas máquinas es como sigue: Imagen 4. Picadoras Sopladoras de Campo de Acción Simple Fuente: Guijarro y Paguay (2011) 1) Chasis con dos ruedas. 2) Mecanismo operativo. Consta de un rotor perpendicularmente al avance, provisto de un número de martillos. 24 ubicado 3) Tubo de conducción del material cortado y picado hacia el remolque, enganchado detrás de la máquina. 4) Flujo del material. Los martillos mismos producen la corriente de aire para el transporte del material cortado y picado. Estas máquinas se emplean sólo para la cosecha de pastos. El material se usa para la alimentación directa del ganado, o para el ensilado. En el último caso, se descarga el material en una picadora-sopladora estacionaria que lo pica otra vez y luego lo sopla en el silo. 5) Enganche para el remolque. 6) Enganche al tractor. 7) Eje de la toma de fuerza. Máquinas picadoras–sopladoras de doble acción Estas máquinas cortan el material y lo conducen mediante un conductor de gusano hacia la picadora-sopladora. La construcción es como sigue: 1) Rotor con martillos que cortan el material y lo descargan en el conductor. 2) Mando del rotor. 3) Conductor que lleva el material cortado hacia la picadora. 4) Mando del conductor. 5) Cabezal de la picadora-sopladora. 6) Mando del cabezal por la toma de fuerza. 25 7) Tubo de conducción del material picado hacia el remolque. 8) Giro del tubo de conducción para facilitar el llenado del remolque. 9) Ajuste de la salida del material para llenar primero la parte trasera y luego la parte delantera del remolque. 10) Enganche del remolque. 11) Enganche al tractor. Imagen 5. Picadoras Sopladoras de Campo de Acción Doble Fuente: Guijarro y Paguay (2011) El rotor con martillos es un mecanismo adecuado para cortar pastos. Para cosechar y picar el material en pie, como maíz verde y frijoles, y para 26 aplicar material previamente cortado e hilerado, se emplea la picadorasopladora con aditamentos especiales. En estos casos, la picadora-sopladora forma la unidad básica de la máquina. A esta unidad de le puede montar tres diferentes aditamentos. Para cosechar y picar maíz verde, el aditamento consiste en un cabezal con barra de corte y conductores de cadenas para alimentar los tallos hacia la picadora. Para cosechar y picar cultivos, como frijol, el aditamento consta de una plataforma con una barra de corte, un molinete y un conductor transversal, similar a la plataforma de una cosechadora de granos. Para recoger material previamente cortado e hilerado, el aditamento consiste en un recogedor y un conductor. Muchas de estas máquinas son de un diseño tal que se pueden intercambiar los diferentes aditamentos. Estas máquinas tienen la picadorasopladora ubicada perpendicularmente a la dirección de avance para facilitar el montaje de los aditamentos frente a la entrada de la picadora. La picadora-sopladora es del tipo con cuchillas radiales, o del tipo con cuchillas axiales. En el último caso, puede tener la sopladora como mecanismo separado, por lo que la máquina efectúa las operaciones de corte, de picado, y de soplado por separado mediante tres mecanismos. La base del funcionamiento de las máquinas picadoras es un rotor sobre el que van situadas las cuchillas, que pueden ir colocadas radialmente (picadoras de volante), o tangencialmente (picadoras de tambor). Para nuestro proyecto analizaremos las partes constitutivas de la máquina por separado. Seleccionando las mejores alternativas para armar nuestra máquina picadora. 27 Partes constitutivas de la máquina. Existen varios tipos de máquinas picadoras en el mercado, las cuales difieren en varias de sus partes constitutivas. Para obtener una máquina que cumpla nuestros requerimientos y objetivos propuestos debemos considerar las diferentes opciones y elegir las más adecuadas. Cada máquina agrícola consta de los siguientes cuatro elementos básicos: Chasis.- Sobre él se montan todos los otros elementos de la máquina. Elementos de conexión.- Por medio de estos se unen los elementos entre sí, y con el chasis. Mecanismos de transmisión.- Por medio de estos se proporciona la fuerza y la potencia, de un lado de la máquina hacia el otro. Mecanismos operativos.- Son los que ejecutan el trabajo para el que la máquina está programada. El chasis, los elementos de conexión y los mecanismos de transmisión son construidos de materiales estandarizados. Sin embargo, los mecanismos operativos tienen su propio diseño y construcción. El mecanismo operativo forma parte de la operación de la máquina. A menudo, el nombre de la máquina se deriva del mecanismo operativo y del nombre del cultivo. Chasis El chasis es la parte estructural de la máquina, sobre la cual se montan las demás partes. Puede ser soportado, ya sea, por ruedas u orugas, por patas, por el fondo del arado o por un tractor. Consta de piezas de acero fundido y de partes de acero prensado. En la construcción del chasis se emplean materiales estandarizados. Estos incluyen planchas, barras, perfiles y tubos. Las partes de formas complicadas 28 se construyen de acero fundido. Las barras planas son ampliamente utilizadas en la construcción del chasis, principalmente en zonas donde se tiene cargas de tensión longitudinal. Son menos convenientes para soportar presiones longitudinales. Los perfiles se usan en la estructura del chasis donde se deben soportar cargas de tensiones y de presiones longitudinales, así como de flexiones. Los tubos soportan bien las cargas, tanto de tensión y presión, como de torsión. Permiten una construcción simple, fuerte y dan al chasis una forma estética. Los materiales normalizados son partes de construcción simple, y tienen las siguientes formas: a) Barra plana, con una sección de corte rectangular. b) Barra cuadrada, con una sección de corte cuadrada. c) Barra hexagonal. d) Barra redonda. e) Tubo, soldado o sin costura. f) Perfil en forma de U. g) Perfil en forma de T. h) Perfil en ángulo, con lados iguales. i) Perfil en ángulo, con lados desiguales. j) Perfil en forma de T. k) Perfilado en frío en forma de U. l) Perfilado en frío en forma de ángulo, con lados desiguales. m) Perfilado en frío en forma de ángulo, con lados iguales. n) Perfilado en frío en forma cuadrada, hueco. o) Perfilado en frío en forma rectangular, hueco. p) Perfilado en frío en forma rectangular, esquinas redondas. 29 q) Perfilado en frío en forma de tubo, redondo. Dentro del chasis consideramos a la bandeja de alimentación, la estructura que sostiene la máquina y el recubrimiento de la misma. Elementos de conexión Los elementos de conexión se pueden dividir en dos grupos: a) Conexiones fijas.- Son aquellas que no permiten la desconexión de las partes que las integran, ya que estas están unidas por medio de soldadura y/o remaches. b) Conexiones desmontables.- Son las que permiten el desmontaje de las partes que las integran, para su reparación o reemplazo. Este tipo de conexiones se realiza por medio de pernos, muelles de amortiguación y pernos de seguro y de sobrecarga. Los elementos de conexión pueden ser: Soldadura.- Es una forma de conexión rápida y fuerte, que es aplicada muy a menudo debido al ahorro de material. Sin embargo, su desventaja radica en que las partes no pueden ser separadas o desconectadas sin dañarlas. Remachado.- En la actualidad la unión por medio de remaches está prácticamente en desuso, pues es una operación que requiere mucho tiempo y requiere más material. Pernos tuercas y tornillos.- Estas conexiones son las más conocidas. Permiten una unión desmontable, con una gran variedad de elementos. Chavetas, pasadores y collares.- Estos elementos se emplean en la conexión de poleas, engranajes, ruedas y volantes sobre ejes. 30 Resortes y muelles de amortiguación.- Conectan dos partes en forma flexible. Mecanismos Mecanismos de transmisión Los mecanismos de transmisión son los encargados de transmitir el movimiento necesario a los distintos elementos de la máquina. Cumplen una o más de las siguientes funciones: Conexión entre ejes Transferencia de potencia de un eje al otro Cambio de la velocidad de rotación Cambio del momento de fuerza, par o torque Cambio del sentido de giro Sincronización de los movimientos de los ejes Existen diferentes tipos de transmisión: Transmisión por engranajes La conexión entre dos engranajes se efectúa mediante los dientes. El paso de los dientes debe coincidir. Cuadro 3. Transmisión por engranes Fuente: Guijarro y Paguay (2011) 31 Transmisión por cadenas La transmisión por cadenas se emplea en los casos en que la distancia entre los ejes es tal que el uso de engranajes no resulta práctico. Normalmente, la transmisión por cadenas se aplica entre ejes paralelos que giran en el mismo sentido Cuadro 4. Transmisión por cadenas Fuente: Guijarro y Paguay (2011) Transmisión por correas. La transmisión consta de dos poleas conectadas entre sí por medio de una correa plana o una faja en forma de V. La transmisión de correa tiene un cierto patinaje, que impide su uso en mandos sincronizados. El patinaje puede tener un valor de hasta 5%, lo que depende especialmente del ángulo de contacto entre polea y correa. Este tipo de transmisión es ampliamente utilizado en maquinaria agrícola, donde la distancia entre ejes sea relativamente grande. Esta transmisión no es adecuada para transferir cargas pesadas a baja velocidad. 32 Cuadro 5. Transmisión por correas Fuente: Guijarro y Paguay (2011) Transmisión de manivelas, excéntricos y levas La transmisión por medio de manivelas, excéntricos, bielas y levas cumple la función principal de convertir un movimiento rotativo en un movimiento recíproco, o viceversa. En maquinaria agrícola se encuentran numerosas aplicaciones de estos tipos de transmisión. Entre estas se destacan, por ejemplo, el mando de la barra de corte de las segadoras, el mando de clasificadoras y de cribas, el mando del émbolo de las empacadoras, los mecanismos recogedores y los mecanismos de las bomba de pistón Sin embargo, a pesar de sus amplias aplicaciones tienen la desventaja de un desbalance en su operación, provocado por la inercia del elemento recíproco. Este desbalance aumenta considerablemente con el aumento de la velocidad. Por esto, en el diseño de modernas máquinas agrícolas se trata de reemplazar los mecanismos recíprocos por elementos rotativos. Estos 33 últimos no causan este desbalance, por que provocan solo una fuerza centrífuga, que queda constante durante la operación a una cierta velocidad Mecanismos operativos Rodillos de alimentación forzada. Los rodillos de alimentación sirven para facilitar la llegada del bagazo de caña de azúcar hacia el elemento picador y a su vez, para controlar la velocidad de alimentación del material a picarse. En el caso de no contar con estos rodillos, los dos factores antes mencionados deben ser controlados manualmente por el operador. Para el funcionamiento de estos rodillos se podría aprovechar el eje del motor de la máquina, regulando la velocidad mediante un moto-reductor. Lo que tendría como consecuencia un aumento en la potencia requerida del motor. Rotor picador El rotor va acoplado a un número de cuchillas que pasan cerca del contrafilo estacionario. Para este tipo de máquinas tomamos en cuenta dos formas (tipos) de rotores que son: Cuadro 6. Cuadro 6. Rotor Picador Fuente: Guijarro y Paguay (2011) a) De volante En los rotores de volante se utilizan cuchillas radiales, colocadas en el pesado volante de acero. El mismo que puede estar dotado de perforaciones que permiten el paso del material picado hasta la parte 34 posterior, o sin ellas el material caería a la parte inferior. Este tipo de rotor es utilizado generalmente para máquinas estacionarias. B) De tambor En los rotores de tambor el cilindro es ancho, y es mayor a medida que aumenta la potencia de las máquinas, en la superficie se sitúan las cuchillas formando hélices alrededor del cilindro, en número variable. Cuadro 7. Uso de tambor Fuente: Guijarro y Paguay (2011) Expulsor del material picado Rotor-soplador. Para la salida del material picado se puede aprovechar el mismo rotor picador, adicionado paletas al mismo para que estas soplen el bagazo picado hacia el exterior de la máquina a través de un conducto. Ventilador La expulsión del material picado la realiza un ventilador, que generalmente forma parte del propio picador. Los ventiladores se usan para transportar grano y forraje, ya sea horizontal o verticalmente. Se necesita aire a gran velocidad para hacer flotar en el aire el grano y las articulas de forraje. 35 Las velocidades mínimas para algunos cultivos agrícolas se dan en la siguiente tabla. Cuadro 8. Velocidad de expulsión de ventilador Fuente: Guijarro y Paguay (2011) En general se necesita aproximadamente de 2 a 3 m3 de aire para hacer flotar 1 kg de grano. La energía requerida varía de 0,33 a 0,4 kW.hr/t. La práctica de ventilación más eficiente consiste en alimentar el material directamente en el ventilador, en donde se da cierto impulso inicial a las partículas. Se debe diseñar una alimentadora de tal modo que no permita la perdida de aire del ducto. Por gravedad La recolección del material picado también se lo puede hacer por gravedad, dejando el espacio suficiente debajo del rotor para que el material picado pueda caer libremente hacia un depósito. El vaciado de dicho recolector puede ser manual, o adicionarse a un sistema automático. 36 III PARTE PLANIFICACIÒN DEL PROYECTO SOCIO INTEGRADOR 3.1. Cronograma de actividades Para el portal web itmplatfom.com; un cronograma es una lista de elementos o procesos de un proyecto en la cual se incluyen sus fechas previstas de comienzo y final. Este únicamente incluye información acerca del tiempo destinado al proyecto y a cada una de sus fases, por lo que no comprende otras características relacionadas con la planificación del proyecto como podría ser el alcance, su coste, los recursos necesarios, etcétera. El cronograma del proyecto socio integrador máquina procesadora de forraje para el consejo comunal Pueblo Aparte fue elaborado mediante diagrama de Gantt y su selección se debió a la facilidad que este ofrece para ver las fechas de inicio y fin de cada trayecto, su duración y la superposición con otras.Tal como puede verse en el cuadro 9. Cuadro 9. Cronograma de actividades ACTIVIDAD Junio 17 1 2 3 4 1 Caracterizar elementos técnicos que componen la maquina procesadora de forraje Desarrollar calculo de diseño de maquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal Pueblo Aparte Elaborar planos de Maquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal de Pueblo Aparte. Efectuar simulación y optimización de elemento critico de la maquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal de Pueblo Aparte. Fuente: Antúnez, Lucena, Petit, Salas, Torres (2017). 38 Julio 17 2 3 4 Agosto 17 1 2 3 4 Septiembre 17 1 2 3 4 3.2. Plan de acción Según la Real Academia de la Lengua Española, planificar es hacer un plan o proyecto de acción. La planificación tiene mucho que ver con prever, o lo que es lo mismo: ver con anticipación y con prevenir - anticiparse a un inconveniente, dificultad u objeción. Cuadro 10. Plan de acción Objetivos Específicos Actividades Recursos Cuando Donde Quienes Caracterizar elementos técnicos que componen la maquina procesadora de forraje Bosquejado de planos Computadoras tutoriales por internet bajados por Youtube Junio a Julio 2017 IUTC Salón de Computación Alma Mater Participantes Junio 2017 IUTC Salón de Computación Alma Mater Estudio del Soliwork Elaboración de bocetos y Desarrollar calculo de diseño de maquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal Pueblo Aparte Revisión bibliográfica Internet, catalogo de equipos, dispositivos de almacenamiento Elaborar planos de Maquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal de Pueblo Aparte. Elaborar cálculos: capacidad, potencia motor, transmisión, ejes, chumacera, chavetas. Calculadora Papel, lápiz, computadora libros de Guijarro (2011) Mott (2009) Shigley (2008) Septiembre 2017 Efectuar simulación y optimización de elemento critico de la maquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal de Pueblo Aparte. Inducción con docentes de la unidad curricular Diseño asistido por computadora Computadoras tutoriales por internet bajados por Youtube Agosto a septiembre 2017 Fuente: Antúnez, Lucena, Petit, Salas, Torres (2017). 39 Participantes Participantes Biblioteca Mecánica IUTC Participantes IUTC Salón de Computación Alma Mater Tal como nos señala Ander-Egg, la elaboración de un proyecto consiste esencialmente en organizar un conjunto de actividades a realizar que implican el uso y aplicación de recursos humanos, financieros y técnicos, en una determinada área o sector, con el fin de lograr ciertas metas u objetivos. 3.3. Tipo de investigación Cuando se habla de tipo de investigación se "refiere al alcance que puede tener una investigación científica." (Hernández y Otros. 2010, 57), y al propósito general que persigue el investigador. En este sentido González (S/A) expresa que el tipo, puede entonces clasificarse como una Investigación: histórica, exploratoria, descriptiva, correlacional, explicativa, teórica, cualitativa, documental, evaluativa, educación comparada, proyecto factible, experimental, ex-post-facto, psicoanalítica e investigación-acción. A continuación los autores realizaran un análisis desde el punto de vista de algunas de ellas siendo las más resaltantes: Esta investigación se considera de tipo descriptiva porque busca especificar las propiedades importantes que poseerá la maquina para su construcción luego del diseño; tales como potencia del motor, peso de la maquina, dimensiones generales y funcionamiento de la misma para llevar a cabo de forma eficiente su función de procesar forraje para animales. Tal como lo establece Hernández y Otros, (2010) en los cuales este tipo de estudios buscan especificar las propiedades importantes de personas, grupos, comunidades o cualquier otro fenómeno que sea sometido a análisis. Por otra parte, es un proyecto factible debido a que el resultado del diseño es producto de una propuesta minuciosa elaborada a través de la fusión de dos tipos de maquina, la cortadora de forraje y la empaquetadora, la cual ha sido probada mediante simulación de software de Programa de Diseño Digitalizado como lo es el SolidWork para establecer la funcionalidad 40 del mismo. Cabe destacar que este en su interfaz grafica permite optimizarlo, validando el diseño planteado por los autores, así como su posible construcción. El diseño de la maquina previamente validada será presentada al Consejo Comunal Pueblo Aparte, con la lista previa de sus materiales, planos, elementos constructivos entre los principales; dejándose a la comunidad su construcción, de acuerdo a sus necesidades y presupuesto. Comparando lo anterior, con la definición de la UPEL (1990, 7) establecida como proyecto factible existe una coherencia debido a que este es una propuesta de un modelo operativo viable, o una solución posible a un problema de tipo práctico, para satisfacer necesidades de una institución o grupo social, formulada en el caso de la presente proyecto socio integrador como la formulación de una tecnología basada en métodos y procesos para solventar una situación. Por último, es considerada como Investigación acción La investigaciónacción generalmente se presenta "como un proceso de búsqueda de conocimientos sociales y prácticos, con participación de los grupos y de agentes externos (investigador externo), que permite ligar la reflexión teórica con la práctica implicaciones transformadora ideológicas, de una teóricas y determinada epistemológica." realidad, con (Hernández, 1991.115). 3.4. Diseño de investigación Una vez decidido el tipo de investigación que mejor se ajusta a la investigación intentada, el investigador debe decidir cuál es el mejor diseño que se adapta a su tipo de investigación. En este caso consideraremos al diseño de investigación como la parte procedimental de como realizar la investigación prevista (González, S/A) 41 Dentro de cada tipo de investigación existen diversas formas procedimentales de llevarla a cabo. Dentro de la investigación de tipo descriptivo se pueden mencionar los siguientes diseños: Estudios de casos, estudios de tipo evolutivo, estudios de seguimiento, análisis documental, análisis de tendencias. (Ary y Otros. 1986). El Análisis documental es un diseño que se basa primordialmente en la utilización de documentos o archivos como su fuente primordial de información. El Análisis de Tendencias se refiere a realizar estudios que permitan elaboración de proyecciones posibles de una situación cualquiera. El Análisis documental es un diseño que se basa primordialmente en la utilización de documentos o archivos como su fuente primordial de información. El Análisis de Tendencias se refiere a realizar estudios que permitan elaboración de proyecciones posibles de una situación cualquiera Para la Investigación-Acción se puede señalar cuatro variedades (Vásquez e Ivey, citados en Estraño, 1985) o diseños: diagnóstica, participante, empírica y experimental). La investigación-Acción diagnóstica, donde básicamente el objetivo es ofrecer alternativa de solución. La investigación-acción participante además de lo anterior, involucra a los participantes en las acciones a tomar. La investigación-acción empírica supone además de todo lo anterior, supone una evaluación de los resultados. 3.5. Técnicas e instrumentos de recolección de datos La presente investigación se desarrolló mediante prácticas utilizadas en la investigación descriptiva, básicamente las técnicas de recolección de información fueron las siguientes: Observación directa. Para Sabino (2007), la observación es el proceso mediante el cual se perciben ciertos rasgos existentes en la realidad por medio de un esquema y con base a cierto propósito del problema que se 42 quiere investigar. La información recolectada para llevar a cabo la presente tuvo presente dicha técnica puesto que permitió observar y conocer con detalle todo lo referente a las necesidades del Consejo Comunal Pueblo Aparte. Entrevista no estructurada. Según Tamayo (2004), la define como una conversación que tiene de común a una persona (entrevistador), que solicita información a otra persona (entrevistado) para obtener datos sobre un problema determinado. En la investigación, la misma se llevó a cabo de forma espontánea con los productores agropecuarios de la comunidad de Pueblo Aparte. Revisión bibliográfica. Son libros, documentos, revistas o cualquier otro medio de registro escrito donde se localizan los antecedentes que sirven para el estudio y fundamento de un conocimiento. Estas se pueden dividir en documentos impresos y manuscritos. Para este Proyecto Socio Integrador, se empleó mediante la revisión de catálogos de equipos similares a diseñar por los participantes, así mismo, las teorías planteadas por autores como Shigley (2008), Mott (2008) y Hamrock (2009) para el del cálculo de elementos mecánicos. Instrumento Lista de cotejo Para Hurtado (2006) Las listas de cotejos son instrumentos propios de la técnica de observación. Consisten en un listado de aspectos a observar, con un cuadro para marcar si cada uno de ellos se encuentra presente. Si está ausente, el cuadro queda en blanco. En este proyecto se empleó como una herramienta de control para establecer el cumplimiento de los aspectos necesarios para lograr los objetivos. 43 IV PARTE DESARROLLO DEL PRODUCTO 4.1. Capacidad del equipo El parámetro fundamental que se requiere para iniciar el diseño de la máquina es la capacidad que tendrá. En el caso de este proyecto socio integrador se busca satisfacer una necesidad específica, para lo cual cuenta con los siguientes datos: Toneladas de forraje producido por el Consejo Comunal Pueblo Aparte cada año: 183 ton/Ha-año Número de hectáreas de sembrío: 6Ha 183 𝑇𝑜𝑛 𝑇𝑜𝑛 ∗ 6 𝐻 = 1100 𝐻 − 𝐴ñ𝑜 𝐴𝑛𝑜 Asumiendo que se hará trabajar la maquina los 365 días del año, durante 1 hora diaria se requiere que la maquina corte aproximadamente 0,12 Ton = 125,57 Kg de forraje por hora 1 100 𝑇𝑜𝑛 1 𝐴ñ𝑜 1 𝑑𝑖𝑎 𝑇𝑜𝑛 ∗ ∗ = 0,12 𝐴ñ𝑜 365 𝑑𝑖𝑎 24 𝐻𝑜𝑟𝑎 𝐻𝑜𝑟𝑎 4.2. Determinación de la resistencia al corte de forraje Revisando la literatura existen en construcción de maquina de corte parra forraje no se ha logrado obtener los valores de resistencia del forraje; no obstante, los autores consideran la resistencia al corte es 1kgf/cm2 4.3. Velocidad de ingreso del forraje Para hallar esta velocidad se parte de la cantidad de forraje que se debe cortar, es decir, la capacidad de la máquina; por otra parte, el volumen de la caña de forraje a picarse a diario corresponde a 𝑉= Donde 46 𝐶 𝛿 V Volumen C Capacidad 127,57 Kg/H Densidad del forraje considerado por Guijarro (2011) como 200 Kg/m 3 𝑉= 127,57 200 𝑉 = 0,63 𝐾𝑔 𝐻 𝐾𝑔 𝑚3 𝑚3 𝐻 4.4. Medida promedio de la caña Vc Volumen de la caña de forraje d Diámetro de la base; 1 cm = 0,01 m h Altura; 156 cm = 1,56 m 𝑉𝐶 = 3 ∗ 𝜋 ∗ (0,005 𝑚)2 ∗ 1,56 𝑚 4 𝑉𝐶 = 0,00000918 𝑚3 El operario ingresará aproximadamente 4 cañas a la vez, por lo que el número de cañas. El número de cañas que corresponde a la cantidad de a picarse por cada hora es: 𝑚3 0,63 𝐻 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝐶𝑎ñ𝑎𝑠 = = 𝑉𝑐𝑎ñ𝑎 0,00000918 𝑚3 𝑚3 0,63 𝐻 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝐶𝑎ñ𝑎𝑠 = = ∗ 4 𝑐𝑎ñ𝑎𝑠 𝑉𝑐𝑎ñ𝑎 0,00000918 𝑚3 𝐶𝑎ñ𝑎𝑠 = 27 450, 98 𝑐𝑎ñ𝑎𝑠 𝐻𝑜𝑟𝑎 La alimentación de la caña hacia el rotor picador es manual, para lo cual es suficiente con un solo operario, el cual debe asegurar un ingreso constante, para que se cumpla con la cantidad de picado propuesto. Para determinar la velocidad de ingreso de las cañas, se tomara en cuenta la longitud promedio de la caña. 47 𝑁° 𝑑𝑒 𝑐𝑎ñ𝑎𝑠 𝑣𝑖 = ( ) ∗ 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎ñ𝑎 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑐𝑎ñ𝑎𝑠 𝑣𝑖 = 27 450, 98 ∗ 1,56 𝑚 𝐻𝑜𝑟𝑎 𝑣𝑖 = 42 823, 52 𝑚 100 𝑐𝑚 1 𝐻𝑜𝑟𝑎 𝑐𝑚 ∗ ∗ = 1 189, 54 𝐻𝑜𝑟𝑎 1𝑚 3600 𝑠 𝑠 4.5. Relación entre el número de revoluciones vs el número de cuchillas, en el rotor picador Las cuchillas estarán dispuestas en el rotor picador de tal forma que corten un centímetro por cada cuchilla; siendo su numero de 4 con sus respectivas paletas sopladoras con una distancia de 90º (1.5708 rad) unas de otras. El rotor picador debe recorrer el tramo a’b’ en el mismo tiempo que la caña recorre el tramo ab, para ello tomamos en cuenta que los tiempos son iguales, tenemos las siguientes ecuaciones: 𝜃 𝑒 𝑡𝑎´𝑏´ = 𝜔 y 𝑡𝑎𝑏 = 𝑣 𝑡𝑎´𝑏´ = 𝑡𝑎𝑏 𝜃 𝑒 = 𝜔 𝑣 Donde 1 revolución/ 4 cuchillas o lo que es lo mismo Velocidad angular e 1 cm v 1 189, 54 cm/s Despejando se tiene: 𝜔= 1,570 ∗ 1 189,54 1 𝑐𝑚 𝜔 = 1 867, 59 𝑅𝑃𝑀 48 𝑐𝑚 𝑠 2𝜋 4 = 1,570 4.6. Diámetro del sistema de cuchillas El sistema de cuchillas estará conformado por 4 cuchillas y 4 soplado con un ancho de 58 cm, con un diámetro de 39 cm. 4.7. Torque de corte requerido De acuerdo a Guijarro (2011) la resistencia al corte de la caña de forraje es de 1 kg/cm2. Teniendo en cuenta que ingresará el 4 cañas a la vez y el área comprimida promedio o por cada caña es 1cm2 entonces: el área total de la boca por la cual ingresa la caña al volante picador es de 22 x 12 = 264 cm2 𝑅= 𝐹 𝐴 Donde F Fuerza de corte R Resistencia A Área 𝐹𝐶 = (1 kgf ) ∗ 4 ∗ 1 𝑐𝑚2 cm2 𝐹𝐶 = 4, 0Kgf El radio medio de la cuchilla es de 19,5 cm, tomado desde el centro del eje hasta la mitad de su longitud 𝑇 = 𝐹𝐶 ∗ 𝑟 𝑇 = 4 Kgf ∗ 0,195 𝑚 𝑇 = 0,78 Kgf − 𝑚 4.8. Potencia de corte Calculamos la potencia de corte en función del torque requerido y la velocidad angular del volante. 𝑃𝐶 = 𝑇 ∗ 𝜔 𝑃𝐶 = 0,78 Kgf − 𝑚 ∗ 1 867, 59 𝑅𝑃𝑀 726,24 49 𝑃𝐶 = 2 HP Entonces es el valor de la potencia mecánica necesaria en el eje del rotor para realizar el corte es 2 Hp 4.9. Sistema de alimentación La caña de forraje se colocará sobre la bandeja, la cual está dispuesta en forma semi-horizontal con una ligera inclinación, de tal manera que facilite el ingreso de la caña hacia el rotor picador. Bandeja de alimentación. La forma de la bandeja de alimentación deberá asegurar el ingreso adecuado de la caña hacia el rotor picador, para lo cual se toma una inclinación en la bandeja de 10º de modo que se aproveche el peso de la caña en la alimentación. Para hallar una altura adecuada a la cual colocar la bandeja de alimentación de modo que la alimentación de la caña se torne cómoda para el operario se considero que su altura midiera 1 metro desde la base de la máquina cortadora (suelo) hasta el extremo externo de esta para que el operario no se esfuerce excesivamente durante el proceso de alimentación. La boca de ingreso del la caña hacia el rotor picador tendrá 22 cm de largo por 12 de alto, esto es para evitar que exista espacios donde la cuchilla no corte la caña. Por último el material de la bandeja debe ser resistente, debido a la humedad de la caña la cual crea un ambiente corrosivo, asimismo no debe tener mayor resistencia mecánica, pues la caña es liviana. 4.10. Cortador Rotor. Tendrá 4 cuchillas dispuestas en forma radial, las cuales deben cortar la caña en tramos de 1 cm. Serán 4 paletas sopladoras, las cuales deben cubrir un barrido del espacio total entre el chasis y el rotor. De modo que el largo de las paletas será de 27,56 cm, mientras que la del volante será de 39 cm. 50 Las paletas estarán fijadas al volante mediante soldadura, pues no hay necesidad de que las mismas sean removibles. Mientras que las cuchillas estarán unidas al volante por medio de pernos, para facilitar el mantenimiento, pues se prevé la necesidad de afilar o cambiar las cuchillas en el futuro. Cuchillas. Tendrán una forma que permita fijarlas al volante por medio de tornillos y una inclinación que asegure el corte de la caña en las dimensiones establecidas. Para el diseño del filo de las cuchillas se basó en el funcionamiento del cizallado. El ángulo de corte de la cuchilla es de 21°. El cual permite que se realice el cizallado entre la cuchilla y la contra cuchilla. Se ha dispuesto que se fije mediante tornillos para que puedan ser cambiadas cuando se requiera y afiladas de igual manera, de modo que se facilite el mantenimiento de la máquina. Para determinar el espesor de las cuchillas tomamos en cuenta la fuerza de corte requerida para la caña es igual a 4, 0Kgf. Utilizando la teoría del esfuerzo cortante máximo, se tiene: 𝑆𝑠𝑦 = 0,577 ∗ 𝑆𝑦 𝑁 𝑚2 𝑁 = 135,595 𝑥106 2 𝑚 𝑆𝑠𝑦 = 0,577 ∗ 235 𝑥106 𝑆𝑠𝑦 Con un factor de seguridad de 1, el esfuerzo cortante máximo será: 𝜏𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 = 𝑆𝑠𝑦 𝑛 Donde Ssy Resistencia del acero AISI 1045 n factor de seguridad mínimo de 1 𝑁 𝜏𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 = 135 𝑥106 𝑚2 1,0 𝜏𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 = 135 𝑥106 51 𝑁 𝑚2 𝜏𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 = 𝐹𝐶 𝐹𝐶 = 𝐴 𝑒∗ℎ Despejando “e” el espesor de la cuchilla se tiene que: 𝑒= 𝑒= 𝐹𝐶 ℎ ∗ 𝜏𝑚𝑎𝑥 4 𝐾𝑔𝑓 𝑁 0,2756 𝑚 ∗ 135 𝑥106 𝑚2 𝑒 = 0,000000107 𝑚 = 0,0000107 𝑐𝑚 Esto quiere decir para que la cuchilla sea segura, se debe garantizar un espesor superior a 0,0000107 cm. Cabe destacar que los autores establecieron uno de 58 cm debido a los múltiples modelos con cuchillas de gran espesor por lo que se infirió que con esto, se garantizaba la durabilidad de las mismas, así como mantener el filo entre las principales. 4.11. Sistema de transmisión por correa abierta El sistema de transmisión inicia con el motor eléctrico, que es el encargado de proporcionar la potencia necesaria para el funcionamiento de la máquina Selección del motor Potencia corregida Para hallar la potencia de diseño se debe multiplicar la potencia calculada por un factor de servicio. Esto se lo hace para prevenir fallas debido a golpes o vibraciones; dicho factor aumenta la potencia a transmitir para obtener la potencia de diseño que considera las características de trabajo de la máquina y el motor utilizado. 𝑃𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 𝐶1 ∗ 𝑃𝐶 Donde Pdiseño Potencia de diseño 52 C1 Factor de corrección Pc Potencia de corte 2 Hp 𝑃𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 1 ∗ 2 𝐻𝑝 𝑃𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 2 𝐻𝑝 El motor se selecciona en función de la potencia requerida y el número de revoluciones por minuto. Para hallar la potencia del motor eléctrico, se considera el factor del sistema de transmisión, teniéndose en cuenta la eficiencia del mismo; pues estos dos parámetros afectan la potencia que se trasmite desde el motor hacia el rotor. 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 𝑃𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑁𝑚 Donde Pmotor Potencia del motor Pdiseño 2 Hp Nm eficiencia del motor 0,923 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 2 𝐻𝑝 0,923 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 2,16 𝐻𝑝 Se requiere de un motor de 2,16 HP y 1 867, 59 𝑅𝑃𝑀 al aproximar los valores calculados a los que se encuentran en el mercado se tiene un motor de 3 Hp con 2000 rpm Selección de poleas Polea menor. Diámetro 2,5 pulgadas Polea mayor. Diámetro 7 pulgadas 53 Cálculo de la transmisión correa Distancia entre ejes. Se debe establecer la distancia entre ejes para determinar la geometría de la máquina, considerando los límites que dicen que la distancia entre centros no debe exceder de 3 veces la suma de los diámetros de las poleas, ni ser menor que el diámetro de la polea más grande; es decir: 𝐷2 ≤ 𝐼 ≤ 3 (𝐷1 + 𝐷2 ) 7 𝑝𝑢𝑙𝑔 ≤ 𝐼 ≤ 3 (2 𝑝𝑢𝑙𝑔 + 7 𝑝𝑢𝑙𝑔) 7𝑝𝑢𝑙𝑔 ≤ 𝐼 ≤ 27 𝑝𝑢𝑙𝑔 17,78 𝑐𝑚 ≤ 𝐼 ≤ 68,56 𝑐𝑚 Seleccionando una distancia entre centro (I) de 64 cm La longitud primitiva de la correa (L) (𝐷2 − 𝐷1 )2 𝐿 = 2 ∗ 𝐼 + 1,57(𝐷2 + 𝐷1 ) + 4∗𝐼 (17,78 𝑐𝑚 − 5,08𝑐𝑚)2 𝐿 = 2 ∗ 64 𝑐𝑚 + 1,57(17,78 𝑐𝑚 + 5,08 𝑐𝑚) + 4 ∗ 64 𝑐𝑚 𝐿 = 128 𝑐𝑚 + 35,89 𝑐𝑚 + 0,63 𝑐𝑚 𝐿 = 164 𝑐𝑚 = 1,64 𝑚 La velocidad de la banda para Hamrock (2008) es: 𝑉= 𝜋 ∗ 𝐷1 ∗ 𝜂 12 Donde 𝑉 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑎 𝑒𝑛 𝑚/𝑚𝑖𝑛 𝐷1 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑚 2 pulg. = 0,0508 m 𝜂 1 867, 59 𝑅𝑃𝑀 𝑉= 𝜋 ∗ 0,0508 m ∗ 1 867, 59 𝑟𝑝𝑚 12 54 𝑉 = 24,83 𝑚 𝑚𝑖𝑛 Arco de contacto () El arco de contacto se calcula de acuerdo al tipo de transmisión, en nuestro caso es de banda abierta, para lo cual se tiene: 𝐷2 − 𝐷1 𝐼 0, 1778 𝑚 − 0,0508 m Γ = 180 − 57 ∗ 0,64 𝑚 Γ = 180 − 57 ∗ Γ = 180° − 11,31° Γ = 168,69° Tensiones de polea Polea motriz El diseñador selecciona una banda plana de poliamida con un ancho de 2,5 pulgadas, la misma tiene un peso especifico de 0,037 Lbf/pulg3. En este caso para calcular las fuerzas que se producen en esta son expresadas por Hamrock (2008) como 𝜋 𝐹1 − 𝐹𝑐 = 𝑒 𝜇𝜙180 𝐹2 − 𝐹𝑐 Donde 𝐹1 = 𝐿𝑎𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 𝑜 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑁 𝐹2 = 𝐿𝑎𝑑𝑜 𝑓𝑙𝑜𝑗𝑜 𝑜 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑁 𝜙 𝐴𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑐𝑢𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝐹𝐶 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑁 𝜇 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝜋 𝐹1 − 𝐹𝑐 (0.8)(177,06)∗( ) 180 =𝑒 𝐹2 − 𝐹𝑐 𝐹1 − 𝐹𝑐 = 6,877 𝐹2 − 𝐹𝑐 55 La fuerza centrifuga (Fc) que actúa sobre la banda para Hamrock (2008) 𝐹𝐶 = 𝑤𝑧´ ∗ 𝑉2 𝐿∗𝑔 Donde 𝑉 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑚/𝑠 𝑤´𝑧 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑁/𝑚 𝐿 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑚 𝑤𝑡 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑎 𝑒𝑛 𝑚 𝑒𝑠 0,0635 𝑚 𝑡 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑚; 0,002794 𝑚 Cabe destacar que el peso específico de la correa de poliamida A-2 es 0,037 Lbf/pulg3 (Shigley, 2008) 𝑤𝑍´ 𝐿𝑏𝑓 1𝐾𝑔𝑓 1 𝑝𝑢𝑙𝑔3 𝐾𝑔𝑓 = 0,037 ∗ ∗ = 1 026,75 3 3 𝐿𝑤𝑡 𝑡 𝑝𝑢𝑙𝑔 2,20 𝐿𝑏𝑓 0,00001638 𝑚 𝑚3 Donde 𝑤´𝑧 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑁/𝑚 𝐿 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑚 𝑤𝑡 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑎 𝑒𝑛 𝑚 𝑒𝑠 0,0635 𝑚 𝑡 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑚; 0,002794 𝑚 𝑤𝑍´ 𝐾𝑔𝑓 = 1 026,75 ∗ 𝑊𝑡 ∗ 𝑡 𝐿 𝑚3 𝑤𝑍´ 𝐾𝑔𝑓 = 1 026,75 ∗ 0,0635 𝑚 ∗ 0,002794 𝑚 𝐿 𝑚3 𝑤𝑍´ 𝐾𝑔𝑓 = 0,182 𝐿 𝑚 Fuerza centrifuga (Fc) de la correa 1𝑚𝑖𝑛 2 𝑚 𝐾𝑔𝑓 (24,83 𝑚𝑖𝑛 ∗ 60 𝑠 ) 𝐹𝐶 = 0,182 ∗ 𝑚 𝑚 9,81 2 𝑠 56 𝐾𝑔𝑓 (0,517 𝐹𝐶 = 0,182 ∗ 𝑚 9,81 𝑚 2 𝑠 𝑚 ) 𝑠2 𝐹𝐶 = 0,0076 𝐾𝑔𝑓 𝜋 𝐹1 − 𝐹𝑐 (0.8)(177,06)∗( ) 180 = 6,877 =𝑒 𝐹2 − 𝐹𝑐 𝐹1 − 0,0076 𝐾𝑔𝑓 = 6,877 𝐹2 − 0,0076 𝐾𝑔𝑓 𝐹1 = 6,877 ∗ (𝐹2 − 0,0076 𝐾𝑔𝑓) + 0,0076 𝐾𝑔𝑓 𝐹1 = 6,877𝐹2 − 0,052 𝐾𝑔𝑓 + 0,0076 𝐾𝑔𝑓 𝐹1 = 6,877𝐹2 − 0,0444 𝐾𝑔𝑓 (a) 33 000 ∗ 𝐻𝑝 𝑉 33 000 ∗ 3𝐻𝑝 𝐹1 − 𝐹2 = 𝐹1 − 𝐹2 = 24,83 𝑚 𝑚𝑖𝑛 1 ∗ 60 𝑠 𝐹1 − 𝐹2 = 239 226,74 𝐾𝑔𝑓 𝐹1 = 239 226,74 𝐾𝑔𝑓 + 𝐹2 (b) Sustituyendo (a) en (b) 6,877𝐹2 − 0,05877 𝐾𝑔𝑓 = 239 226,74 𝐾𝑔𝑓 + 𝐹2 6,877𝐹2 − 𝐹2 = 239 226,74 𝐾𝑔𝑓 + 0,05877 𝐾𝑔𝑓 5,877𝐹2 = 239 226,79 𝐾𝑔𝑓 Despejamos la fuerza de fricción de la polea impulsada 𝐹2 = 239 226,79 𝐾𝑔𝑓 5,877 𝐹2 = 40 705,59 𝐾𝑔𝑓 57 Fuerza de Fricción impulsora 𝐹1 = 6,877𝐹2 − 0,05877 𝐾𝑔𝑓 𝐹1 = 6,877 ∗ (40 705,59 𝐾𝑔𝑓) − 0,05877 𝐾𝑔𝑓 𝐹1 = 279 932,28 𝐾𝑔𝑓 La tensión inicial de la banda será 𝐹𝑖 = 𝐹1 + 𝐹2 279 932,28 𝐾𝑔𝑓 + 40 705,59 𝐾𝑔𝑓 = 2 2 𝐹𝑖 = 160 319,20 𝐾𝑔𝑓 El par de Torsión (T) de la banda será (𝐹1 − 𝐹2 ) ∗ 𝐷1 2 (279 932,28 𝐾𝑔𝑓 − 40 705,59 𝐾𝑔𝑓) ∗ 0,0508 m 𝑇= 2 𝑇= 𝑇 = 6 076,35 𝐾𝑔𝑓 ∗ 𝑚 = 6 076,35 𝑁 − 𝑚 Verificando la potencia transmitida será (𝐹1 − 𝐹2 ) ∗ 𝑉 (279 932,28 𝐾𝑔𝑓 − 40 705,59 𝐾𝑔𝑓) ∗ 24,83 𝐻𝑝 = = 33 000 33 000 𝑚 𝑚𝑖𝑛 1 ∗ 60 𝑠 𝐻𝑝 = 2,9 𝐻𝑃 ≅ 3𝐻𝑃 Número de bandas 𝑁𝐵𝑎𝑛𝑑𝑎𝑠 = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑁𝐵𝑎𝑛𝑑𝑎𝑠 = 3 𝐻𝑃 3 𝐻𝑃 𝑁𝐵𝑎𝑛𝑑𝑎𝑠 = 1 4.12. Eje del motor El material del eje es acero AISI 1020 Laminado en frío, cuyas características son con una resistencia a la fluencia de Sy 37 Kpsi que es igual a 2606, 8 Kg/cm2 y una resistencia a la tensión de Sut 68 Kpsi igual a 4792, 1 Kg/cm2. Elaborándose un bosquejo de los elementos que irán 58 montados en el eje del rotor, que son: el volante, una polea y dos chumaceras. Donde se tienen las siguientes fuerzas. 𝑊𝑣 = 25 𝐾𝑔 𝐹𝐶 = 155 𝐾𝑔 𝑊𝑃 = 4𝐾𝑔 En las siguientes imágenes se muestran cómo actúan estas fuerzas sobre el eje en los distintos planos: Imagen 6. Diagrama de fuerzas en el plano XZ Fuente: Antúnez, Lucena, Petit, Salas, Torres (2017). Imagen 7. Diagrama de fuerzas en el plano XY Fuente: Antúnez, Lucena, Petit, Salas, Torres (2017). De donde se obtienen las siguientes fuerzas: RAY = 19,02 Kg; RbY = 61,08 Kg ; RAz = 118,6 Kg y RBz = 60,01 Kg 59 Imagen 8. a) Diagrama de fuerzas cortantes y b) Diagrama de momentos flectores en el plano Fuente: Antúnez, Lucena, Petit, Salas, Torres (2017). Imagen 9. a) Diagrama de fuerzas cortantes y b) Diagrama de momentos flectores en el plano Fuente: Antúnez, Lucena, Petit, Salas, Torres (2017). 60 Imagen 10. Diagrama de torque en el eje Fuente: Antúnez, Lucena, Petit, Salas, Torres De los diagramas de momentos se obtiene los momentos en los puntos críticos, los cuales son B y C: 𝑀𝐵 = 401,3 𝐾𝑔 − 𝑐𝑚 y 𝑀𝐶 = 840,81 𝐾𝑔 − 𝑐𝑚 El punto que está expuesto a mayor flexión es C. El esfuerzo de flexión es: 32 𝑀 𝜋 ∗ 𝐷3 𝜎𝑓 = Donde D = diámetro del eje = 1plg = 2.54 cm M = momento flector máx.= 840.81 kgf-cm 𝜎𝑓 = 32 ∗ 840.81 kgf. cm 𝜋 ∗ (2.54 cm)3 𝜎𝑓 = 522,64 𝐾𝑔 𝑐𝑚2 El esfuerzo por torsión es 𝜏𝐹 = 16 ∗ 𝑇 𝜋 ∗ 𝐷3 Donde T es el Torsor 𝜏𝐹 = 16 ∗ 6 076,35 𝑁 − 𝑚 𝜋 ∗ (2.54 cm)3 𝜏𝐹 = 1 888,47 61 𝐾𝑔𝑓 𝑐𝑚2 𝜎𝑓𝑎 = 𝜎𝑓𝑎 = 𝜎𝑚𝑎𝑥 − 𝜎𝑚𝑖𝑛 = 2 522,64 𝐾𝑔 𝑐𝑚2 −0 𝐾𝑔 𝑐𝑚2 2 = 𝐾𝑔 𝑐𝑚2 𝐾𝑔 =0 2 𝑐𝑚 𝜎𝑓𝑎 = 261.32 𝜎𝑓𝑚 Ecuación de esfuerzos combinados de Von Misses 2 2 𝜎𝑒𝑞𝑎 = √(𝜎𝑓𝑎 + 𝜎𝑎𝑎 ) + 3(𝜏 𝑇𝐴 + 𝜏𝐶𝐴 )2 2 𝜎𝑒𝑞𝑎 = √(261.32 𝐾𝑔 𝐾𝑔 2 𝐾𝑔 𝐾𝑔 2 + 0 ) + 3(0 + 0 ) 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2 𝜎𝑒𝑞𝑎 = 𝜎𝑓𝑎 = 261.32 2 𝐾𝑔 𝑐𝑚2 2 𝜎𝑒𝑞𝑚 = √(𝜎𝑓𝑚 + 𝜎𝑎𝑚 ) + 3(𝜏 𝑇𝑀 + 𝜏𝐶𝐴 )2 2 𝜎𝑒𝑞𝑚 = √(0 𝐾𝑔 𝐾𝑔 2 𝐾𝑔𝑓 𝐾𝑔 2 + 0 ) + 3(1 888,47 + 0 ) 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2 𝜎𝑒𝑞𝑚 = 3 270,92 𝐾𝑔 𝑐𝑚2 Limite a la fatiga 𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑒 Donde Ka laminado en caliente = 0,85 Kb 1,189 ∗ 𝑑−0,097 = 1,189 ∗ (2,54)−0,097 = 1 Kc de 0,897 para una confiabilidad de 0,90 Kd = 1 62 Ke = 1 𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑒 ∗ 𝑆´𝑒 𝑆𝑒 = 0,85 ∗ 1 ∗ 0,897 ∗ 1 ∗ 1 ∗ 2 606 𝑆𝑒 = 1 570,64 𝐾𝑔 𝑐𝑚2 𝐾𝑔 𝑐𝑚2 De la aplicación del criterio de Sodeberg se tiene: 𝑒𝑒𝑞𝑎 𝑒𝑒𝑞𝑚 1 + = 𝑆𝑒 𝑆𝑦 𝑛 261,27 𝐾𝑔 𝑐𝑚2 𝐾𝑔 1 570,64 𝐾𝑔 + 3 270,92 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2 3800 0,16 + 0,86 = 𝐾𝑔 = 𝑐𝑚2 1 𝑛 1 𝑛 1 −1 (1,0)−1 = ( ) 𝑛 𝑛=1 4.13. Selección de la chumacera d=2,54 cm n = 1860 rpm RAY = 19,02 Kg; u = 0,1 para acero-acero lubricado RAX = 118,6 Kg * u RAX = 118,6 Kg * 0,1 RAX = 11,86 Kg 2 2 𝐹𝑅 = √𝑅𝐴𝑌 + 𝑅𝐴𝑥 𝐹𝑅 = √(19,02 𝐾𝑔)2 + (11,86 𝐾𝑔)2 𝐹𝑅 = 22,41 𝐾𝑔𝑓 = 219,66 𝑁 63 Carga radial equivalente 𝐹𝑎 = 0 y 𝑋0 = 1 𝑃0 = 𝑋0 ∗ 𝐹𝑅 + 𝑌0 ∗ 𝐹𝑎 𝑃0 = 1 ∗ 219,66 𝑁 + 𝑌0 ∗ 0 𝑃0 = 1 ∗ 219,66 𝑁 𝑃0 = 219,66 𝑁 𝑃0 = 𝐹𝑅 Capacidad de carga básica (CR) 𝐶𝑅 = 𝑓𝐿 ∗𝐹 𝑓𝑛 ∗ 𝑓𝐻 𝑅 Donde fL = 2,71 para una vida de 10 000 horas como vida suficiente fn = 1,03 para 30 min-1 fH = 1 𝐶𝑅 = 2,71 ∗ 219,66 𝑁 1,03 ∗ 1 𝐶𝑅 = 577,04 𝑁 Carga estática de la chumacera 𝐶0 = 𝑓𝑠 ∗ 𝑃0 Donde fs Factor de seguridad = 1,5 P0 Carga radial equivalente = 219,66 𝑁 𝐶0 = 1,5 ∗ 219,66 𝑁 𝐶0 = 329,49 𝑁 Cálculo y selección de chavetas Con el diámetro del eje de 25.4 mm 64 Medidas del área transversal de las Obtenemos de la imagen 8. chavetas en función del diámetro del eje los datos de la chaveta b= 8mm h= 7 mm z = 0,3 mm Y una longitud sugerida de 20 a 70 mm. La chaveta será construida de acero de transmisión cuyas características son: Sy 235 MPa El torque producido por el motor es 6 076,35 𝑁 − 𝑚 𝐹= 𝑇 𝑟 Donde F es Fuerza T torque 6 076,35 𝑁 − 𝑚 R radio del eje 0,0127 m 𝐹= 6 076,35 𝑁 − 𝑚 0,0127 m 𝐹 = 478 452,75 𝑁 Por la teoría de la energía de distorsión, la resistencia al cortante es: 𝑇=𝑡∗ 𝐹 𝐿 𝑆𝑠𝑦 = 0,577 ∗ 𝑆𝑦 𝑆𝑠𝑦 = 0,577 ∗ 235 𝑥106 𝑆𝑠𝑦 = 135 𝑥106 𝑁 𝑚2 𝑁 𝑚2 La falla por corte a través del área longitudinal originará un esfuerzo 𝑇= 65 𝐹 𝑡+𝐿 Imagen 12. Medidas del área transversal de las chavetas en función del diámetro del eje Sustituyendo el torque por la resistencia dividida entre el factor de seguridad, resulta: 𝐿= 𝐹∗𝑛 𝑆𝑠𝑦 ∗ 𝑡 Donde F Fuerza 478 452,75 𝑁 T torque 6 076,35 𝑁 − 𝑚 𝑁 Ssy resistencia al cortante = 0,577 ∗ 235 𝑥106 𝑚2 66 t espesor 1/4 pulg 𝐿= 478 452,75 𝑁 ∗ 2 𝑁 0,577 ∗ 235 𝑥106 𝑚2 ∗ 9,00535 𝑚 𝐿= 478 452,75 𝑁 ∗ 2 861 028,25 𝑁 𝑚 𝐿 = 50 𝑚𝑚 4.14. Calculo del pistón hidráulico para compactación del forraje 𝐹𝑀𝐴𝑋 𝜋2 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼 = 4 ∗ 𝐿2 Donde E Módulo de elasticidad dela fibra vegetal 5 MPa I Momento de inercia de la sección transversal del recipiente de deposito L Longitud del recipiente 1,02 m FMAX Fuerza máxima de sobrecarga 𝐼= 𝜋 𝜋 ∗ 𝑑4 = ∗ (0,32𝑚)4 = 64 64 𝐼 = 0,000514 𝑚4 𝐹𝑀𝐴𝑋 = 𝜋 2 ∗ 5000 000 𝑁 𝑚2 ∗ 0,000514 𝑚4 4 ∗ (1,02𝑚)2 𝐹𝑀𝐴𝑋 = 6 094,98 𝑁 El forraje estará sometido a carga de compresión, por lo tanto: 67 𝑃= 𝐹 𝐹 4𝐹 =𝜋 =− 2 𝐴 𝜋 ∗ 𝑑4 𝑑 4 𝑃=− 4 ∗ 6 094,98 𝑁 𝜋 ∗ (0,32𝑚)4 𝑃 = −75 784,85 𝑁 𝑚2 Esto quiere decir que se requiere un sistema hidráulico capaz de compactar 80 000 Kgf /m2, para lo cual se selecciona un gato hidráulico de 8 toneladas normalizado por la norma COVENIN 3082:97 Gato Hidráulico tipo botella con las siguientes característica. Cuadro 11. Especificaciones del Gato Hidráulico tipo botella seleccionado. Carga nominal (Ton) Max carga de trabajo (Kg) Elevación mínima (mm) Máxima altura abajo (mm) Longitud ajustable del husillo máxima (mm) Masa del cuerpo máxima (mm) Área mínima de la base (mm2) Diámetro exterior de la bobina (Mínimo) (mm) Longitud mínima de la palanca (mm) 8 8 000 128 240 120 7 10 400 45 500 Fuente: Norma COVENIN 3082 (97) 4.15. Calculo de soldadura Soldadura Para obtener el numero de electrodos se considero los metros lineales obtenidos sumando las dimensiones la caja de la maquina para la tapa son de 120 cm por 80 arrojando una longitud líneal de 200 cm. Mientras que para la altura de la caja se consideran 50 cm por 4 de soldadura produciéndose 200 cm lineales. Esto genera un total de 400 cm para la fabricación de la caja con su fondo, 68 Por otra parte la longitud de las uniones con espesor de 5 mm es de 2,5 cm para cada lado de los apoyos; esto es 5 cm, reforzándose al en el borde superior del angulo y al final de la caja para un total de 10 cm por cada apoyo correspondiente a un total de 40 cm. De igual manera la unión entre la maquina cortadora y la compactadora posee un longitud de 64 cm (Ver plano 4). Por otro lado el soporte del motor tiene una dimensiones de (64 cm mas 32 cm) para un total de 192 cm. Asimismo para el área de compactado de la maquina se tiene un longitud de 90 cm. 𝐿𝑆 = 400 𝑐𝑚 + 40 𝑐𝑚 + 64 𝑐𝑚 + 192 𝑐𝑚 + 90𝑐𝑚 𝐿𝑆 = 786 𝑐𝑚 Se tomo en cuenta un electrodo de 1/8 de pulgada porque es el más eficaz para soldar placa; teniendo una soldadura efectiva de 8 cm (Ver cuadro 12. Soldadura Longitudinal efectiva debido a las características presentadas por el perfil de 1 pulgada empleado para la construcción de la maquina. 𝑐𝑎𝑛𝑡 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑑𝑜𝑠 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑆𝑜𝑙𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑆𝑜𝑙𝑑𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 Cuadro 12. Soldadura Longitudinal efectiva Numero de electrodo 1 1 1 1 Diámetro (pulg) 1/8 5/32 3/16 3/32 Cubrimiento (cm) 8 – 10 11-13 14-15 7-8 Fuente: Blog de PNF Mecánica IUTC (S/A) 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑑𝑜𝑠 = 786 𝑐𝑚 = 98,5 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑑𝑜𝑠 8 69 Ahora bien con el número de electrodos nos dirigimos al cuadro 13. Cantidad de electrodos por Kg/unidad Cuadro 13. Cantidad de electrodos por Kg/unidad Cantidad de electrodo 1 Kg 1 Kg 1 Kg 1 Kg Diámetro (pulg) 1/8 3/32 3/16 5/32 Unidades 34 46 22 27 Fuente: Blog de PNF Mecánica IUTC (S/A) 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑑𝑜𝑠 = 98,5 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑑𝑜 = 2,859 𝐾𝑔 34 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝐴𝑚𝑝 = ϕ (𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑑𝑜) − 1 ∗ 50 𝐴𝑚𝑝⁄ 𝑚𝑚 1 𝐴𝑚𝑝⁄ 𝐴𝑚𝑝 = ( − 1) ∗ 50 𝑚𝑚 8 𝐴𝑚𝑝 = 108,75 Calculando el amperaje máximo y mínimo teniendo en cuenta que para el mismo se debe tomar un valor de +/- el 10% del amperaje se tiene: 𝐴𝑀𝑖𝑛 = 𝐴 − 10%𝐴 𝐴𝑀𝑖𝑛 = 108,75 − 10,875 𝐴𝑀𝑖𝑛 = 97,875 𝐴𝑚𝑝 𝐴𝑀𝑎𝑥 = 𝐴 + 10%𝐴 𝐴𝑀𝑎𝑥 = 108,75 + 10,875 𝐴𝑀𝑎𝑥 = 119,62 𝐴𝑚𝑝 Esfuerzo de la estructura para soportar la soldadura 70 Considerando los pesos arrojados por el programa SOLIDWORKS a las dimensiones de diseño y los materiales estructurales empleados se obtiene la siguiente información Cuadro 14. Pesos de elementos estructurales para soldadura Descripción del elemento Cuchilla, Eje Peso 2626.76 N 20.5634 N Estructura soporte Peso Total 2 667,885 N Fuente: Antúnez, Lucena, Petit, Salas, Torres (2017). Imagen 14. Diagrama de Cuerpo Libre de estructura de maquina 2 667,885 N Fuente: Antúnez, Lucena, Petit, Salas, Torres El cortante puro 𝜎= 𝐹 𝐴 Donde A Área L*h 𝐴 = 16(25,4 𝑚𝑚 ∗ 5 𝑚𝑚) = 2032 𝑚𝑚2 71 𝜏= 2 667,885 N 1𝑚 2 2032 𝑚𝑚2 ∗ (1000 𝑚𝑚) = 2 667,885 N = 1,31 ∗ 106 𝑃𝑎 = 1,31 ∗ 103 𝐾𝑃𝑎 2 0,002032 𝑚 Para el electrodo E 7018 la resistencia a la fluencia es 445 MPa (Según el Manual de soldadura INDURA) 𝑆𝑌 = 0,60 ∗ 445 𝑥 106 𝑃𝑎 𝑆𝑌 = 267𝑥 106 𝑃𝑎 𝑆𝑦 > 𝜏 𝑆𝐴𝑇𝐼𝑆𝐹𝐴𝐶𝑇𝑂𝑅𝐼𝑂 CONCLUSIONES 72 La maquina procesadora de forraje esta compuesta por dos maquinas; la primera es una cortadora con una capacidad de 0,128 toneladas por minutos con cuatro cuchillas que cortan la caña de pasto a 1 cm y la maquina compactadora de forraje constituida por un gato hidráulico que ofrece un peso de 8 toneladas en un molde circular para proveer la pieza de forraje de fácil manipulación por el operario de la maquina. Los planos de esta maquina fueron desarrollados en SOLIDWORK debido a la posibilidad de establecer el comportamiento del equipo que tendrá unas dimensiones de 219 cm x 104 cm x 102 cm. Para el despiece de la maquina se efectuaron 13 piezas: cuerpo de cortadora, tapa superior de la cortadora, cuchillas, soporte de cuchillas, rodamientos, poleas pequeña y grande, motor, correa, cubre correas, bandejas, tobos y pistón. Durante la simulación y optimización del diseño de maquina procesadora de forraje en SOLIDWORK, este arrojo que su elemento critico es el rodillo tendrá una fuerza de 0,025 N en el eje x; 0,63 N en el eje por ultimo -0,098 N en el eje z. Por otra parte para la construcción de la maquina procesadora de forraje para el Consejo Comunal Pueblo Aparte se requiere un motor de 3 HP con dos poleas una de 7 pulgadas y la otra de 2,5 pulgada para una banda plana con una fuerza de 𝐹1 = 279 932,28 𝐾𝑔𝑓, mientras que en la polea impulsada 40 705,59 𝐾𝑔𝑓, la tensión inicial de la banda será de 𝐹𝑖 = 160 319,20 𝐾𝑔𝑓 Sera necesario el uso de una banda para la transmisión de potencia. Y por último calculados los componentes de la máquina y comparándolos con los obtenidos en el proceso de simulación y optimización de diseño, no se arrojan resultados similares ya que la presentación del informe en SOLIDWORK es solo del elemento critico como lo es el eje o 73 rodillo con sus fuerzas de reacción, en este no se observaron los esfuerzos cortantes, ni momentos flectores de la pieza en cuestión para comparar con los realizados por los autores del proyecto. RECOMENDACIONES 74 Finalizado el proyecto socio integrador se recomienda al consejo Comunal Pueblo Aparte gestionar ante los organismos públicos, el presupuesto necesario para la construcción de la máquina para procesar forraje con mano de obra local. La maquina ha sido diseñada para trabajar con forraje sin embargo luego de construida se recomienda elaborar pruebas con bambú, maíz, caña de azúcar igualmente empleadas para la alimentación de ganado vacuno, estableciéndose su versatilidad. Y por último, luego de construida se recomienda el mantenimiento preventivo para prolongar la vida útil de las máquinas, asimismo exigir a los operarios el empleo de equipos de protección personal tales como lentes de protección, guantes y botas de seguridad para el resguardo de su seguridad y de las instalaciones. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 75 Ander-Egg, (1995) Metodologías de Acción Social. Editores Universidad de Jaen. Jaen España. Cruz, P y Almendola, R (2011). Prototipo de compactador de forraje. Revista técnica de Ciencias Agropecuarias Volumen 20 Nº 4 Florez, E; Molina, M y San Juan, L., (2009) Diseño y construcción de una máquina para la producción de concentrado para animales. Corporación Universitaria de Tecnología de Bolívar. Facultad de Ingeniería Mecánica. Cartagena de Indias. Cartagena Colombia Guijarro y Paguay (2011). Escuela Técnica Superior Chimborazo. Facultad de Mecánica Escuela de Ingeniería Mecánica. Riobamba - Ecuador Hernández, R (2010). Metodología de la investigación. México: McGraw-Hill Interamericana, 5ta edición. México D.F- México. Hurtado De Barrera, J. (2006). El Proyecto de Investigación. Metodología de la Investigación Holística. Caracas: Sypal Universidad Pedagógica Experimental Libertador (UPEL), (2006). Manual de Trabajo de Grado de Especialización y Maestría y Tesis Doctorales UPEL. Fondo Editorial de la Universidad Pedagógica Experimental Libertador. 3era Reimpresión. Caracas, Venezuela Sabino, Carlos (2007). Proceso de Investigación. Primera edición Editorial Humanitas. Caracas – Venezuela Tamayo y Tamayo, Mario (2004). El proceso de la investigación científica Editorial Limusa S. A. 4ta edición. México D. F. – México Leyes Ley Orgánica de Ciencia Tecnología e Innovación (2014) Gaceta Oficial N° 37.391 Ley del Plan de la Patria 2013- 2019. Segundo Plan Socialista de Desarrollo Económico y Social de la Nación 2013-2019. Publicado en Gaceta Oficial de la República Bolivariana de Venezuela No 6.118 Extraordinario, 4 de diciembre de 2013 76 COVENIN 3082:97 Gato Hidráulico tipo botella. cortes Editorial Fondonorma. Caracas Venezuela COVENIN 3466 (99) Representación de Vistas, secciones y cortes Editorial Fondonorma. Caracas Venezuela COVENIN 3476 (84) Rotulado de planos. Editorial Fondonorma. Caracas Venezuela COVENIN 3477 (99): Formatos y Plegado de dibujos y planos. Editorial Fondonorma. Caracas Venezuela OVENIN 3082:97 Gato Hidráulico tipo botella REFERENCIAS ELECTRÓNICAS https://es.wikipedia.org/wiki/Municipio_Valmore_Rodr%C3%ADguez_(Z ulia)#/media/File:Mapa_Municipio_Valmore_Rodr%C3%ADguez.PN G (2017) http://www.itmplatform.com/es/blog/que-es-cronograma/ 77 ANEXOS 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 Simulación de para estudio Fecha: lunes, 16 de octubre de 2017 Diseñador: Solidworks Nombre de estudio: Estudio 1 Tipo de análisis: Estático Table of Contents Descripción .............................................................. 88 Suposiciones............................................................ 89 Información de modelo ........................................... 89 Propiedades del estudio ......................................... 91 Unidades ................................................................. 92 Propiedades de material ......................................... 92 Cargas y sujeciones ................................................. 93 Descripción Definiciones de conector ........................................ 94 No hay datos Información de contacto ......................................... 95 Información de malla .............................................. 96 Detalles del sensor .................................................. 97 Fuerzas resultantes ................................................. 98 Vigas ........................................................................ 98 Resultados del estudio ............................................ 99 Conclusión ....... Ошибка! Закладка не определена. Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 8 8 Suposiciones Información de modelo Nombre del modelo: para estudio Configuración actual: Predeterminado Sólidos Nombre de documento y referencia Tratado como Analizado con SolidWorks Simulation Propiedades volumétricas Ruta al documento/Fecha de modificación Simulación de para estudio 89 Saliente-Extruir9 Sólido Masa:268.036 kg Volumen:0.034058 m^3 Densidad:7870 kg/m^3 Peso:2626.76 N D:\Users\gabo\Desktop\CO RTADORA DE PASTO\cuchilla.SLDPRT Oct 09 21:37:28 2017 Saliente-Extruir18 Sólido Masa:1487.73 kg Volumen:0.189039 m^3 Densidad:7870 kg/m^3 Peso:14579.8 N D:\Users\gabo\Desktop\CO RTADORA DE PASTO\cuerpo cortadora de pasto.SLDPRT Jul 05 08:21:54 2017 Masa:38.995 kg Volumen:0.00495489 m^3 Densidad:7870 kg/m^3 Peso:382.151 N D:\Users\gabo\Desktop\CO RTADORA DE PASTO\cuerpo piston.SLDPRT Jul 10 18:27:45 2017 Redondeo3 Sólido Saliente-Extruir6 Sólido Masa:38.4128 kg Volumen:0.00488091 m^3 Densidad:7870 kg/m^3 Peso:376.445 N D:\Users\gabo\Desktop\CO RTADORA DE PASTO\dhfdshfssfh.SLDPRT Jul 05 08:21:54 2017 Redondeo1 Sólido Analizado con SolidWorks Simulation Masa:43.4332 kg Volumen:0.00551883 m^3 Densidad:7870 kg/m^3 Peso:425.646 N D:\Users\gabo\Desktop\CO RTADORA DE PASTO\piston.SLDPRT Jul 05 08:21:54 2017 Simulación de para estudio 90 Redondeo1 Sólido Masa:2.09831 kg Volumen:0.000266621 m^3 Densidad:7870 kg/m^3 Peso:20.5634 N D:\Users\gabo\Desktop\CO RTADORA DE PASTO\ywewrwqrq.SLDPR T Jul 05 08:21:56 2017 Masa:2.09831 kg Volumen:0.000266621 m^3 Densidad:7870 kg/m^3 Peso:20.5634 N D:\Users\gabo\Desktop\CO RTADORA DE PASTO\ywewrwqrq.SLDPR T Jul 05 08:21:56 2017 Redondeo1 Sólido Propiedades del estudio Nombre de estudio Estudio 1 Tipo de análisis Estático Tipo de malla Malla sólida Efecto térmico: Activar Opción térmica Incluir cargas térmicas Temperatura a tensión cero 298 Kelvin Incluir los efectos de la presión de fluidos desde SolidWorks Flow Simulation Tipo de solver Desactivar Efecto de rigidización por tensión (Inplane): Desactivar Muelle blando: Desactivar Desahogo inercial: Desactivar Opciones de unión rígida incompatibles Automática Gran desplazamiento Desactivar Calcular fuerzas de cuerpo libre Activar Fricción Desactivar Utilizar método adaptativo: Desactivar Carpeta de resultados Documento de SolidWorks (D:\Users\gabo\Desktop\CORTADORA DE PASTO) Analizado con SolidWorks Simulation FFEPlus Simulación de para estudio 91 Unidades Sistema de unidades: Métrico (MKS) Longitud/Desplazamiento mm Temperatura Kelvin Velocidad angular Rad/seg Presión/Tensión N/m^2 Propiedades de material Referencia de modelo Propiedades Nombre: Tipo de modelo: Criterio de error predeterminado: Límite elástico: Límite de tracción: Módulo elástico: Coeficiente de Poisson: Densidad: Módulo cortante: Coeficiente de dilatación térmica: AISI 1020 acero, estirado en frío Isotrópico elástico lineal Tensión máxima de von Mises 3.5e+008 N/m^2 4.2e+008 N/m^2 2.05e+011 N/m^2 0.29 7870 kg/m^3 8e+010 N/m^2 1.17e-005 /Kelvin Componentes Sólido 1(SalienteExtruir9)(cuchilla-1), Sólido 1(SalienteExtruir18)(cuerpo cortadora de pasto-1), Sólido 1(Redondeo3)(cuerpo piston-1), Sólido 1(SalienteExtruir6)(dhfdshfssfh-1), Sólido 1(Redondeo1)(piston-1), Sólido 1(Redondeo1)(ywewrwqrq-1), Sólido 1(Redondeo1)(ywewrwqrq-2) Datos de curva:N/A Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 92 Cargas y sujeciones Nombre de sujeción Imagen de sujeción Detalles de sujeción Entidades: Tipo: 10 cara(s) Geometría fija Fijo-1 Fuerzas resultantes Componentes Fuerza de reacción(N) Momento de reacción(N-m) X -0.00170131 0 Y 1.13195 0 Z 0.152113 0 Entidades: Tipo: Resultante 1.14212 0 2 cara(s) Rodillo/Control deslizante Rodillo/Control deslizante-1 Fuerzas resultantes Componentes Fuerza de reacción(N) Momento de reacción(N-m) Nombre de carga X 8.83298e-006 0 Cargar imagen Y -1.28948e-005 0 Z -0.151984 0 Resultante 0.151984 0 Detalles de carga Entidades: Referencia: Tipo: Valor: 1 cara(s) Cara< 1 > Aplicar momento torsor 1 N-m Torsión-1 Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 93 Centrífuga, Ref: Velocidad angular: Aceleración angular: Cara< 1 > 0 rad/s 0 rad/s^2 Centrífuga-1 Entidades: Tipo: Valor: 1 cara(s) Aplicar fuerza normal 1N Entidades: Tipo: Valor: Unidades: 1 cara(s) Normal a cara seleccionada 8 N/m^2 Fuerza-1 Presión-1 Definiciones de conector No hay datos Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 94 Información de contacto Contacto Imagen del contacto Propiedades del contacto Tipo: Unión rígida Componentes: 1 componente(s) Opciones: Mallado compatible Contacto global Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 95 Información de malla Tipo de malla Malla sólida Mallador utilizado: Malla estándar Transición automática: Desactivar Incluir bucles automáticos de malla: Desactivar Puntos jacobianos 4 Puntos Tamaño de elementos 5.77756 cm Tolerancia 0.288878 cm Calidad de malla Elementos cuadráticos de alto orden Regenerar la malla de piezas fallidas con malla incompatible Desactivar Información de malla - Detalles Número total de nodos 36827 Número total de elementos 19864 Cociente máximo de aspecto 33.677 % de elementos cuyo cociente de aspecto es < 3 69.5 % de elementos cuyo cociente de aspecto es > 10 1.06 % de elementos distorsionados (Jacobiana) 0 Tiempo para completar la malla (hh;mm;ss): 00:00:18 Nombre de computadora: GABO-PC Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 96 Detalles del sensor No hay datos Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 97 Fuerzas resultantes Fuerzas de reacción Conjunto de selecciones Unidades Suma X Todo el modelo N -0.00169248 Suma Y Suma Z Resultante 1.13193 0.000128745 1.13194 Suma Y Suma Z Resultante 0 0 0 Momentos de reacción Conjunto de selecciones Unidades Suma X Todo el modelo N-m 0 Vigas No hay datos Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 98 Resultados del estudio Nombre Tipo Mín. Máx. Tensiones1 VON: Tensión de von Mises 5.82689e-010 N/m^2 Nodo: 24121 2186.22 N/m^2 Nodo: 9110 para estudio-Estudio 1-Tensiones-Tensiones1 Nombre Tipo Mín. Máx. Desplazamientos1 URES: Desplazamiento resultante 0 mm Nodo: 8094 9.49839e-006 mm Nodo: 2729 Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 99 para estudio-Estudio 1-Desplazamientos-Desplazamientos1 Nombre Tipo Mín. Máx. Deformaciones unitarias1 ESTRN: Deformación unitaria equivalente 3.32549e-020 Elemento: 4760 8.22742e-009 Elemento: 9894 Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 100 para estudio-Estudio 1-Deformaciones unitarias-Deformaciones unitarias1 Nombre Tipo Percepción del diseño1 Percepción del diseño Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 101 para estudio-Estudio 1-Percepción del diseño-Percepción del diseño1 Analizado con SolidWorks Simulation Simulación de para estudio 102
