XX MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS MAQUINAS

XX MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS
MAQUINAS AGRICOLAS
MEZCLADORA DE CONCENTRADO PARA
CERDOS
Mauricio Triana Borrero 233322
Jorge Alberto Pulido 233302
Claudia Marcela Vega 233220
ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
¿COMO SURGE EL PROYECTO DE DISEÑO?
El proceso de diseño comienza en la asignatura
elementos de máquinas 2 cuando nos es solicitado
buscar un proyecto para desarrollar y llevar a cabo
en diseño de máquinas.
Las alternativas no faltaron entre las cuales estuvo
diseñar una máquina empacadora de gel. Al evaluar
la complejidad de los problemas planteados y la
factibilidad de llevar a cabo cada uno de ellos en el
tiempo estipulado y con los conocimientos
anteriormente adquiridos, el grupo decidió de manera
conjunta optar por el problema que nos fue
propuesto por una cooperativa con sede en el
municipio de Ambalema
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA QUE LO FINANCIA
En Ambalema, una población del Norte del
Tolima, existe una pequeña cooperativa que se
dedica a la crianza de cerdos. El alimento de
estos animales resulta costos, por esta razón se
decide preparar el concentrado para disminuir
costo, el problema surge cuando la mezcla no
queda homogénea al realizarla con pala,
además involucra un trabajo de 8 horas
adicionales que no están presupuestadas.
Por esta razón surge la necesidad de crear un
homogenizador para el desarrollo de este
concentrado.
VALOR DEL PROYECTO
Costo Total de la mezcladora
Concepto
Costo Total de Materiales
Observaciones
Acero HR, tuercas - tornillos, Motor
trifásico de 3HP, ejes transmisores
de potencia
Costo
2566400
Costos de Manufactura
Construcción: Cortes, dobleces,
soldadura, ajustes.
333600
Costos de Diseño
Diseño de la máquina: Cálculos,
planos, caracterización del
prototipo.
100000
*Otros Costos
Gastos adicionales: Transporte Ricaurte
y Fontibon
150000
COSTO TOTAL DE MEZCLADORA
3`000.000
*Este costo no se contemplo en el presupuesto porque lo asumieron los estudiantes y no la empre4sa que estaba financiando el proyecto
PRESUPUESTO DESTINADO
Y TIEMPO DE DESARROLLO
El presupuesto original fue de 3 millones de pesos, este presupuesto se
logro mantener, dado que manufactura de la máquina fue gratis al
igual que los costos de diseño pues es un proyecto académico.
La mezcla al no reaccionar con aceros HR y el hecho de poder utilizar
Pinturas epóxicas atoxicas, redujo el costo de los materiales de manera
considerable.
El tiempo de diseño fue aproximadamente de 10 semanas y el tiempo
de manufactura fue de 6 semanas
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El problema consistía en la
ineficiencia que tenía el proceso
de mezclado de concentrado para
cerdos. La necesidad era diseñar
y construir una máquina que
pudiera acortar los tiempos de
mezclado, que homogeneizara
mejor los elementos de la mezcla
y que esta tarea pudiera ser
desempeñada por un solo
operario. Si se lograba
implementar esto se podría
ahorrar cerca de un 20% en el
costo de concentrados haciendo
muy competitiva a la cooperativa
en la región.
REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
Los requerimientos del cliente eran:
• Que la maquina mezclara la totalidad de los
ingredientes del concentrado en una sola etapa, en
tandas de por lo menos 50kg.
•La maquina tenia que representar un ahorro de tiempo
y de personal
•Además de mezclar la máquina tenia que estar
adaptada para verter la mezcla en los bultos para su
almacenamiento y distribución
• La maquina debería de ser de fácil transporte y
ensamble, ya que no iba a estar en un lugar de manera
permanente.
•El costo de los materiales y la manufactura no debía
exceder el costo de las maquinas que se conseguían en
el mercado
ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA (BENCHMARKING)
Mezclador palas de planetario Mezclador de doble cono
Mezclador barras en “Z”
Mezclador tipo Nauta
Mezclador tipo Tambor
Mezclador en “V”
Cintas
QFD
FUNCIONES
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
FUNCIÓN
SUJETO
Identificar
Operario
Pesar
Báscula
Operario
Verter
Operario
Mezclar
Maquina
Agregar Grasa
Operario
Mezclar
Maquina
Descargar
Maquina/Operario
GENERACIÓN DE CONCEPTOS
VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS PLANTEADAS
CILINDRO
DESCENTRADO
Es de fácil manufactura, eficiente mezclado debido a la disposición del cilindro, y por
la inclusión de unas aletas dentro del recipiente que ayudan el precipitado de la
mezcla, colaborando a romper los grumos que se presentan en el proceso. La mezcla
tiende hacer dos movimientos, girar debido a la acción del motor y a tener un
precipitado debido a la acción de las paletas.
PODADORA
Es de fácil manufactura, debido a que se “reciclan”
partes de una máquina especialmente la parte de
transmisión. La eficiencia en cuanto a la mezcla
depende de la adaptación que se realice para la
podadora (paletas,).
Este diseño se basó en una batidora de cocina
convencional. La idea es utilizar el motor de una
podadora, adaptarle unas paletas y acoplarla a un
tanque de acero inoxidable, este tanque estaría
pivotado para tener una fácil descarga. La parte
complicada de este sistema es generar un acople que
asegure el trabajo del motor de la podadora sobre la
mezcla. Este es un sistema económico siempre y
cuando se tenga el motor de la podadora, y como se
menciono en el principio la maquina puede ser
construida con partes usadas, pero solo si estas son
aptas para el desarrollo de la mezcladora y estén en
buen estado
BICONO
Es un diseño sencillo, eficiente
donde se exalta la facilidad de
vaciado y mantenimiento, este
diseño permite mezclas hasta con
un 10% de líquido, siempre y
cuando este no sea muy viscoso.
Teniendo en cuenta que dentro de
los elementos a mezclar existe un
porcentaje muy pequeño de grasa
el cual se incluye en la máquina de
manera líquida, el porcentaje de
esta grasa con respecto a la
mezcla es del 3%, por lo tanto
cumple con los parámetros de la
máquina.
Por la zona donde se unen lo cruza
un eje, el cual le permite girar.
PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE DISEÑO DOMINANTE Y
JUSTIFICACIÓN
MEZCLADORA DE CINTAS
En algunos casos pueden haber dos ejes paralelos, también existen modelos con
paletas y de tormillo helicoidal. La cinta externa hace que el polvo se mueva a lo largo
del tambor y la cinta opuesta interna hace que al mismo tiempo el polvo se mueva en
dirección opuesta. Estos movimientos evitan que los polvos se acumulen en uno de
los extremos. Los mezcladores de este tipo son de velocidades bajas, de gran
capacidad de carga y bajo consumo de energía. Entre sus desventajas esta su difícil
limpieza, la abrasión debida al roce de las cintas, la carcasa y las partículas, además
en el caso de las cintas helicoidales se presenta una gran dificultad en su
manufactura.
CINTA CON DOBLE SENTIDO CON DESCARGA EN LA MITAD
GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO
Selección de materiales:
•Acero inoxidable: Es el material recomendado para manejo de alimentos,
pero cuesta casi nueve veces que el acero común, además de necesitar una
soldadura especial.
•Aluminio: No presenta herrumbre, pero desprende partículas de alumina y
aluminio, en su presentación mas comercial, también necesita de soldadura
especial.
•Plásticos: Son económicos, son adecuados para el manejo de alimentos, se
puede trabajar fácilmente, pero presenta desprendimiento de partículas.
•Pintura atoxica: es mas costosa que el acero común pero menos que el acero
inoxidable, se aplica solo a las partes necesarias, pero solo se adquiere en
gran cantidad y se necesitan de 4 sustancias mas para su aplicación.
•Acero común: es relativamente económico, fácil de trabajar, no requiere de
ninguna soldadura especializada, y por la mezcla no presentar concentrados
vitamínicos, se permite el uso de este tipo de acero (Norma)
SELECCIÓN DE COMPONENTES
ESTANDARIZADOS
Potencia (hp)
Lowe industries
120
100
80
60
40
20
0
0
200
400
Capacidad (ft^3)
600
800
MEJORA DE DETALLES
•
Sistema Cierre – Apertura de la tapa
de la mezcladora
•
Huecos de descarga en el tanque
•EXPLICACIÓN SOBRE LA APLICACIÓN DE HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
(SELECCIONAR EL SUBSISTEMA DE DISEÑO DE LA MÁQUINA QUE RESULTÓ
MÁS INTERESANTE Y/O COMPLICADO)
Trasmisión de potencia
Como la maquina debía poder desarmase tanto para
su transporte como para su limpieza, la hélice debía
poder desacoplarse del resto del tren de trasmisión;
además se tenia que asegurar que la mezcla no se
saliera del tanque, y que la armonía entre los
componentes asegurara un funcionamiento adecuado
Manufactura de la hélice:
La complejidad de la Hélice es grande,
los cortos trayectos de las espirales, la
forma de las cintas, y los diferentes
sentidos de giro; hicieron muy difícil la
manufactura de la hélice, proceso del
cual el grupo se tubo que apersonar por
completo para que los resultados fueran
satisfactorios.
DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
Las homogenizadoras de tipo cinta con descarga en la mitad, se caracteriza con la
formación de semicírculos abiertos en sentidos opuestos para que la mezcla se arrastre
hacia la derecha y luego hacia la izquierda. La división de estos semicírculos se
encuentran en la mitad con el fin de obligar a descargarse en este punto (la mitad del
tanque). La mezcla con cintas asegura que los elementos se dispersan de manera
homogénea sin necesidad de un pre-mezcla. Este sistema sirve para mezclar ingredientes
secos, con adición de líquidos, granulación y polvos pegajosos.
Se concluye que es adecuada para la maquina que se desea diseñar.
Se desarrollaron pequeñas pruebas con un prototipo a escala que confirma la
información anterior.
APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO
EXPLICACIÓN BREVE DE LA RESPUESTA AL
PROBLEMA PLANTEADO:
•La maquina mezcla 160kg de concentrado en
aproximadamente 10 minutos, y los descarga en
20 minutos en bultos de 40 Kg. cada uno.
•Para su operación solo se necesita un solo
operario
•La mezcla queda homogénea
•La maquina se adapta perfectamente a las
necesidades del cliente, y a un menor precio que
el de las maquinas disponibles en el marcado.
VALOR DE LA PRODUCCIÓN O SERVICIO GENERADO
POR LA MÁQUINA (EN TÉRMINOS DE DINERO Y/O DE
SOLUCIÓN SOCIAL)
E proyecto logró disminuir el tiempo de uso de un obrero
en una actividad que le tomaba ejecutar 8 horas, ahora con
la máquina dicha actividad en la misma proporción de
mezcla se ejecuta en 20 minutos.
No solo se mejora en tiempo sino en calidad de la mezcla,
dado que el granulo
de esta es mas homogéneo que el obtenido con una
mezcla hecha con pala.
ANÁLISIS ECONÓMICO
Costo Total de la mezcladora
Concepto
Costo Total de Materiales
Observaciones
Acero HR, tuercas - tornillos, Motor
trifásico de 3HP, ejes transmisores
de potencia
Costo
2566400
Costos de Manufactura
Construcción: Cortes, dobleces,
soldadura, ajustes.
667000
Costos de Diseño
Diseño de la máquina: Cálculos,
planos, caracterización del
prototipo.
6680000
Otros Costos
Gastos adicionales: Transporte de la
máquina, mejoras del prototipo
230000
COSTO TOTAL DE MEZCLADORA
10143400
DESPERDICIOS
En la construcción de la maquina prácticamente no se
tuvieron desperdicios, únicamente en la manufactura de las
hélices. Debido a su complejidad y a que el material se
deformaba plásticamente, era muy difícil determinar la
cantidad de material necesario para las hélices, razón por la
cual se tuvieron que hacer varios intentos para determinar el
material a usar.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
•La aplicación de conceptos de las diferentes
ramas y líneas de conocimiento, se ve y
materializa en esta materia
•Ni en la universidad ni en las bibliotecas,
existe bibliografía científica y matemática
acsecible sobre el comportamiento de los
polvos en este tipo de flujo.
•Toda la información adquirida para este
proyecto, se hizo a través de la consulta las
maquinas existentes en el mercado, de la
observación experimental en un prototipo, y de
las receomendasiones de agrónomos e
ingenieros químicos con experiencia en el
asunto.
RECOMENDACIONES
•Par futuros diseños se recomienda que se utilice
análisis de elementos finitos para la simulación del
comportamiento de polvos en esta clase de flujos,
como flujos de fluidos con densidad y viscosidad
iguales a las del producto a mezclar.
•En la universidad específicamente en el I.C.T.A
(Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos) hace
falta una maquina que permita analizar de manera
experimental el comportamiento de este tipo de
sustancias y procesos.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y
HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA EMPLEADAS
•NORTON, Robert. Diseño de Máquinas, Prentice Hall, 1999
•DUMONTEIL, M. Technologie de la fabrication des aliments du
Bétail
•SHIGLEY, J y MISCHKE, C. Standard Handbook of Machine
Design, 1996.
•BEER, F. JOHNSTON, R. Mecánica de Materiales, 1993
•http://www.agitadores.com/servicio_tecnico.htm
•http://www.vcp.monash.edu.au/pharmaceutics/res-mixing.html
•http://web.mit.edu/clcgroup/PharmaPowders.html
•http://www.monografias.com/trabajos15/mezclado/mezclado.sht
m
•Solid Edge
Agradecimientos
• A nuestros Padres
• Ing. Juan Edilberto Rincon
• Empresa Elementos Metálicos