Capítulo - Ingeniería Mecánica Agrícola

Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE CUADROS ...................................................................................... ix
ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................... x
RESUMEN ......................................................................................................... xii
ABSTRACT ....................................................................................................... xiii
INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 1
OBJETIVOS ........................................................................................................ 3
1. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 4
1.1. Alternativa de uso de las deyecciones. .................................................. 5
1.2. Ventajas que presentan las deyecciones animales sobre el abono
químico. ........................................................................................................... 6
1.3. Bioquímica de los desechos de los conejos. ......................................... 7
1.3.1. Contenido de la orina. ..................................................................... 7
1.3.2. Amoniaco en las deyecciones líquidas. ........................................... 8
1.3.3. Contenido de las heces. .................................................................. 8
1.4. Generalidades de las máquinas de transporte. ................................... 10
1.4.1. Tipos de máquinas de transporte. ................................................. 11
1.4.1.1. Cintas transportadoras. .......................................................... 11
1.4.1.2. Transportador de cadena........................................................ 12
1.4.1.3. Elevador de cangilones. ......................................................... 13
1.4.1.4. Transportadores de tornillo sinfín. .......................................... 13
2.
PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LAS HECES Y LA ORINA DE
LOS CONEJOS ................................................................................................ 15
2.1. Ángulo de reposo. ................................................................................ 16
3.
METODOLOGÍA DEL DISEÑO ................................................................. 20
3.1. Generalidades...................................................................................... 21
vi
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
3.2. Metodología de diseño......................................................................... 21
3.3. Metodología de trabajo. ....................................................................... 23
3.4. Diseño conceptual. .............................................................................. 25
3.5. Identificación de la necesidad. ............................................................. 25
3.6. Identificación del mercado. .................................................................. 26
3.6.1. Definición del problema y planeación general. .............................. 26
3.7. Requerimientos del diseño. ................................................................. 26
3.8. Generación de alternativas. ................................................................. 27
3.9. Selección de alternativa. ...................................................................... 30
3.10.
4.
Elementos que componen el sistema de separación definitivo. ....... 37
DISEÑO DE DETALLE .............................................................................. 39
4.1. Cálculos para el transportador de banda. ............................................ 40
4.1.1. Cálculo de la tensión de la banda y la potencia del accionamiento.
42
4.2. Cálculo de la transmisión. .................................................................... 50
4.2.1. Selección de la cadena. ................................................................ 50
4.2.2. Selección de las catarinas. ............................................................ 52
4.3. Diseño y cálculo de los diámetros del árbol o flecha. .......................... 56
4.3.1. Configuración del eje..................................................................... 57
4.3.2. Diseño y cálculo de los diámetros del árbol de la Catarina motriz.
…………………………………………………………………………...58
4.3.3. Cálculo de las reacciones en el árbol motriz. ................................ 61
4.3.4. Cálculo del diámetro del eje motriz. .............................................. 66
4.3.5. Selección de rodamientos. ............................................................ 68
4.3.6. Selección de los soportes tensores con rodamientos Y. ............... 73
4.3.7. Selección de los rodamientos para los rodillos de soporte. ........... 73
vii
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
4.4. Colector. .............................................................................................. 73
4.4.1. Material. ........................................................................................ 74
5.
ANÁLISIS ECONÓMICO ........................................................................... 75
5.1. Construcción del prototipo. .................................................................. 76
5.1.1. Materiales...................................................................................... 77
5.1.2. Mano de obra. ............................................................................... 78
5.2. Costos horarios totales del prototipo.................................................... 78
5.3. Costos de consumo. ............................................................................ 80
5.4. Costos de operación. ........................................................................... 81
5.5. Ingresos por el servicio de la máquina. ................................................ 82
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................... 84
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA ........................................................................ 86
ANEXO A .......................................................................................................... 89
ANEXO B .......................................................................................................... 95
viii
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
ÍNDICE DE CUADROS
CUADRO 1. Composición del contenido fecal de conejos holandeses……..
9
CUADRO 2. Producción de estiércol g por animal y día………………………
10
CUADRO 3. Resultados obtenidos para el ángulo de reposo en diferentes
materiales…………………………………………………………………………..
17
CUADRO 4. Desviación estándar y coeficiente de variación de los datos de
ángulo de reposo para deyecciones solidas…………………………………..
18
CUADRO 5. Desviación estándar y coeficiente de variación de los datos de
ángulo de reposo, para la orina…………………………………………………
18
CUADRO 6. Ángulos de reposo obtenidos en diferentes materiales .………
19
CUADRO 7.Comparación de los sistemas de evacuación de las
deyecciones en los conejares……………………………………………………
31
CUADRO 8. Selección de la mejor alternativa…………………………………
31
CUADRO 9. Componentes finales…………………………………………………...
38
CUADRO 10. Coeficiente Kβ para la transportación de cargas a granel con
diferentes movilidades sobre bandas cauchonadas con superficies de
41
trabajo lisas………………………………………………………………………….
CUADRO 11. Valores del coeficiente 𝐾𝑎 ………………………………………... 42
CUADRO 12. Coeficiente general de resistencias locales 𝐾𝐿 ………………… 43
CUADRO 13. Distancia entre los rodillos de apoyo l’o, (m) del ramal con
carga para materiales a granel…………………………………………………… 44
CUADRO 14. Recomendaciones para la selección del diámetro de los
rodillos rectos y dispuestos en forma acanalada……………………………….
46
CUADRO 15. Valores de coeficiente k…………………………………………..
48
CUADRO 16. Factor de servicio para transmisiones por cadena…………….
52
CUADRO 17. Coeficientes de carga equivalente para los cojinetes…………
69
CUADRO 18. Factor de temperatura KT.........................................................
69
CUADRO 19. Factor de servicio en cojinetes…………………………………..
69
CUADRO. 20 Costo de materiales……………………………………………….
77
ix
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1.1 Cinta transportadora……………………………………………..
12
FIGURA 1.2 Transportador de cadenas………………………………………
12
FIGURA 1.3 Elevador de cangilones…………………………………………
13
FIGURA 1.4 Tornillo sinfín……………………………………………………..
14
FIGURA 2.1 Plano inclinado para obtener ángulo de talud………………….
16
.
FIGURA 3.1 Pala estercolera………………………………………………….
27
FIGURA 3.2 Funcionamiento de la pala………………………………………
28
FIGURA 3.3 Pala estercolera tipo Shuttle…………………………………….
28
FIGURA 3.4 Banda transportadora……………………………………………
29
FIGURA 3.5 Pala recogedora………………………………………………….
30
FIGURA 3.6 Motor enrrollacables…………………………………………….
30
FIGURA 3.7 Banda de plástico tipo malla……………………………………
32
FIGURA 3.8 Mallas de acero para banda…………………………………….
33
FIGURA 3.9 Banda modular……………………………………………………
33
FIGURA 3.10 Rodillos rectos…………………………………………………..
34
FIGURA 3.11 Rodillos en artesa………………………………………………
34
FIGURA 3.12 Estaciones tensoras……………………………………………
35
FIGURA 3.13 Transmisión de potencia por poleas………………………….
36
FIGURA 3.14 Transmisión de potencia por cadena…………………………
36
FIGURA 3.15 Rascador para banda transportadora………………………...
37
FIGURA. 3.16 Componentes del sistema de separación definitivo……….
38
x
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
FIGURA 4.1 Esquema de distribución de la carga a granel sobre rodillos
rectos……………………………………………………………………………..
40
FIGURA 4.2 Transmisión por cadena…………………………………………
50
FIGURA 4.3 Reacciones en las catarinas.……………………………………
60
FIGURA 4.4 Diagrama de cuerpo libre………………………………………..
62
FIGURA 4.5 Diagramas de cortante y momento flexionante en el plano
XY…………………………………………………………………………………
64
FIGURA 4.6 Diagramas de cortante y momento flexionante en el plano
XZ…………………………………………………………………………………. 65
FIGURA 4.7. Elementos del colector de orina……………………………….. 74
FIGURA 4.8. Disposición del colector en la estructura……………………
74
xi
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
DISEÑO DE UN SISTEMA PARA LA SEPARACIÓN DE DEYECCIONES
CUNÍCOLAS.
DESIGN OF A SYSTEM FOR THE SEPARATION OF RABBIT DEJECTION.
Jesús A. López Gómez, Damian Martínez Nolasco1, Pedro Cruz Meza2
Departo de Ingeniería Mecánica Agrícola. Universidad Autónoma Chapingo. Km 38.5
Carretera México-Texcoco. Chapingo, Edo. de México. CP. 56230. México.
RESUMEN
El objetivo de este trabajo es el diseño de un sistema capaz de realizar la
separación de las deyecciones sólidas de las líquidas de los conejos.
Esto permitirá a los productores dar una alternativa de uso a los desechos de
sus animales además de conseguir un incentivo por el mismo. Con este
sistema se pretende además tener mayor higiene dentro de las granjas
cunícolas a fin de evitar enfermedades.
Una vez obtenida la orina de conejo será procesada para su posterior
utilización como fijador para perfumes o fertilizante foliar.
Las deyecciones sólidas serán utilizadas para hacer compostaje junto con otros
materiales orgánicos.
Aspectos a los que se le dieron mayor importancia son el bajo precio de su
construcción o adquisición, alta productividad, fácil manejo que permita a una
persona realizar la limpieza total del área cunícola y fácil mantenimiento.
Equipado de una banda transportadora tipo malla que no permitirá el paso de
las deyecciones solidas, si no las llevara hasta uno de los extremos para
depositarlos en un contenedor para su posterior desalojo mientras que la orina
caerá libremente por unas lonas dispuestas en forma de canal para dejarlas en
un depósito.
Palabras claves: Desechos, alternativa, limpieza, banda transportadora.
1
2
Autores de la tesis
Director de tesis
xii
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
ABSTRACT
The aim of this paper is design a system proficient on performing separation of
solid from liquid rabbits´ droppings. This system will allow producers to give an
alternative use of animals´ droppings in addition to getting an incentive for it.
This system also attempts to have better hygiene in the rabbit´s farms to
prevent diseases. Once the urine of rabbits is obtained, it will be processed for
its later use as a fixative for perfumes or foliar fertilizer. The solid manure will
be used for composting altogether with other organic materials. On this
research, aspects that were given greater importance are low cost of
construction or acquisition, high productivity and easy operation. These aspects
allow just a person to clean the entire area and make easy the maintenance of
the place.
The system is equipped with a mesh conveyor belt which will not allow the
passage of solid manure, in case it gets through the mesh conveyor belt, these
will be taken to one of outermost part of the belt and deposited inside a
container for its later removal. Whereas urine should fall over tarps freely
arranged in channel shaped and will be led into a container.
Keywords: droppings/waste, alternative, cleaning, conveyor belt.
xiii
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
INTRODUCCIÓN
La necesidad de disminuir la dependencia de productos químicos artificiales en
los distintos cultivos, está obligando a la búsqueda de alternativas fiables y
sostenibles. En la agricultura ecológica, se le da gran importancia a este tipo de
abonos, y cada vez más, se están utilizando en cultivos intensivos.
Es importante mejorar diversas características físicas, químicas y biológicas
del suelo, y en este sentido, los abonos orgánicos
juegan un papel
fundamental.
Con estos abonos, se aumenta la capacidad que posee el suelo de absorber
los distintos elementos nutritivos, los cuales se aportan posteriormente con los
abonos minerales o inorgánicos.
Actualmente, se están buscando nuevos productos en la agricultura, que sean
totalmente naturales. El manejo inapropiado de los residuos fecales en las
explotaciones cunícolas provoca contaminación dentro del área de producción,
genera malos olores y gran proliferación de moscas. Normalmente en las
granjas de producción cunícola es considerado un estorbo ya que se requiere
mucha mano de obra en su manejo, y deteriora la salud de los animales.
El uso del estiércol como fertilizante se practica dentro de la agricultura ya
desde hace mucho tiempo, sin embargo no se le había dado tanta importancia,
en la actualidad con los avances tecnológicos esta práctica puede lograr
mejores resultados.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
1
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
La elevada producción y el costo de la mano de obra obligan a una mayor
automatización de su manejo, especialmente en lugares con sistemas
intensivos de producción.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
2
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL

Diseñar un sistema capaz de realizar la separación de las deyecciones,
de una granja de conejos.
OBJETIVOS PARTICULARES

Diseñar un sistema de tal forma que su funcionamiento dependa del
accionamiento de un moto-reductor.

Ofrecer a los cunicultores el diseño de un sistema de bajo costo con el
que puedan hacer uso alterno de los desechos de una granja de
conejos.

Hacer más eficiente el proceso de limpieza en las conejeras.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
3
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CAPÍTULO
1. MARCO TEÓRICO
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
4
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
1.1.
Alternativa de uso de las deyecciones.
Hasta hace 20 años los subproductos
obtenidos de las explotaciones
ganaderas, fundamentalmente las deyecciones, se reutilizaban en su totalidad
como complemento para la fertilización de las tierras de cultivo. Se trataba de
granjas de carácter familiar rodeadas de amplias extensiones de tierras con las
que se compaginaba la actividad ganadera.
Sin embargo, la progresiva industrialización del sector cunícola, en la que en un
espacio reducido se puede acoger un gran número de animales, y la necesidad
imperiosa de obtener una rentabilidad económica por encima de todo,
ha
conducido a un nuevo modelo de explotación sin tierras a su alrededor, ya que
estas son ocupadas por factores de producción y los propios núcleos urbanos.
La consecuencia inmediata es evidente. El exceso de deyecciones, a las que el
cunicultor no puede dar salida, se convierten en un serio problema para todas
las explotaciones y aparece una nueva necesidad de gestión de estos residuos.
Es aquí donde se plantean dos alternativas. La elección de una u otra
dependerá del grado de concienciación ecológica del cunicultor y en definitiva
de su capacidad de detectar amenazas en su entorno que pueden afectar la
viabilidad de su explotación en un futuro.
Desafortunadamente, la primera opción pasa por eliminación indiscriminada de
estas deyecciones en cantidades mucho más elevadas de las que la tierra
puede soportar. Este hecho provoca aumentos en los niveles de los nitratos de
las aguas superficiales que a la larga conducirán a una contaminación de las
aguas subterráneas. Al mismo tiempo el terreno afectado perderá la capacidad
de síntesis de la materia orgánica, llegando a convertirse en improductivo.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
5
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Vista las consecuencias de esta conducta fácil pero irresponsable, el cunicultor
profesional, sin renunciar a una producción al mínimo coste posible, debe tomar
una nueva postura en relación con la reducción del impacto medioambiental de
las deyecciones de su explotación. (Castello, 1998).
Entre las posibilidades existentes, para aquellas granjas que carezcan de
tierras,
se
encuentra
la
instalación
de
bolsas
de
almacenamiento,
perfectamente impermeabilizadas, que permitan el reciclaje de estos residuos o
su transporte a zonas agrícolas o forestales más descongestionadas donde las
deyecciones puedan utilizarse como abono orgánico.
Es evidente que todas estas acciones supondrán un coste adicional para el
cunicultor, pero los aspectos ecológicos y medioambientales no son una moda
pasajera si no una clara tendencia apoyada cada vez más.
Ante esta situación al cunicultor solo le queda aceptar estos cambios y ser el
primer defensor de una gestión adecuada de sus deyecciones ante sus
compañeros que no las aplican.
1.2.
Ventajas que presentan las deyecciones animales sobre el abono
químico.
La primera ventaja es la incorporación de materia orgánica, ya que:

Mejora la estructura del suelo.

Permite que éste retenga una mayor cantidad de agua.

Favorece la fertilidad de la tierra.

Facilita el intercambio de gases, etc.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
6
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
La segunda es que se están incorporando fitonutrientes para los cultivos, que
se van liberando a medida que la planta los necesita e incrementa la vida
microbiana del suelo.
EI estiércol sólido o líquido (purín) tienen un valor fertilizante considerable que
el ganadero debe de conocer e informar al agricultor, ya que éste último, de
forma habitual, compra fertilizantes químicos que no favorecen la fertilidad del
suelo, como sí lo hace un abono orgánico.( Universidad Politécnica de
Valencia, 2005).
1.3.
Bioquímica de los desechos de los conejos.
1.3.1. Contenido de la orina.
La cantidad de orina excreta diariamente por un animal, depende de muchos
factores incluyendo el consumo de agua y alimento, la actividad y la
temperatura del ambiente. El volumen de orina en 24 horas de un conejo adulto
con acceso a agua y comida varia en un amplio rango (20-350 ml/kg) con un
índice promedio de excreción de 130 ml/kg aproximadamente. La gravedad
especifica de la orina varia de 1.003 a 1.036 con un promedio de 1.015.
Normalmente la orina del conejo es alcalina con un promedio de 8.2
aproximadamente.
La orina normal del conejo es amarillenta y de apariencia turbia. Normalmente
no se detectan cetonas o sangre oculta en el análisis químico. Sin embargo,
ocasionalmente pueden estar trazas de proteína o glucosa. El examen
microscópico del sedimento muestra ausencia o pequeñas cantidades de
células epiteliales y bacterias. Los tipos de cristales que han sido identificados
son fosfato de amonio, magnesio, carbonato de calcio monohidratado y
carbonato de calcio anhidro (Universidad politécnica de Valencia, 2005).
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
7
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
1.3.2. Amoniaco en las deyecciones líquidas.
El papel del amoniaco ha sido bien estudiado, conociéndose tanto su origen
fermentaciones amoniacales de la orina por causa de la temperatura, oxigeno y
humedad como sus consecuencias. Una experiencia definió de forma decisiva
el papel del amoniaco sobre la incidencia y gravedad de las enfermedades
respiratorias: se sometieron 2 lotes de conejos durante 15 días a dos
ambientes, uno libre de amoniaco y otro en el que los animales respiraban 15
ppm. de dicho gas, pasado dicho periodo de exposición, se sometió a todos los
animales a una instalación nasal con 100,000 UFC de pasteurella multocida
originaria de la misma especie. El resultado señalo la evolución grave de la
infección en sus grados de rinitis-bronquitis-neumonía cuando los conejos se
sometieron a amoniaco antes de la instalación, en tanto que mantenidos en
ausencia de este dieron escasa incidencia y gravedad (Universidad politécnica
de Valencia, 2005).
1.3.3. Contenido de las heces.
Los conejos normalmente excretan heces duras y blandas aproximadamente el
80% del total son del tipo duro. Las heces blandas se producen por la digestión
inicial de comida.
Normalmente las heces suaves son consumidas por el conejo y excretadas
como heces duras. Al consumir las heces blandas el conejo aparentemente
utiliza productos nutritivos resultantes del metabolismo de la flora intestinal. Sin
embargo, los conejos libres de gérmenes no consumen sus heces blandas.
La composición de las heces duras y blandas en animales convencionales y
libres de gérmenes en conejos Holandeses se muestra en el cuadro 1.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
8
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CUADRO 1. Composición del contenido fecal de conejos holandeses (1)
componente
Contenido
fecal
CV
GF
74.3
85.2
Heces
blandas
CV
GF
44.7 74.3
Humedad
(fresca)
Cenizas
8.6
6.4
7.7
6.7
(seca)
Grasa
1.0
0.9
1.3
0.7
Cruda
(seca)
Proteína
42.3
26.5 39.7 21.8
cruda
(seca)
Fibra cruda 24.4
27.2 26.4 33.6
(seca)
Extracto
23.8
39.1 24.9 37.2
libre de N.
(seca)
N.
No 2.3
3.0
1.3
2.4
proteico
(seca)
Calcio
0.8
0.5
1.0
0.7
(seco)
Fosforo
1.4
0.6
1.4
0.9
(seco)
Fuente: Real escuela de avicultura, 2001 .
Heces
duras
CV
GF
17.5 29.9
Composición de la
dieta
6.2
5.8
5.4
1.4
0.9
4.9
20.3
13.3
26.1
47.4
44.0
16.1
24.8
36.0
47.5
0.3
1.0
__
1.2
0.9
0.7
1.1
1.0
0.5
24.9
(1)Porcentaje promedio en materia fecal fresca o seca de 2 ó 3 conejos con
collar para evitar la coprofagia.
CV Convencional
GF Libre de gérmenes
Además de la composición de las deyecciones cunícolas en el cuadro 2 se
muestra la cantidad de estiércol en gramos que producen los conejos, en sus
diferentes etapas de vida.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
9
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CUADRO 2. Producción de estiércol g por animal y día.
Tipo de deyecciones
adultos en reposo
coneja en lactancia
gazapos destetados
Sólidos
70-80
150-200
40-50
Líquidos
100
250-300
100
170-180
400-500
140-150
Total
Fuente: Lebas et al, 1996.
1.4.
Generalidades de las máquinas de transporte.
Dentro de la clasificación de las máquinas transportadoras se encuentran dos
tipos:
Máquinas de trabajo periódico. Estas realizan la entrega de la carga
en
intervalos, ya que su carga puede estar dispersada en porciones separadas. La
carga y la descarga se hacen por lo general con la máquina detenida. El ciclo
de las máquinas de acción periódica consta de las siguientes etapas: parada
para la sujeción de la carga, traslado de la máquina junto con la carga,
descarga y traslación en sentido opuesto sin la carga, dentro de estas se
encuentran las grúas, montacargas, etc.
Máquinas de trabajo ininterrumpido. Son aquellas cuyo trasporte se realiza
de manera continua, estas cargas en su mayoría son de materiales a granel o
por bultos. La carga se distribuye en forma de capa continua sobre la banda. En
estas máquinas el movimiento de carga y en vacio, del elemento de
transportación ocurre simultáneamente.
Debido al movimiento ininterrumpido de estas máquinas y su simultaneidad en
el movimiento con carga y sin ella, hacen de estas las de mayor productividad.
Ejemplo de estas máquinas son los transportadores de bandas de todo tipo.
(Villaseñor, 1994).
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
10
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
1.4.1. Tipos de máquinas de transporte.
1.4.1.1.
Cintas transportadoras.
Son los más usados por la simplicidad de los elementos que la constituyen,
bajo consumo de energía y por su fácil mantenimiento.
El material a transportar se deposita en un extremo de la banda, mediante dos
tambores (uno motriz y el otro de tensado) arrastran la banda dando un
movimiento sinfín, lo que traslada la carga hasta el siguiente extremo y la deja
caer por gravedad.
Las bandas que se construyen con capas de hule o lona presentan limitaciones
a la hora de transportar materiales a altas temperaturas ya que estas producen
mayor desgaste y fallas.
Ventajas de su uso

Bajo consumo de energía

Fácil mantenimiento

Gran capacidad de transporte

Bajo nivel de ruido.
Inconvenientes

Dificultad de transportar productos a alta temperatura

Dificultad para el transporte en cámara cerrada

Cambios de dirección en el plano horizontal

Descarga en dirección perpendicular al eje del transportador
Las cintas transportadoras pueden transportar infinidad de materiales como lo
son: materiales para la construcción, minerales, fertilizantes, cereales y
alimentos, entre otros.
Aunque en general las cintas transportadoras se cargan en un extremo de las
mismas, es posible efectuar la carga en un punto cualquiera de las mismas,
mediante dispositivos diversos como tolvas entre otros (figura 1.1). Mientras
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
11
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
que la descarga se realiza comúnmente en la cabeza, es posible hacerlo
también en cualquier punto.
FIGURA 1.1 Cinta transportadora.
1.4.1.2.
Transportador de cadena.
Son unidades para el manejo de materiales que utiliza como elemento principal
de traslado cadenas, que son movidas por ruedas dentadas, al igual que el
transportador de bandas realiza un movimiento sin fin a lo largo de la unidad.
Este tipo de transportador es mayormente utilizado cuando el material a
transportar es alto en temperaturas. No es recomendable para el traslado de
materiales delicados como alimentos.
A este tipo de transportador es posible acoplarle en los eslabones diferentes
aditamentos como rastrillos, paletas, cucharones, etc. que serán
los que
contengan el material a transportar (figura 1.2).
FIGURA 1.2 Transportador de cadenas.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
12
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
1.4.1.3.
Elevador de cangilones.
Los elevadores de cangilones se emplean para la transportación vertical de las
cargas a granel o para transportarlas formando un ángulo grande con respecto
a la horizontal. El elevador consta de tambor superior e inferior fijados en la
estructura metálica uno de los cuales (con frecuencia el superior) es de
transmisión y del órgano de tracción flexible que los rodea, esta puede ser una
banda o cadena (figura 1.3).
FIGURA 1.3 Elevador de cangilones.
1.4.1.4.
Transportadores de tornillo sinfín.
El órgano de trabajo de este tipo de transportadores es el tornillo que gira en un
canal cerrado cuya parte inferior tiene una forma semicilíndrica. El
desplazamiento de la carga a lo largo del canal se produce por la rotación del
tornillo (figura 1.4).
Las ventajas que este transportador son: compactibilidad en comparación con
otros transportadores, se pueden hacer cargas y descargas en varios puntos,
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
13
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
no hay perdida de los materiales, la transportación se hace de en forma
cerrada.
FIGURA 1.4 Tornillo sinfín.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
14
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CAPÍTULO
2. PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LAS HECES Y LA ORINA DE
LOS CONEJOS
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
15
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
2.1.
Ángulo de reposo.
Pendiente máxima de una porción de terreno granular hasta donde es posible
su estabilidad sin que se produzcan deslizamientos. Se le denomina también
talud natural (Vargas et al. 2008)
Para la obtención del ángulo de reposo se usó un plano inclinado con los
siguientes materiales:

Superficie de acero inoxidable

Superficie de lámina negra

Superficie de plástico

Cinta métrica

Transportador

Heces de conejo

Orina de conejo
Se armó el plano inclinado (figura 2.1) para poder analizar las diferentes
superficies y obtener un ángulo en el que las heces rodarán.
FIGURA 2.1 Plano inclinado para obtener ángulo de talud.
En el cuadro 3 se muestran los ángulos de reposo de las deyecciones de
conejos para diferentes superficies.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
16
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CUADRO 3. Resultados obtenidos para el ángulo de reposo en diferentes
materiales.
Material
Deyecciones
Acero inoxidable.
23.66 °
Lámina negra
19.63 °
plástico
26.5°
5°
6.9°
14.8°
sólidas
Deyecciones
líquidas
Con el análisis anterior se obtiene la desviación estándar, que es una medida
de dispersión, la cual mide la variabilidad de un conjunto de datos respecto a
su media.
Varianza (S2)
2
𝑆 =
( 𝑥𝑖 )2
𝑛
𝑥𝑖 2 −
𝑛 −1
…...………………………………………………………………....(2.1)
Donde:
Xi: iésimo dato observado.
n: total de datos.
Desviación estándar (S)
𝑆 = 𝑆 2 ……………………..…………….…………………………………………(2.2)
En el cuadro 4 se muestran los resultados de las medidas de dispersión del
ángulo de reposo, para diferentes materiales.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
17
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CUADRO 4. Desviación estándar y coeficiente de variación de los datos de
ángulo de reposo para deyecciones sólidas.
Material
Media aritmética ( Desviación
Coeficiente
estándar (S)
variación (C.V)
Acero inoxidable 23.666
3.790
16.01 %
Lámina negra
19.633
3.819
19.45%
plástico
26.5
3.598
13.57%
)
de
El coeficiente de variación (C.V) mide la variabilidad entre varios conjuntos de
datos.
𝐶. 𝑉 =
𝑆
𝑋
∗ 100 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (2.3)
El cuadro 5 muestra la variación de los datos del ángulo de reposo, para las
deyecciones líquidas.
CUADRO 5. Desviación estándar y coeficiente de variación de los datos de
ángulo de reposo, para la orina.
Material
Media aritmética ( Desviación
Coeficiente
estándar (S)
variación (C.V)
Acero inoxidable 5
0.78
15.7 %
Lámina negra
6.933
0.78
11.32%
plástico
14.86
1.455
9.8%
)
de
Se usa el ángulo de reposo promedio para calcular el coeficiente de fricción
estático (fórmula 2.4).
Se toma como ángulo critico el ángulo promedio de cada material entendiendo
que este dará un coeficiente de fricción mayor y afectara de manera real al
diseño.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
18
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
𝜇 = 𝑡𝑎𝑛𝜑………...……………………………………………………………….. (2.4)
Donde:
µ: Coeficiente de fricción estático, [adimensional].
φ: Ángulo de reposo,[°].
Para acero inoxidable.
𝜇 = tan 23.66° = 0.43°
Para lámina negra.
𝜇 = tan 19.63° = 0.35°
Para plástico.
𝜇 = tan 26.5° = 0.5°
El cuadro 6 muestra los resultados obtenidos para el ángulo de reposo y
coeficiente de fricción estático, en diferentes materiales
CUADRO 6. Ángulos de reposo y coeficiente de fricción estático, obtenidos en
diferentes materiales.
Material
Deyecciones sólidas
Deyecciones liquidas
Ángulo
Ángulo
reposo
de Coeficiente
de
fricción reposo
de Coeficiente
de
fricción estático
estático
Acero inox.
23.66 °
0.43
5°
0.08
Lámina negra
19.63 °
0.35
6.933°
0.12
Plástico
26.5°
0.5
14.86°
0.26
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
19
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CAPÍTULO
3. METODOLOGÍA DEL DISEÑO
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
20
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
3.1.
Generalidades.
Diseñar requiere principalmente consideraciones funcionales y estéticas. Esto
necesita de numerosas fases de investigación, análisis, modelado, ajustes y
adaptaciones previas a la producción definitiva del objeto. Además comprende
multitud de disciplinas y oficios dependiendo del objeto a diseñar y de la
participación en el proceso de una o varias personas.
El diseño significa un proceso innovador e iterativo. También es un proceso de
toma de decisiones. Algunas veces las decisiones se tienen que hacer con muy
poca información, en ocasiones con apenas la cantidad adecuada, o con un
exceso de información contradictoria.
Las características generales que se deben considerar al realizar el diseño son
las siguientes:
a) Diseño funcional. Es decir que cumpla en la resolución del problema
propuesto
b) Seguro. Este punto es de gran importancia ya que el diseño no debe ser
peligroso ni para el personal que maneja el equipo ni para las personas
que se encuentren cerca del mismo.
c) Confiable. El diseño debe resolver el problema de manera satisfactoria a
un nivel de confianza determinado durante un tiempo dado.
d) Que su fabricación y comercialización estén al alcance. Que las partes
de las que está constituido puedan ser compradas o elaboradas para su
construcción y posteriormente para su comercialización.
3.2.
Metodología de diseño.
Existen varios métodos para la resolución de problemas de diseño, el tomar
uno como base permite resolver el problema de manera lógica, ordenada y
eficaz.
Los siete estados del diseño en ingeniería son una metodología propuesta por
Arthur Erdman G. para resolver este tipo de problemas (Vargas et al. 2008). A
continuación se detallan cada uno de sus estados:
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
21
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Estado 1A: Confrontación.
En este estado se discute y se identifica la necesidad más prioritaria desde el
punto de vista del o de los diseñadores.
Estado 1B: Medios de información.
Consiste en la revisión de información existente referente al tema o necesidad
identificada. Una buena fuente proviene de otras personas relacionadas con el
campo.
Etapa 2A: Formulación del problema.
Como la confrontación suele ser muy indefinida el ingeniero debe aclarar el
problema que debe resolverse. Es necesario averiguar la necesidad real y
definirla en términos cuantitativos concretos adecuados a la acción de
ingeniería.
Etapa 2B: Preparación de la información e hipótesis.
De la vasta variedad de fuentes de información el diseñador debe seleccionar
las áreas aplicables, incluido el conocimiento teórico y empírico, donde falte
información suplir la carencia con hipótesis de ingeniería razonable.
Etapa 3: Generación y selección de los conceptos de diseño.
Aquí los conceptos básicos desarrollados por la preparación anterior son
aplicados al problema como fue justamente formulado y todos los conceptos de
diseño concebibles son preparados en esqueleto en forma esquemática,
apoyándose uno tanto como es posible en los campos relacionados.
Etapa 4: Síntesis.
El concepto seleccionado de diseño es un esqueleto. Se debe imprimirle
sustancia: llenar los espacios en blanco con parámetros concretos con el uso
de métodos de diseño sistemático, guiados por la intuición.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
22
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Etapa 5: modelo analizable.
Aun el sistema o componente físico más simple es demasiado complejo para
ser directamente analizable, se debe representar un modelo susceptible de
evaluación analítica o empírica, es decir se deben detallar el tipo y las
estructuras que intervienen en el modelo.
Etapa 6: experimento, análisis, optimización.
El objetivo aquí es determinar y mejorar el desempeño esperado del diseño
propuesto.
El experimento orientado al diseño ya sea sobre un modelo físico o sobre su
análogo, debe tomar el lugar del análisis cuando este no es factible.
El análisis o prueba del modelo representativo tiene por objeto establecer la
suficiencia y respuestas del sistema físico bajo el rango entero de condiciones
de operación.
Al optimizar un sistema o un componente se deben tomar en cuenta la
información anterior para realizar propuestas, a fin de optimizar al máximo las
características del diseño.
Etapa 7: Presentación.
La presentación debe ser comprensible para los posibles usuarios y contener
todos los detalles necesarios para permitir la manufactura y construcción, tales
como planos de ensamblaje, planos de pieza, hojas de cálculo, lista de partes.
3.3.
Metodología de trabajo.
A. Revisión bibliográfica y análisis de la información.
Actividad que consiste en realizar una revisión de los aspectos generales que
estén relacionados con el proyecto. Se obtiene información a partir de libros,
revistas o cualquier documento que nos proporcione información relevante
acerca de la investigación que se lleva a cabo.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
23
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
B. Diseño conceptual.
Es en esta etapa donde se debe tener ya un reconocimiento claro del problema,
así como de todas aquellas variables que de una u otra manera guardan
relación alguna con nuestro problema en cuestión.
En este apartado también se plantean, analizan, discuten, evalúan y se hace la
selección de la mejor alternativa de solución al problema planteado. Hay que
tomar muy en cuenta que para elegir la mejor propuesta de solución, se debe
considerar aspectos teóricos, económicos, funcionales y de seguridad. Ya
hecha la selección de la mejor alternativa de solución, se debe hacer una
descripción detallada de todos aquellos elementos componentes del sistema
que se va a diseñar.
C. Diseño de detalle.
En este se toman en cuenta todas las variables que intervienen para la
elaboración del sistema, dimensiones, restricciones a las que estará sometida
para que partir de ello se realicen los cálculos para cada uno de los elementos
de la máquina.
La selección de los materiales deberá ser acorde a los cálculos realizados para
obtener los mejores resultados.
Obtenidas las dimensiones, materiales y demás especificaciones es necesario
la realización de planos que muestren la configuración, dimensiones y
acabados de cada elemento así como los procesos a seguir para la elaboración
de la máquina.
D. Análisis económico.
En este apartado se realiza un análisis para determinar la factibilidad
económica del diseño propuesto, en donde comparamos los ingresos respecto
a los egresos.
El costo por la construcción del prototipo abarca los gastos de materia prima, el
uso de máquinas herramienta, mano de obra y otros gastos.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
24
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
3.4.
Diseño conceptual.
Es en este apartado donde se desarrollan las ideas necesarias que hay que
considerar en el diseño del mecanismo.
3.5.
Identificación de la necesidad.
La limpieza de los conejares es muy importante, pues de ella depende en
buena medida la salubridad de los animales. Hacerlo adecuadamente es
fundamental y rentable.
Independientemente de su consistencia física, las deyecciones ganaderas
tienen un valor fertilizante nada despreciable, y que hay que tenerlo en cuenta
en el momento de su gestión o eliminación.
Las deyecciones del ganado tienen un poder fertilizante igualable a los abonos
químicos, pero con la diferencia que los orgánicos aportan materiales que
mejoran las producciones y el suelo sale muy beneficiado.
De forma general, cuando se habla de deyecciones ganaderas se presentan
como un abono orgánico de excelentes cualidades agronómicas, siempre que
no se exceda de la dosis de fertilización correcta, ya que tienen
macronutrientes (nitrógeno, fósforo y potasio), micronutrientes (manganeso,
hierro, etc.) y materia orgánica, que permiten conseguir o mejorar las
producciones vegetales.
La necesidad se encuentra al momento de querer hacer la separación de las
deyecciones ya que no existe en el mercado ningún equipo capaz de realizar
dicha separación.
La orina de conejo tiende a evaporarse muy rápido por lo cual es necesario
que su captación se realice teniendo en consideración este factor.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
25
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
3.6.
Identificación del mercado.
Para este caso la necesidad fue planteada por el Colegio de Posgraduados,
este trabajo tiene relevancia para fines de
investigación, pero una vez
terminado el diseño podrá tener mercado con todas aquellas personas dueñas
de granjas cunícolas que quieran facilitarse la tarea de limpieza de sus
conejares.
3.6.1. Definición del problema y planeación general.
El proyecto consiste en diseñar un mecanismo capaz de separar las
deyecciones sólidas de las líquidas de los conejos de una granja cunícola. Es
necesario considerar que el mecanismo diseñado debe ser económico, fácil y
seguro de operar.
3.7.
Requerimientos del diseño.
En el diseño existen restricciones de todo tipo, que en cierta manera impiden la
satisfacción de la necesidad, sin embargo siempre se debe buscar cumplir con
todas las exigencias que el diseño del mecanismo demande o necesite. Los
requerimientos o exigencias de este diseño se describen a continuación en dos
apartados.
a) Requerimientos obligatorios.

Los costos de adquisición y operación del equipo deben ser
económicos.

El consumo de energía debe ser el mínimo posible.

Debe ser un equipo seguro durante su operación.

El mantenimiento, limpieza y operación del sistema debe ser fácil de
realizar.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
26
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola

El equipo debe garantizar la completa separación de las deyecciones
de los conejos.
b) Requerimientos opcionales.

En la operación del equipo las deyecciones sólidas no deben rodarse
fuera de la banda que las transportará a su colector.

3.8.
El diseño final del equipo debe ser compacto.
Generación de alternativas.
La generación de alternativas proporciona una visión general acerca de las
posibles soluciones al problema, una vez analizados los puntos importantes
con los que el diseño debe contar se desarrollan propuestas de solución.
Alternativa 1. Pala de arrastre.
Este equipo se encuentra en el mercado, consiste en una pala que se sitúa en
medio de las instalaciones mediante un cable arrastra todo lo que encuentra en
el piso hasta llegar a un canal o deposito donde el estiércol será transportado,
la pala y su funcionamiento se pueden ver en las figuras 3.1 y 3.2.
FIGURA 3.1 Pala estercolera.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
27
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
FIGURA 3.2 Funcionamiento de la pala.
Alternativa 2. Una pala estercolera tipo “shuttle”.
Funciona a través de un mecanismo hidráulico en el cual varias palas van
empujando el estiércol a un canal o depósito, cuando las palas comienzan a
desplazarse en dirección contraria estas se levanta para no regresar el
estiércol, este tipo de pala estercolera se puede observar en la figura 3.3.
FIGURA 3.3 Pala estercolera tipo Shuttle.
Alternativa 3. Banda transportadora con depósito en la parte inferior.
Esta consiste en colocar una banda transportadora que solamente dejara pasar
las deyecciones líquidas a través de una banda de malla plástica con
pequeños orificios, mientras las deyecciones sólidas serán transportadas por la
banda a un depósito al final. En la parte inferior de esta banda estará un
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
28
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
colector con inclinación para almacenar las deyecciones líquidas, esta
alternativa se muestra en la figura 3.4.
FIGURA 3.4 Banda transportadora.
Alternativa 4. Robot enrrollacables.
Este equipo puede ser programado para que funcione automáticamente, cuenta
con dos cables uno a nivel inferior que ejerce la función de avance y otro a nivel
superior que es el de función de retroceso.
Se coloca la pala (figura 3.5) al final de la hilera de jaulas que se quiera limpiar
y al momento de accionar el motor (figura 3.6), esta va empujando las
deyecciones hasta el final de la línea o hacia el exterior de la nave. Una vez
terminado el recorrido la pala regresa al punto inicial, para que el material no
regrese la pala ejerce un movimiento basculante durante su retorno.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
29
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
FIGURA 3.5 Pala recogedora.
FIGURA 3.6 Motor enrrollacables.
3.9.
Selección de alternativa.
En el cuadro 7 se comparan los sistemas de evacuación comunes, sin tomar en
cuenta la separación de las deyecciones.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
30
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CUADRO 7.Comparación de los sistemas de evacuación de las deyecciones en
los conejares.
Sistema de
Ventajas
Inconvenientes
evacuación
Con agua
No hay emisión de gases
Consumo elevado de agua.
Necesidad de fosa.
Problemas en la eliminación.
Fosa semi-profunda
Fácilmente mecanizable
Difícil de limpiar de forma
manual
Fosa profunda
Acumulación de estiércol Necesita de sistemas de
durante mucho tiempo.
extracción de aire debido
Retirada del estiércol con a las emanaciones de gases.
medios mecánicos
Cinta transportadora
Retirada
sólidos
constante
y
de Necesidad de limpieza con
Coste
de agua periódicamente
gestión bajo
Pala de arrastre
Eliminación rápida de las Inversión elevada.
deyecciones
Incremento de emisión de
gases
En el cuadro 8 se establece una ponderación, basada en los puntos de mayor
importancia, para realizar la mejor selección.
CUADRO 8. Selección de la mejor alternativa.
Alternativa
Funcionalidad
Fácil
Bajo
Fácil
manejo
costo
mantenimiento
total
1
Pala de arrastre
8
8
7
8
31
2
Pala estercolera
7
9
6
9
31
3
Transportador de 9
10
9
7
44
9
6
7
28
bandas
4
Enrrollacables
6
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
31
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Un transportador de bandas es el que mejor se adapta a la necesidad antes
propuesta ya que como se nota es el único sistema capaz de separar las
deyecciones sólidas de las líquidas, por lo que se deberá agregar un colector
en la parte inferior, para captar las deyecciones líquidas.
Los componentes más importantes a considerar para la elección de un
transportador de banda son los siguientes.

Tipo de banda

Elemento de tracción

Estructura

Tensores

Bordes laterales

Transmisión de fuerza
1. Selección de la banda.
En
estos
transportadores
se
emplean
diferentes
tipos
de
bandas
transportadoras: textiles, cuyo tejido se fabrica con fibras de algodón; bandas
fabricadas con fibras sintéticas, así como bandas de acero laminadas o
confeccionadas con alambre.
A. Banda plástica tipo malla.
Esta banda de plástico (figura 3.7) no permite el deslizamiento a los costados
del tambor, comúnmente es usada en la industria alimenticia.
FIGURA 3.7 Banda de plástico tipo malla.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
32
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
B. Banda de acero tipo malla.
Son especialmente construidas para el transporte de materiales a altas
temperaturas, y en lugares en donde se necesite drenaje, son usadas en
diferentes aplicaciones industriales, ejemplo de este tipo de mallas se muestra
en la figura 3.8.
FIGURA 3.8 Mallas de acero para banda.
C. Banda modulares.
Las bandas modulares (figura 3.9) están formadas por módulos que unidos
entre sí mediante varillas de articulación, conforma su superficie de transporte.
La configuración modular permite realizar la banda a la medida. Su
construcción puede ser tanto de acero como de plástico.
FIGURA 3.9 Banda modular.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
33
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
2. Rodillos de apoyo.
Estos son usados para que la banda no cuelgue por su propio peso y el de la
carga, entre los tambores se colocan rodillos de apoyo, los cuales pueden ser
rodillos rectos (figura 3.10) ó rodillos en artesa (figura 3.11) estos últimos
soportan mayor carga. Los rodillos de los transportadores con banda textil se
fabrican de tubo de acero o se funden en hierro. En los extremos del eje de los
rodillos se fresan rebajos planos y el eje se inserta en las ranuras, cortadas en
el perfil de la banda del transportador.
FIGURA 3.10 Rodillos rectos, donde B es el ancho de la banda
FIGURA 3.11 Rodillos en artesa.
3. Tambores.
Se distinguen los tambores accionadores, extremos, tensores y desviables que
sirven para variar la dirección del movimiento de la banda. Cuanto mayor sea el
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
34
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
diámetro del tambor, menor será la tensión de flexión de la banda y mayor será
el plazo de funcionamiento.
4. Tensor.
La función de las estaciones tensoras (figura 3.12) es la creación de una
tensión de la banda, con la que se asegura adherencia indispensable al tambor
accionador, se limita su deflexión entre apoyos y se compensa su estirado en el
proceso de funcionamiento. La tensión de la banda se efectúa por
desplazamiento del tambor tensor, valiéndose de unos sistemas tensores
mecánicos.
a) Tensores con guías atornilladas.
En estas, la guía es un pedazo de lámina atornillada a la estructura que permite
que la chumacera sea corrediza y se logre la tensión.
b) Tensores con base de chumacera.
Se usan chumaceras fijas con una base que les permita ser desplazada junto
con ella, en la parte trasera de la base se colocan pernos que funcionan como
guías y permiten el tensado.
FIGURA 3.12 Estaciones tensoras: a, helicoidal; b, de carga en el tambor
extremo; c, de carga cerca del tambor accionador.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
35
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
5. Transmisión.
El conjunto de transmisión se utiliza para poner en movimiento el órgano de
tracción del transportador y la carga, consta de un motor, reductor, tambor y de
los acoplamientos que unen el motor con el reductor y este con el árbol del
tambor.
En las transmisiones de los transportadores que desplazan cargas pesadas a
grandes distancias, con el objeto de aumentar la fuerza de tracción, a veces se
emplean transmisiones con doble tambor, donde el ángulo de contacto puede
ser considerablemente mayor que 2α. Sin embargo, estas transmisiones por su
estructura son muy complejas y provocan mucho desgaste en la banda
transportadora, debido a su gran flexión en diferentes direcciones.
Para la trasmisión de potencia del motorreductor al árbol motriz, dos de los
sistemas más usados son: transmisión por poleas (figura 3.13) y trasmisión por
cadenas (3.14).
FIGURA 3.13 Transmisión de potencia por poleas.
FIGURA 3.14 Transmisión de potencia por cadena.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
36
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
6. Rascadores.
La limpieza de una banda transportadora no es un simple asunto estético, sino
más bien un factor esencial para garantizar el transporte eficaz, seguro y
rentable.
Los parámetros que afectan la eficacia son, entre otras cosas, el ángulo de
contacto del rascador con la banda transportadora y la presión de contacto por
unidad de superficie.
En la actualidad los rascadores (figura 3.15)
están hechos de poliuretano,
material caracterizado por una gran resistencia al desgaste. El uso de
poliuretano permite un ángulo de rascador agresivo, sin riesgo de dañar la
banda.
FIGURA 3.15 Rascador para banda transportadora.
3.10. Elementos que componen el sistema de separación definitivo.
De los componentes antes mencionados, se seleccionan
los que mejor
cumplan con los requerimientos del diseño, dichos componentes se enlistan
en el cuadro 9 y se muestran en la figura 3.16.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
37
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CUADRO 9. Componentes finales.
Componente
Banda
Material elegido
Malla plástica con abertura de 3/16
pulg.
Tambor
De acero, con moleteado
Rodillos
Rodillos rectos
Bordes laterales
Lámina de acero cal. 14
Tensores
Con guías soldadas a la estructura
Estructura
PTR
Transmisión de potencia
Motorreductor
con
transmisión
por
cadenas
Rascador
Rascador de poliuretano
FIGURA. 3.16 Componentes del sistema de separación definitivo.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
38
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CAPÍTULO
4. DISEÑO DE DETALLE
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
39
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
4.1.
Cálculos para el transportador de banda.
En este apartado se determina el tamaño de la banda que se debe utilizar así
como su tipo, sus dimensiones y el modo de accionamiento.
Se determinan las características del material a transportar, la capacidad del
transportador, la distribución de la carga (figura 4.1) y las condiciones en las
que trabajará.
Datos:
Distancia entre centros C= 25 m
Ancho de la banda b= 1.8 m
FIGURA 4.1 Esquema de distribución de la carga a granel sobre rodillos rectos:
B, ancho de la banda; b, área ocupada por la carga; ƥ 1, ángulo de talud.
El ancho de la banda está determinado por las jaulas de los conejos, para que
estos puedan realizar deyecciones en toda la superficie.
Ya que los rodillos de apoyo son rectos, el área que la carga ocupa se calcula
mediante la fórmula (4.1). En el cuadro 10 se mencionan algunos coeficientes
necesarios para determinar la capacidad de carga de la banda.
𝐹=
𝑏 ∗ 𝑕 ∗ 𝐾𝛽
= 0.25𝑏2 ∗ 𝐾𝛽 ∗ 𝑡𝑔𝜑1 … … … … … … … … … … . … … … … … … … … . . (4.1)
2
Donde:
F: capacidad de carga de la banda [m2].
𝑏: Ancho portante de la banda, sobre la cual se distribuye la carga, [m].
𝑕: Altura de la capa de material a transportar, [m].
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
40
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
𝐾𝛽 : Coeficiente que considera la disminución de la sección del material en
transportadores inclinados, [adimensional].
𝜑1 : Ángulo de talud en movimiento, se toma 𝜑1 ≈ 0.3𝜑 [°].
𝜑: Ángulo de talud en reposo, [°].
CUADRO 10. Coeficiente Kβ para la transportación de cargas a granel con
diferentes movilidades sobre bandas cauchonadas con superficies de trabajo
lisas.
Movilidad de la partícula
𝜑1 (°)
de la carga
Angulo de inclinación del transportador (°)
1…5
6…10
11…15
16…20
21…24
Baja
10
0.9
0.90
0.85
0.80
Media
15
1
0.97
0.95
0.90
0.85
Alta
20
1
0.98
0.97
0.95
0.90
Fuente: Villaseñor, 1994.
𝜑1 ≈ 0.3𝜑 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (4.2)
Sustituyendo valores en (4.2)
𝜑1 ≈ 0.3 26° = 7.8
Sustituyendo valores en (4.1)
𝐹 = 0.25 ∗ 1.8 𝑚
2
∗ 0.9 ∗ 𝑡𝑔 7.8
𝐹 = 0.1𝑚2
La capacidad de transporte considerando que la cantidad de material sea
máxima y la no uniformidad de la carga del material, es:
𝑄 = 3600 ∗ 𝐹 ∗ 𝑣 ∗ 𝜌 = 𝐾𝑎 ∗ 𝑣 ∗ 𝜌 ∗ 𝐾𝛽 ∗ 𝑏2 … . … … … … … … … … … … … … … … . (4.3)
Donde:
F: Área de la sección transversal de la carga a granel sobre la banda, [m2].
V: Velocidad de movimiento de la banda, [m/s].
ρ: Densidad de la carga,[ t/m3]. ρ=0.75 (Universidad politécnica de Valencia,
2005).
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
41
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Ka: Factor de área de la sección transversal de la carga sobre la banda,
[adimensional], Ver cuadro 11.
Como el material a transportar tiende a rodar fácilmente, la velocidad lineal de
la banda debe ser muy baja, con esto también se reduce el ruido en su
funcionamiento. Por lo que se propone una velocidad v= 0.15 m/s para este
diseño.
CUADRO 11. Valores del coeficiente 𝐾𝑎 .
Rodillos de apoyo
Angulo de
inclinación de los
rodillos
Movilidad de las partículas de la carga
Baja
Media
Alta
laterales(°)
Rectos
0
158
240
328
Acanalados
20
393
470
550
30
480
550
625
45
580
633
692
60
582
620
662
Fuente: Villaseñor, 1994.
Sustituyendo valores en (4.3)
𝑄 = 3600 ∗ 0.1𝑚2 ∗ 0.15𝑚/𝑠 ∗ 0.75 𝑡/𝑚3 = 40.5 𝑡/𝑕
4.1.1. Cálculo de la tensión de la banda y la potencia del accionamiento.
La resistencia general de la banda cargada, cuando ésta ha alcanzado un
trabajo estable, es igual a la fuerza de tracción del accionamiento y se
determina como:
𝑊 = 𝐾𝐿 ∗ 𝐿𝐻 𝑞𝑐 + 𝑞´𝑟 + 𝑞𝑏 ∗ 𝑤𝑠 + 𝑞𝑏 + 𝑞𝑟´´ ∗ 𝑊𝑟 ± 𝑞𝑐 ∗ 𝐻 … . … … … … … . . (4.4)
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
42
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Donde:
Kl: Coeficiente general de resistencia en los puntos de viraje, en las zonas de
cargas y otros puntos, [adimensional], ver cuadro 12.
LH: Longitud de la proyección horizontal de la distancia entre los ejes de los
tambores extremos, [m].
qc,qb ,q´r,q´´r : Fuerzas lineales de gravedad de la carga, de la banda, de las
partes móviles de los rodillos de apoyo en el ramal con o sin carga
respectivamente, [N/m].
ws: Coeficiente de resistencia al movimiento, del ramal superior de la
banda.[adimensional].
wr: Coeficiente de resistencia al movimiento del ramal inferior de la
banda.[adimensional].
𝑤𝑠 = 0.35 … 0.6 Cuando la banda se mueve sobre un entablillado de madera o
acero (Villaseñor, 1994).
CUADRO 12. Coeficiente general de resistencias locales 𝐾𝐿 .
Longitud del
10
20
30
40
50
100
200
300
500
transportador
𝐾𝐿
1000 y
superiores
4.5
3.2
2.8
2.6
2.4
1.7
1.5
1.4
1.3
1.1
Fuente: Villaseñor, 1994.
Para la última parte de la ecuación se utiliza el signo positivo en el caso de
ascenso de la carga, mientras que el signo negativo se usa en el caso de
descenso.
Para obtener el peso lineal de la carga a granel se usa la siguiente fórmula:
𝑞𝑐 =
𝑔∗𝑄
… … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … … … (4.5)
3.6 ∗ 𝑣
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
43
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Donde:
𝑄: Productividad media de cálculo del transportador, [t/h].
Sustituyendo valores en (4.5).
9.81 𝑚 𝑠 2 ∗ (40.5 𝑡𝑜𝑛/𝑕)
𝑞𝑐 =
3.6 ∗ (0.15 𝑚/𝑠)
𝑞𝑐 = 735.75 𝑁/𝑚
Diámetro y distancia entre los rodillos de apoyo.
Para seleccionar la distancia entre rodillos de apoyo, se utiliza el cuadro 13, con
la densidad del material a transportar antes citada. Se selecciona el ancho de
banda menor, esto se hace ya que el ancho y la carga no guardan proporción.
CUADRO 13. Distancia entre los rodillos de apoyo l’ o, (m) del ramal con carga
para materiales a granel.
Ancho
Densidad de la carga t/m3
de
banda mm
Hasta 0.8
0.81….1.6
1.61…….2
2.1…..2.5
Más de 2.5
400
1.5
1.4
1.4
1.3
1.2
500
1.5
1.4
1.4
1.3
1.2
650
1.4
1.3
1,3
1.2
1.2
800
1.4
1.3
1.3
1.2
1.1
1000
1.3
1.2
1.2
1.1
1.1
1200
1.3
1.2
1.2
1.1
1.1
1400
1.3
1.2
1.2
1.1
1.1
1600
1.3
1.2
1.2
1.1
1.1
2000
1.3
1.2
1.1
1.0
1.0
Fuente: Villaseñor, 1994.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
44
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Distancia entre rodillos de apoyo, ramal con carga.
𝑙′0 = 1.5 𝑚
Distancia entre rodillos de apoyo, ramal vacio.
𝑙 ′′ 0 = 2𝑙′0 = 2 1.5 𝑚 = 3 𝑚
Del cuadro 14 se toma el valor del diámetro de los rodillos, tomando en cuenta
la velocidad y la densidad de la carga, entonces 𝐷𝑟 = 89 𝑚𝑚. Se sustituye este
valor en la fórmula (4.6)
para obtener un cálculo aproximado del peso de los
rodillos.
𝐺´𝑟 = 60 + 140 𝐵 − 0.4
𝐷𝑟2
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . (4.6)
104
Donde:
G´r: Peso aproximado de los rodillos, [N].
Dr: Diámetro de los rodillos, [mm].
B: Ancho de la banda, [m].
Sustituyendo valores en (4.6)
𝐺´𝑟 = 60 + 140 1.8𝑚 − 0.4
(89𝑚𝑚)2
= 202.77 𝑁
104
Para el ramal con carga.
𝑞´𝑟 =
𝐺´𝑟
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … (4.7)
𝑙´𝑜
Donde:
q´r: Peso por unidad de longitud de las partes móviles de los rodillos, ramal con
carga, [N/m].
Sustituyendo valores en (4.7)
𝑞´𝑟 =
202.77𝑁
= 135.18 𝑁 𝑚
1.5 𝑚
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
45
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Para ramal en vacio.
𝑞´´𝑟 =
𝐺´𝑟
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … (4.8)
𝑙´´𝑜
Donde:
q´´r: Peso por unidad de longitud de las partes móviles de los rodillos, ramal en
vacio, [N/m].
Sustituyendo valores en (4.8)
𝑞´´𝑟 =
202.77𝑁
= 67.59 𝑁 𝑚
3𝑚
CUADRO 14. Recomendaciones para la selección del diámetro de los rodillos
rectos y dispuestos en forma acanalada.
Diámetro del
Ancho de la
Densidad de la
rodillo 𝐷𝑟
banda, mm
carga, 𝑡 𝑚3
Velocidad máxima
de la banda, 𝑚 𝑠
89
400; 500; 650;
1.6
2.0
800
1.6
1.6
400; 500; 650
2.0
2.5
800; 1000; 1200
1.6
2.5
133
800; 1000; 1200
2.0
2.5
159
800; 1000; 1200
3.5
4.0
1400
3.5
3.2
1600; 2000
3.5
3.2
8000;1000; 1400
3.5
4.0
1600; 2000
4.0
6.3
108
194; 219; 245
Fuente: Villaseñor, 1994.
Cálculo del número de rodillos.
Ramal con carga.
𝑛𝑐𝑎𝑟 =
𝐿
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … (4.9)
𝑙′0
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
46
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Sustituyendo valores en (4.9)
𝑛𝑐𝑎𝑟 =
25𝑚
= 16.66 ≈ 16 𝑟𝑜𝑑𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠
1.5𝑚
Ramal en vacio.
𝑛𝑣 =
𝐿
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … . . (4.10)
𝑙′′0
Sustituyendo valores en (4.10)
𝑛𝑣 =
25
= 8.33 ≈ 8 𝑟𝑜𝑑𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠
3
Elección del tambor motriz y del tambor tensor.
Esta elección está en dependencia del espesor de la banda, la cual a su vez
depende del número y espesor de las capas que la componen. El diámetro Dt
en mm, se determina como:
𝐷𝑡 = 𝑘 𝑖 … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … … … … … … … … . (4.11)
Donde:
𝑘: Coeficiente del diámetro del tambor, [adimensional] cuadro 15.
𝑖: Número de capas.
Tambor motriz.
Sustituyendo valores en (4.11)
𝐷𝑡 = 150 𝑚𝑚 1 = 150 𝑚𝑚
Tambor tensor.
Sustituyendo valores en (4.11)
𝐷𝑡𝑐 = 120 𝑚𝑚 1 = 120 𝑚𝑚
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
47
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CUADRO 15. Valores de coeficiente k.
Destinación funcional del
Resistencia a la rotura de las capas de tejido, N/mm
tambor.
100
120…200
Motriz.
150…160
170…180
De tensado (en la cola
120…130
135…145
100…110
120…125
del transportador)
De desviación.
Fuente: Villaseñor, 1994.
Los tambores se elaborarán de acero inoxidable con un proceso de moleteado,
para evitar que la banda se salga del mismo.
Peso de la banda.
Según datos del fabricante AFC-BH (Catalogo de bandas AFC-BH, 2009), se
tiene que el peso por unidad de longitud de la banda (qb) es:
𝑞𝑏 = 50
𝑁
𝑚
Una vez obtenido los valores para cada elemento y teniendo en cuenta que la
banda será completamente horizontal entonces:
Sustituyendo valores en (4.4)
𝑊 = 1 ∗ (25𝑚)
735.75
𝑁
𝑁
𝑁
𝑁
𝑁
+ 135.18 + 50
∗ 0.02 + 50 + 67.59
∗ 0.018
𝑚
𝑚
𝑚
𝑚
𝑚
𝑊 = 513.15 𝑁
Tensión en el ramal que sale del tambor.
𝑆𝑠 =
𝐾𝑠 𝑊
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … . . (4.12)
𝑒 𝜇 𝛼 −1
Donde:
𝑆𝑠 : Tensión de salida de la banda al motor, en régimen de trabajo estable, [N].
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
48
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
𝛼: Ángulo de abrazamiento de la banda en el tambor [°], para este caso α=180.
Ks: Coeficiente de seguridad y de las perdidas no cuantificadas, [adimensional]
1.1-1.2 (Villaseñor, 1994).
W: Resistencia de la banda cargada, [N].
μ: Coeficiente de fricción de la banda sobre la superficie, [adimensional] 0.10.35 (Villaseñor, 1994).
Sustituyendo valores en (4.12)
𝑆𝑠 =
1.2 513.15 𝑁
= 516.074 𝑁
𝑒 0.25 𝜋 − 1
Tensión en el ramal que entra al tambor.
𝑆𝑡 = 𝑆𝑠 𝑒
𝜇 𝛼
… … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … . … … … . … … (4.13)
Donde:
𝑆𝑡 : Tensión de entrada de la banda al motor, en régimen de trabajo estable, [N].
Sustituyendo valores en (4.13)
𝑆𝑡 = 516.074 𝑁 𝑒
0.25 𝜋
= 1131.854 𝑁
Tensión total (S´).
𝑆´ =
𝑆𝑠 + 𝑆𝑡
… … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … … … … . (4.14)
2
Sustituyendo valores en (4.14)
𝑆´ =
516 .074 𝑁 + 1131 .854 𝑁
2
= 823.963 𝑁 Reacción en cada apoyo del tambor.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
49
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Potencia demandada.
𝑃=
𝐾𝑠 𝑊 𝑉
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . . … … . (4.15)
103 𝑛
Donde:
𝑃: Potencia demandada, [kW].
𝑣: Velocidad de movimiento de la banda, [m/s].
𝜂: Rendimiento total de los mecanismos que componen el accionamiento,
[adimensional] 0.8-0.9 (Villaseñor, 1994).
Sustituyendo valores en (4.15)
𝑃=
4.2.
1.2 513.15 𝑁 0.15 𝑚/𝑠
= 0.108667 𝑘𝑊 = 108.667 𝑊
103 0.85
Cálculo de la transmisión.
4.2.1. Selección de la cadena.
Cuando se transmite potencia entre ejes giratorios, la cadena entra en ruedas
dentadas correspondientes llamadas catarinas. La figura 4.2 muestra una
transmisión por cadena.
FIGURA 4.2 Transmisión por cadena.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
50
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Se utiliza una cadena de rodillos número 60, con paso de 0.75 pulgadas con
carga de rotura de 31,300 N (Shigley, 1990).
Carga soportada por cada una de las cadenas.
𝑆𝑐𝑙 =
𝑆𝑚𝑎𝑥
… … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (4.16)
𝐶𝐷
Donde:
𝑆𝑐𝑙 : Carga soportada por las cadenas, [N].
𝐶𝐷 : Factor de corrección que depende del número de cadenas, [adimensional].
Para una cadena 𝐶𝐷 = 1.0
Sustituyendo valores en (4.16)
𝑆𝑐𝑙 =
1131.85 𝑁
= 1131.85 𝑁
1.0
La relación entre carga de rotura es:
𝑆𝑟𝑜𝑡 ≥ 𝑆𝑐𝑙 ∗ 𝐹𝑠 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (4.17)
Donde:
𝐹𝑠 : Factor de seguridad, [adimensional], 6-10
Sustituyendo valores en (4.17)
𝑆𝑟𝑜𝑡 ≥ 1131.85 ∗ 6
31,300 𝑁 ≥ 6791.1 𝑁
Se cumple la condición, la cadena puede soportar la carga.
Del catálogo Baldor se selecciona un moto-reductor de ¾ hp y velocidad
angular de salida de 29 rpm (Baldor, 2010).
Se elige un factor de servicio de acuerdo a la carga y al impulsor en el cuadro
16.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
51
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CUADRO 16. Factor de servicio para transmisiones por cadena.
Tipo de carga
Tipo de impulsor
Impulsor
Motor eléctrico
Motor de combustión
hidráulico
o turbina
interna
con
transmisión mecánica
Uniforme
(agitadores,
ventiladores,
1.0
1.0
1.2
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.7
transportadores
con carga ligera y uniforme)
Choque
moderado
(maquinas
herramienta,
grúas,
Transportadores
mezcladoras
de
pesados,
alimento
y
molinos)
Choque pesado (prensas de
troquelado, molinos de martillos,
transportadores alternos)
Fuente: Moot, 2006.
4.2.2. Selección de las catarinas.
Cálculo de la potencia de diseño.
𝑃𝑑 = 𝐹𝑆 ∗ 𝑃𝑚 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … . … … … . (4.18)
Donde:
Pd: Potencia de diseño, [hp].
Fs: Factor de servicio, [adimensional].
Pm: Potencia del motor [hp].
Sustituyendo valores en (4.18)
𝑃𝑑 = 1.0 ∗ 0.75 = 0.75 𝑕𝑝
Cálculo de la relación deseada.
𝑖=
𝑛𝑚
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … (4.19)
𝑛𝑑
Donde:
i: Relación de transmisión, [adimensional].
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
52
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
nm: Velocidad angular de motor, [rpm].
nd: Velocidad angular deseada, [rpm].
Sustituyendo valores en (4.19)
𝑖=
29 𝑟𝑝𝑚
= 1.52
(19 𝑟𝑝𝑚)
De acuerdo a las tablas de capacidad de potencia se obtiene que la cadena 60
de una hilera con paso 𝑃 = 0.75 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠 y una catarina de 17 dientes se
tiene una capacidad de 0.8 hp a 29 rpm por interpolación. (Moot, 2006).
Cantidad necesaria de dientes en la catarina grande.
𝑁2 = 𝑁1 ∗ 𝑖 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (4.20)
Donde:
N2: Número de dientes de la catarina grande.
N1: Número de dientes de la catarina pequeña, se elige de 17 dientes.
Sustituyendo datos en (4.20)
𝑁2 = 17 ∗ 1.52 = 25.84 ≈ 26 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠
Comprobación de la velocidad angular de salida.
𝑛𝑑 = 𝑛𝑚
𝑁1
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . (4.21)
𝑁2
Sustituyendo valores en (4.21)
𝑛2 = 29𝑟𝑝𝑚
17
= 18.97 𝑟𝑝𝑚
26
Diámetro de paso de las catarinas.
𝐷=
𝑃𝑑
… … … … … . … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … . (4.22)
𝑠𝑒𝑛(180/𝑁)
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
53
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Donde:
D: Diámetro de paso de las catarinas, [mm].
Sustituyendo valores en (4.22)
𝐷1 =
0.75
= 4.08 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠 = 103.63𝑚𝑚
𝑠𝑒𝑛(180/17)
Sustituyendo valores en (4.22)
𝐷2 =
0.75
= 6.22 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠 = 157.98 𝑚𝑚
𝑠𝑒𝑛(180/26)
La distancia de centros entre los ejes de catarinas debe ser de 40 a 50 pasos
de cadena, (Moot, 2006).
Se usa una distancia entre centros nominal de 40 pasos y se calcula la longitud
necesaria en pasos.
𝐿 = 2𝐶 +
𝑁2 + 𝑁1 (𝑁2 − 𝑁1 )2
+
… … … … … … … … … … … … … … … . … … … . . … . (4.23)
2
4𝜋 2 ∗ 𝐶
Donde:
L: longitud de cadena necesaria, [pasos].
C: Distancia entre centros nominal, [pasos].
Sustituyendo valores en (4.23)
𝐿 = 2(40) +
26 + 17 (26 − 17)2
+
4𝜋 2 ∗ 40
2
𝐿 = 101.55 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠
Se redondea a un número par
𝐿 = 102 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
54
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Cálculo de la distancia teórica entre centros.
1
𝑁2 + 𝑁1
𝐶 = 𝐿−
+
4
2
𝑁2 + 𝑁1
𝐿−
2
2
−
8(𝑁2 − 𝑁1 )2
… . . … … … … … … … … . (4.24)
4𝜋 2
Donde:
C: Distancia teórica entre centros, [mm].
Sustituyendo valores en (4.24)
𝐶=
1
26 + 17
102 −
+
4
2
102 −
26 + 17
2
2
−
8(26 − 17)2
4𝜋 2
𝐶 = 40.22 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠
𝐶 = 40.22 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠 0.75 𝑝𝑢𝑙𝑔. = 30.16 𝑝𝑢𝑙𝑔. = 766.06 𝑚𝑚
Cálculo del ángulo de contacto de la cadena en la catarina pequeña.
𝜃 = 180° − 2𝑠𝑒𝑛−1 (𝐷2 − 𝐷1 )/2𝐶 … … … … … … … … … … … … . … . . . . … … … . . . (4.25)
Sustituyendo valores en (4.25)
𝜃 = 180° − 2𝑠𝑒𝑛−1 (6.22 𝑝𝑢𝑙𝑔. −4.08 𝑝𝑢𝑙𝑔. )/2(30.16 𝑝𝑢𝑙𝑔. )
𝜃 = 175.93°
Cálculo del ángulo de contacto de la cadena en la catarina grande.
𝜃 = 180° + 2𝑠𝑒𝑛−1 (𝐷2 − 𝐷1 /2𝐶 … … … … … … … … … … . … … … … … . … … … . . (4.26)
Sustituyendo valores en (4.26)
𝜃 = 180° + 2𝑠𝑒𝑛−1 (6.22 𝑝𝑢𝑙𝑔. −4.08 𝑝𝑢𝑙𝑔./2(30.16 𝑝𝑢𝑙𝑔. )
𝜃 = 184.06°
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
55
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
4.3.
Diseño y cálculo de los diámetros del árbol o flecha.
Un árbol o flecha es un elemento de dispositivos mecánicos que transmiten
movimiento rotatorio y potencia, es parte de cualquier sistema mecánico donde
la potencia se transmite de un motor a otras partes giratorias del sistema,
generalmente la sección transversal del árbol es circular.
Muchas veces se da el mismo significado a un árbol y un eje pero son
elementos mecánicos distintos, un eje es un elemento no giratorio que no
transmite par de torsión y que sólo se utiliza para soportar elementos como
ruedas rotatorias y poleas por citar algunos ejemplos.
El diseño completo de un árbol tiene mucha interdependencia con el de los
componentes a los cuales va a soportar. El diseño de la propia máquina dictará
que ciertos engranes, poleas, cojinetes y otros elementos se tendrán que
analizar, al menos parcialmente, y determinar en forma tentativa su tamaño y
espaciamiento.
Materiales para fabricar ejes.
La resistencia necesaria para soportar esfuerzos de carga afecta la elección de
los materiales y sus tratamientos. La mayoría de árboles están hechos de acero
de bajo carbono, acero estirado en frio o acero laminado en caliente, como lo
son los aceros ANSI 1020-1050.
Por lo general, los ejes no requieren endurecimiento superficial a menos que
sirvan como un recubrimiento real en una superficie de contacto.
El acero estirado en frío se usa para diámetros menores de 3 pulgadas. El
diámetro nominal de la barra puede dejarse sin maquinar en áreas que no
requieran el ajuste de los componentes. El acero laminado en caliente debe
maquinarse por completo. Si la concentricidad es importante, puede ser
necesario maquinar las rugosidades, después tratar térmicamente para
remover los esfuerzos residuales e incrementar la resistencia, luego maquinar
para el terminado y llegar a las dimensiones finales.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
56
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
4.3.1. Configuración del eje.
La configuración general de un eje para
acomodar los elementos que
lo
conforman, por ejemplo cojinetes engranes y poleas, debe especificarse en los
primeros pasos del proceso de diseño para poder realizar un análisis de fuerzas
de cuerpo libre y para obtener diagramas de momento cortante. Por lo general,
la geometría de un eje es la de un cilindro escalonado.
El diseño de un árbol consiste básicamente en la determinación del diámetro
del mismo, para asegurar la rigidez y resistencia adecuada bajo las cargas a las
que estará sometido. Se puede diseñar un árbol utilizando las teorías de fallas
para materiales dúctiles y para materiales frágiles. Considerando los materiales
dúctiles se utiliza la teoría del esfuerzo cortante máximo y para materiales
frágiles la teoría del esfuerzo normal máximo, pero como los árboles están
sometidos a torsión generalmente se utiliza la teoría de la distorsión máxima.
Procedimiento para diseñar un eje.
1.- Establecer o determinar la velocidad de giro del árbol.
2.- Determinar la potencia o el par torsional que debe transmitir el árbol.
3.- Determinar el diseño de los componentes transmisores de potencia, u otras
piezas que se montarán sobre el árbol, y especificar el lugar requerido para
cada uno.
4.- Establecer la forma general de los detalles geométricos. (Cambios de
sección, chaflanes, radios, chaveteras).
5.- Determinar el par torsional sobre el árbol.
6.- Hacer o trazar un diagrama de cuerpo libre y determinar todas las fuerzas
que actúan sobre el árbol.
7.- Trazar los diagramas de cortante y de momento.
8.- Seleccionar los materiales para la fabricación del árbol, lo más común es
utilizar aceros al carbón simple o aliados. Se deben obtener todos los datos del
material, tales como, esfuerzo último, resistencia a la fluencia y capacidad o
porcentaje de elongación.
9.- Determinar el esfuerzo de diseño en función del tipo de carga.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
57
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
10.- Analizar punto a punto todo el árbol, para determinar los diámetros
mínimos en cada punto. Utilizando para ello las teorías de falla.
4.3.2. Diseño y cálculo de los diámetros del árbol de la Catarina motriz.
Datos iníciales.
L: longitud de la banda L= 25 m
V: velocidad V= 0.15 m/s
D: Diámetro del tambor motriz D= 0.15 m
t: Tiempo de recorrido de la banda 𝑡 =
2𝐿
𝑉
=
2𝑥25 𝑚
0.15 𝑚 /𝑠
= 333.333 𝑠 = 5.55 𝑚𝑖𝑛
n: rev/min del tambor motriz
Cálculo de la velocidad angular del tambor motriz.
𝑛=
60(𝑉)
… … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … . (4.27)
𝜋 (𝐷)
Sustituyendo valores en (4.27)
𝑛=
60(0.15 𝑚/𝑠)
= 19.098 𝑟𝑝𝑚 = 19 𝑟𝑝𝑚
𝜋 (0.15 𝑚 )
Datos del motorreductor.
(Ver anexo A5).
N: potencia nominal N= 0.75 hp (745.7 w / 1 hp) = 559.275 W = 0.5592 kW
n= 29 rpm
f.s= 1.1
T= 1066 Lb.in
Torque transmitido.
El torque trasmitido al árbol se calcula con la siguiente fórmula.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
58
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
𝑇=
(30000)(𝑁)
… … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … . … . … (4.28)
𝜋 (𝑛)
Donde:
𝑇: Torque, [N.m].
𝑁: Potencia nominal del motor, [kW].
𝑛:Velocidad angular, [rpm].
Sustituyendo valores en (4.28)
𝑇=
(30000)(0.5592 𝐾𝑊)
= 279.608 𝑁. 𝑚 = 2474.735 𝐿𝑏. 𝑖𝑛
𝜋 (19.098 𝑟𝑒𝑣/𝑚𝑖𝑛)
Otra forma de calcular el torque transmitido directamente en unidades inglesas,
se hace con la siguiente fórmula.
𝑇 = 63000
𝑁
… … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … . … … . (4.29)
𝑛
Donde:
𝑁: Potencia nominal del motor, [hp].
Sustituyendo valores en (4.29)
𝑇 = 63000
0.75 𝐻𝑝
= 2474.081 𝐿𝑏. 𝑖𝑛
19.098 𝑟𝑝𝑚
De la ecuación (4.14) se tiene que la tensión total en la banda (S´) es:
𝑆´ = 823.963 𝑁 Reacción en cada apoyo del tambor.
Cálculo de las reacciones en la catarina motriz.
En la figura 4.3 se muestran las reacciones que se tienen en la transmisión de
potencia del motorreductor al tambor motriz.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
59
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
FIGURA 4.3 Reacciones en las catarinas.
Datos:
Dc: Diámetro de paso de la catarina motriz Dc= 6.22 in = 157.98 mm = 15.79 cm
= 0.157 m
𝜃: Ángulo entre la horizontal y la línea de centros de las catrinas. 𝜃 = 40°
Cálculo de la fuerza resultante.
𝐹𝑐 =
𝑇𝑐
𝐷𝑐 / 2
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . (4.30)
Donde:
𝐹𝑐 : Fuerza resultante, [N].
𝑇𝑐 : Torque del motor al eje, [N.m].
𝐷𝑐 : Diámetro de paso de la catarina, [m].
Sustituyendo valores en (4.30)
𝐹𝑐 =
279.608 𝑁. 𝑚
= 3561.885 𝑁
0.157 𝑚 / 2
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
60
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
4.3.3. Cálculo de las reacciones en el árbol motriz.
Para poder calcular todas las reacciones en el árbol motriz, es necesario hacer
un dibujo o diagrama de cuerpo libre (figura 4.4), con todas las cargas que
afectan al mismo.
Cálculo de las reacciones en el punto A (catarina del eje).
𝐹𝐴𝑍 = (𝐹𝑐 ) cos 𝜃 … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … … … … … … . . (4.31)
Donde:
FAZ: componente en Z de la catarina del eje, [N].
Sustituyendo valores en (4.31)
𝐹𝐴𝑍 = (𝐹𝑐 ) cos 𝜃 = 3561.885 cos 40° = 2728.562 𝑁
𝐹𝐴𝑌 = (𝐹𝑐 ) sen 𝜃 … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … . . … (4.32)
Donde:
FAY: componente en Y de la catarina del eje, [N].
Sustituyendo valores en (4.32)
𝐹𝐴𝑌 = (𝐹𝑐 ) sen 𝜃 = 3561.885 sen 40° = 2289.535 𝑁
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
61
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Diagrama de cuerpo libre que muestra todas las reacciones en el eje.
FIGURA 4.4 Diagrama de cuerpo libre.
Cálculo de reacciones en el plano “XY”
𝑀𝐸 = 0
+
−50𝑁 0.05𝑚 − 50𝑁 1.85𝑚 + 𝐹𝐵𝑌 1.9𝑚 − 2289.535 1.95𝑚 = 0
−2.5𝑁. 𝑚 − 92.5𝑁. 𝑚 + 𝐹𝐵𝑌 1.9𝑚 − 4464.539𝑁. 𝑚 = 0
𝐹𝐵𝑌 = 2399.757 𝑁
𝐹𝑌 = 0
+
−2289.535𝑁 + 2399.757𝑁 − 50𝑁 − 50𝑁 − 𝐹𝐸𝑌 = 0
𝐹𝐸𝑌 = 10.222 𝑁
Cálculo de reacciones en el plano “XZ”
𝑀𝐸 = 0
+
−823.963𝑁 0.05𝑚 − 823.963 1.85𝑚 + 𝐹𝐵𝑍 1.9𝑚 − 2728.562 1.95𝑚 = 0
−41.196𝑁. 𝑚 − 1524.331𝑁. 𝑚 + 𝐹𝐵𝑍 1.9𝑚 − 5320.695𝑁. 𝑚 = 0
𝐹𝐵𝑍 = 3624.327 𝑁
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
62
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
𝐹𝑍 = 0
+
−2728.562𝑁 + 3624.327𝑁 − 823.963𝑁 − 823.963𝑁 + 𝐹𝐸𝑍 = 0
𝐹𝐸𝑍 = 752.161 𝑁
Conversión de reacciones a unidades inglesas.
Reacciones en Y
𝐹𝐴𝑌 = 2289.535𝑁
1 𝐿𝑏𝑓
= 514.733 𝐿𝑏
4.448𝑁
𝐹𝐵𝑌 = 2399.757𝑁 = 539.513 𝐿𝑏
𝐹𝐶𝑌 = 50𝑁 = 11.241 𝐿𝑏
𝐹𝐷𝑌 = 50𝑁 = 11.241 𝐿𝑏
𝐹𝐸𝑌 = 10.222𝑁 = 2.298 𝐿𝑏
Reacciones en Z
𝐹𝐴𝑍 = 2728.562𝑁 = 613.435 𝐿𝑏
𝐹𝐵𝑍 = 3624.327𝑁 = 814.821 𝐿𝑏
𝐹𝐶𝑍 = 823.963𝑁 = 185.243 𝐿𝑏
𝐹𝐷𝑍 = 823.963𝑁 = 185.243 𝐿𝑏
𝐹𝐸𝑍 = 752.161𝑁 = 169.100 𝐿𝑏
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
63
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
En la figura 4.5 se muestran los diagramas de fuerza cortante y momento
flexionante del árbol, para el plano XY.
Diagramas de cortante y momento flexionante.
FIGURA 4.5 Diagramas de cortante y momento flexionante en el plano XY.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
64
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
En la figura 4.6 se muestran los diagramas de fuerza cortante y momento
flexionante del árbol, para el plano XZ.
FIGURA 4.6 Diagramas de cortante y momento flexionante en el plano XZ.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
65
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Momentos resultantes en los apoyos.
𝑀𝐵 = 1575.939 𝐿𝑏. 𝑖𝑛
𝑀𝐶 = 1259.884 𝐿𝑏. 𝑖𝑛
𝑀𝐷 = 333.111 𝐿𝑏. 𝑖𝑛
Datos del material para la construcción del eje. Acero 1114, (Shigley, 2008).
- Esfuerzo de fluencia
Sy= 83000 PSI
- Esfuerzo último
Sv= 118000 PSI
- Resistencia a la flexión Se= 42000 PSI
- Porcentaje de elongación 19%
- Factor de seguridad
F.S= 2
- Factor de tamaño
Cs= 0.75
- Factor de confiabilidad
CR= 0.81
- Factor de concentración de esfuerzos.
- Kt= 2.5 chaflán agudo
- Kt= 1.5 chaflán redondo
4.3.4. Cálculo del diámetro del eje motriz.
Fórmula general:
1
𝑑=
32 𝐹. 𝑆
𝜋
(𝐾𝑡 ) 𝑀
𝑆´𝑒
2
3 𝑇
+
4 𝑆𝑦
2
3
… … . … … … … … … … … … … … … . (4.33)
Donde:
𝑑: Diámetro, [in].
𝐹. 𝑆: Factor de seguridad, [adimensional].
𝐾𝑡 : Factor de concentración de esfuerzos, [adimensional].
𝑀: Momento resultante en el apoyo, [lb.in].
𝑆é: Resistencia a la fatiga, [psi].
𝑆𝑦 : Esfuerzo de fluencia del sistema, [psi].
𝑇:Torque del motor, [lb.in].
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
66
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Sustituyendo valores en (4.33)
Diámetro 1 (d1) “solo existe torque en el apoyo (catarina).
1
𝑑1 =
32 2
𝜋
3 2474.081 𝐿𝑏𝑓. 𝑖𝑛
4
83000 𝑃𝑆𝐼
2
3
= 0.807 𝑖𝑛 = 20.49 𝑚𝑚
Diámetro 2 (d2) “Solo existe momento en el apoyo (chumacera).
𝑆´𝑒 = (𝑆𝑒 ) 𝐶𝑠 𝐶𝑅 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . (4.34)
Sustituyendo valores en (4.34)
𝑆´𝑒 = 42000 𝑃𝑆𝐼 0.75 0.81 = 25515 𝑃𝑆𝐼
Sustituyendo valores en (4.33)
1
𝑑2 =
32 2
𝜋
(1.5) 1575.939 𝐿𝑏𝑓. 𝑖𝑛
25515 𝑃𝑆𝐼
2
3
= 1.235 𝑖𝑛 = 31.369 𝑚𝑚
El diámetro 3 deberá ser mayor que el diámetro 2 y el diámetro 4 debe ser
igual que el diámetro 2.
𝑑3 > 𝑑2 … … … … 𝑑3 = 1.5 𝑖𝑛 = 38.1 𝑚𝑚
𝑑4 = 𝑑2 … … … … 𝑑4 = 1.235 𝑖𝑛 = 31.369 𝑚𝑚
Diámetros normalizados.
d1= 1 in = 25 mm
d2= 1.25 in = 30 mm
d3= 1.50 in = 40 mm
d4= 1.25 in = 30 mm
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
67
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Para fines prácticos y económicos de la realización del eje, se calcula un solo
diámetro, con la formula (4.33), usando el momento máximo resultante en el
árbol.
Sustituyendo valores en (4.33)
1
𝑑=
32 2
𝜋
1575.939 𝐿𝑏𝑓. 𝑖𝑛
25515 𝑃𝑆𝐼
2
3 2474.081 𝐿𝑏𝑓. 𝑖𝑛
+
83000 𝑃𝑆𝐼
4
2
3
= 1.108 𝑖𝑛
= 1.108 𝑖𝑛 = 28.143 𝑚𝑚
Diámetro normalizado.
d= 1.5 in
d= 40 mm
4.3.5. Selección de rodamientos.
La selección de rodamientos se hace utilizando la metodología propuesta por el
catálogo general de rodamientos (SKF. 1998).
1.-
Se aplica la ecuación de la Asociación de fabricantes de cojinetes
antifricción (AFBMA) para carga radial equivalente para rodamientos de bolas y
de rodillo.
𝑃 = 𝐾𝑇 . 𝐹𝑆 𝑋 . 𝑉. 𝐹𝑅 + 𝑌 . 𝐹𝐴 … … … … … … … … … . … … … … . … … … … … … . . . (4.35)
Donde:
𝑃: Carga equivalente, [N].
𝐹𝑅 : Componente radial de la carga actuando, [N].
𝐹𝐴 : Componente axial, [N].
𝑉: Factor de rotación, (V=1 para chumaceras).
𝑋: Factor de carga radial (cuadro17).
𝑌: Factor de carga axial (cuadro 17).
𝐾𝑇 : Factor de temperatura (cuadro 18).
𝐹𝑠 : Factor de servicio (cuadro 19).
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
68
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CUADRO 17. Coeficientes de carga equivalente para los cojinetes.
Tipo de cojinete
X1
Y1
X2
Y2
Cojinetes de bolas contacto radial
1
0
0.5
1.4
Cojinetes
de
bolas
contacto
angular
1
1.25
0.45
1.2
de
bolas
contacto
angular
1
0.75
0.40
0.75
1
0.75
0.63
1.25
pequeño
Cojinetes
grande
Cojinetes de doble hilera y duplex
Fuente: Aguirre, 1990.
CUADRO 18. Factor de temperatura KT
Temperatura, °C
Factor KT
150
1.0
200
1.1
250
1.3
300
1.6
Fuente: catálogo general de rodamientos SKF, 1989.
CUADRO 19. Factor de servicio en cojinetes.
Tipo de servicio
FS
rodamiento
de FS
rodamiento
bolas
rodillos
Uniforma carga estable
1.0
1.0
Choques ligeros
1.5
1.0
Choques moderados
2.0
1.3
de
Fuente: Aguirre, 1990.
Carga radial resultante en la chumacera B.
𝑅𝐵 =
𝑅𝐵𝑌 2 + 𝑅𝐵𝑍 2 … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … . … . . … . . (4.36)
Donde:
RB: carga radial resultante en B, [N].
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
69
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
RBY: Reacción en Y del punto B, [N].
RBZ: Reacción en Z del punto B, [N].
Sustituyendo valores en (4.36)
𝑅𝐵 =
(2399.757𝑁)2 + (3624.327𝑁)2 = 4346.789 𝑁
Carga radial resultante en la chumacera E.
𝑅𝐸 =
𝑅𝐸𝑌 2 + 𝑅𝐸𝑍 2 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … . … … … . . (4.37)
Donde:
RE: carga radial resultante en E, [N].
REY: Reacción en Y del punto E, [N].
REZ: Reacción en Z del punto E, [N].
Sustituyendo valores en (4.37)
𝑅𝐸 =
(10.222𝑁)2 + (752.161𝑁)2 = 752.230 𝑁
Para los cálculos posteriores se considera la carga más grande la cual se
obtuvo en la chumacera B (No existen cargas axiales).
De los cuadros 17, 18 y 19 se eligen factores para el diseño.
X1=1
Y1= 0
X2= 0.5 Y2= 1.4
KT= 1
FS= 1
Sustituyendo valores en (4.35)
𝑃1 = 1 𝑥1 1 𝑥 1 𝑥 4346.789 + 0 𝑥 𝐹𝐴 = 4346.789 𝑁
𝑃2 = 1 𝑥1 0.5 𝑥 1 𝑥 4346.789 + 1.4 𝑥 0 = 2173.394 𝑁
Como P1>P2 se elige P1 para calcular la capacidad de carga dinámica, la cual
se calcula con la siguiente fórmula:
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
70
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
60𝐿10𝑕 𝑛
𝐶=
1𝑥106
1
∝
∗ 𝑃 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … (4.38)
Donde:
𝐶: Capacidad de carga dinámica, [N].
𝑃: Carga equivalente, [N].
𝛼: Factor adimensional para rodamientos de bolas, α=3
𝐿10𝑕 : Vida útil en horas, para este caso L10h=10000
𝑛: Revoluciones a la cual gira el eje, n=19 rpm.
Sustituyendo valores en (4.38)
𝐶=
60 10000 (19)
1𝑥106
1
3
4346.789 𝑁 = 9782.957 𝑁
Con el catalogo general de rodamientos, en el apartado soportes con
rodamientos Y, se elige la chumacera que se necesita (ver anexo A6).
Soporte de brida con rodamientos Y, fundición, con brida cuadrada. (d 35-45
mm).
Datos:
d: diámetro del eje d= 40 mm
C: capacidad de carga dinámica C= 9782.957 N
En el catálogo la capacidad de carga dinámica para el diámetro de 40 mm, es
de 23600 N, lo cual satisface la necesidad.
Se elige una chumacera FY 40 FJ con capacidad de carga dinámica de
23600 N, con soporte FY 508, y rodamiento Y 238208 BD2LS, con una
masa de 2 kg.
Como se observa la capacidad de carga dinámica de la chumacera elegida es
mayor que la capacidad de carga dinámica calculada, por lo tanto se concluye
que dicha selección es la adecuada, para las 10000 horas de vida útil
propuesta.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
71
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Si solo se quisiera seleccionar el rodamiento y no la chumacera, el
procedimiento de selección se simplifica de la siguiente manera.
Rodamiento en B.
C tentativa
C = (RB) (C/P)…………………………………………………………..………...(4.39)
Donde:
P = RB : fuerza resultante en el apoyo o punto B, [N].
C/P
(ver anexo, A7) rodamiento de bolas, valores C/P para diferentes
duraciones L10h expresada en horas de funcionamiento, a diferentes
velocidades n (rpm).
C/P = 2.47
L10 = 10 000 h
n= 19 rev/min
α: factor adimensional para rodamientos de bolas α = 3
Sustituyendo valores en (4.39)
C = (4346.789 𝑁) (2.47) = 10736.568 N capacidad de carga dinámica tentativa.
d: diámetro del eje en mm d= 40 mm
Con el diámetro del eje en mm, y la C tentativa se elige la capacidad de carga
dinámica que para este caso es;
C = 13300 N (ver anexo, A8).
Ahora se calcula la vida útil en horas L 10h,
para compararla con la L10h antes
propuesta.
𝐿10𝑕
1𝑥106 𝐶
=
60 𝑛 𝑃
∝
… … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … (4.40)
Sustituyendo valores en (4.40)
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
72
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
𝐿10𝑕
1𝑥106
13300 𝑁
=
60 19 4346.789 𝑁
3
= 877.192 28.645 = 25127.164 𝑕
Con lo cual se afirma que el rodamiento satisface la necesidad. Por lo tanto el
rodamiento que se usará en el punto B es:
SKF 16008.
4.3.6. Selección de los soportes tensores con rodamientos Y.
Para realizar esta selección se toma el mismo diámetro del eje (40 mm), y la
misma capacidad de carga dinámica.
Buscando en el catálogo general de rodamientos SKF, para las condiciones
antes mencionadas la selección es: Soporte tensor con rodamiento Y,
fundición, TU 40 FJ, con capacidad de carga dinámica de 23600 N, y una masa
de 2.45 Kg (Ver anexo, A9).
4.3.7. Selección de los rodamientos para los rodillos de soporte.
Del catálogo general de rodamientos (SKF. 1998), para un diámetro de eje de
25 mm, se hace la selección siguiente: Rodamiento rígido de bolas SKF 61805,
con una capacidad de carga dinámica de 3120 N, y una masa de 0.022 Kg.
4.4.
Colector.
Como se mencionó anteriormente, un elemento importante en este diseño es el
colector, el cual estará colocado en la parte inferior de la banda.
La función del colector será captar las deyecciones líquidas que escurrirán de la
banda y dirigirlas hacia un depósito en el cual se almacenarán.
En la figuras (4.7) y (4.8) se muestra la disposición y elementos del colector en
la estructura.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
73
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
FIGURA 4.7. Elementos del colector de orina.
FIGURA 4.8. Disposición del colector en la estructura.
4.4.1. Material.
La elección del material para el colector se hizo tomando en cuenta los
siguientes factores:
a) Que sea fácil de desmontar de la estructura, para realizar la limpieza.
b) Económico
d) Fácil mantenimiento
e) Superficie lisa que permita el libre flujo de la deyección.
Se elige plástico como el material para el colector, ya que es, el que mejor
reúne los factores antes citados. Cabe mencionar que en la selección se
consideró que las deyecciones líquidas de los conejos contienen altas
concentraciones de sales las cuales producen capas en el material que se
deslizan, por lo que demanda una limpieza constante.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
74
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Capítulo
5. ANÁLISIS ECONÓMICO
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
75
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
5.1.
Construcción del prototipo.
Dentro de los objetivos planteados al inicio se tomo en cuenta un bajo costo de
construcción y adquisición tomando siempre en cuenta la funcionalidad del
sistema.
La estimación completa del costo de fabricación del prototipo, considera los
siguientes apartados:
1. Materiales
2. Mano de obra
3. costos fijos
3. Costos de consumo
4. Costos de operación
En el cuadro 20 se muestran los costos de los materiales, necesarios para la
construcción del prototipo.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
76
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
5.1.1. Materiales
CUADRO. 20 Costo de materiales.
Nombre
Precio unit.
Ptr 4 x 4 acero cal 14
260/tramo
16
4160
2900
5
14500
Barra redonda de 1 ½ pulg. A. inox
742.5/tramo
1
742.5
Barra redonda de 1/2 pulg. A. inox
100/tramo
3
300
Tubo cédula 40 diam de 6 pulg. A.
2000/tramo
1
2000
1800/tramo
1
1800
346/tramo
8
2768
Chumacera de pared FY40FJ 1 ½ “
285
2
570
Chumacera tensora TU 40 FJ 1 ½ “
340
2
680
Rodamientos SKF 6001
25
48
1200
Cadena número 60
200
1
200
Catarina 17 dientes
205
1
205
Catarina 26 dientes
270
1
270
Tornillería
500
1
200
Rascador de poliuretano
500
Lamina acero inox. cal.14 de 4 X 10
cantidad
Costo ($)
pies
inox
Tubo cédula 40 diam de 5 pulg. A.
inox
Tubo cedula 40 diam
de 2 pulg.
A.inox
½“
1
2
Lona
25/m
Banda tipo malla para transportador.
70 000
1
70 000
Motorreductor Baldor ¾ Hp
7000
1
7000
Equipo eléctrico
200
1
200
COSTO TOTAL DE MATERIALES
50 m
500
2
1250
108,545.5
Tramo= 6m
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
77
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Costo total de los materiales $ 108,545.5
16 % IVA
Total
$ 17,367.28
$ 125,912.78
5.1.2. Mano de obra.
El costo de la mano de obra requerida se calcula, considerando el 30% del
costo total de los materiales, es decir $37,773.83
5.2.
Costos horarios totales del prototipo.
Costos horarios son aquellos que se generan por el uso de la maquina.
Costos fijos.
Son los costos generados desde la adquisición del equipo sin importar si este
haya sido usado con anterioridad o no. Estos costos se consideran para
proteger la inversión en la compra de un equipo.
Depreciación.
Es la pérdida del valor original del equipo
𝐷=
𝑉𝑎 − 𝑉𝑟
… … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … … … … … … … … (5.1)
𝑛 ∗ 𝐻𝑎
Donde:
D: depreciación [$/h]
Va: Valor de adquisición, [$]
$ 163,686.614
Vr : Valor de rescate [$],(0.1-0.2 Va)= $ 16,368.6614
Ha: Horas anuales de uso, [h/año], se tiene que Ha= 7300 h
n: Años de vida útil, se estima una vida de 10 años.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
78
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Sustituyendo valores (5.1)
𝐷=
163686.614 − 16368.6614
= 2.01 $/𝑕
10 7300
Inversión.
𝐼=
𝑉𝑎 + 𝑉𝑟 ∗ 𝑖
… … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … … … … … … … … … … (5.2)
2 ∗ 𝐻𝑎
Donde:
I: inversión, [$/h].
i: Tasa de interés anual, se asume 20% anual.
Sustituyendo valores en (5.2)
𝐼=
163686.614 + 16368.6614 ∗ 0.2
= 2.46 $/𝑕
2 ∗ 7300
Seguros.
Se calculan para cubrir los riesgos a que está sometida la maquinaria durante
su vida y por los accidentes que sufra.
𝑆=
𝑉𝑎 + 𝑉𝑟 (𝑠)
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … . . (5.3)
2 ∗ 𝐻𝑎
Donde:
S: seguros, [$/h].
𝑠: Prima anual promedio de seguros, habitualmente se considera de 1 a 2 %
anual.
Sustituyendo valores en (5.3)
𝑆=
163686.614 + 16368.6614 ∗ 0.02
= 0.24 $/𝑕
2 ∗ 7300
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
79
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Entonces el costo fijo es:
𝐶. 𝐹 = 𝐷 + 𝐼 + 𝑆 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … . . (5.4)
Donde:
C.F; Costo fijo, [$/h].
Sustituyendo valores en (5.4)
𝐶. 𝐹 = 2.01 + 2.46 + 0.24 = 4.71 [$/𝑕]
5.3.
Costos de consumo.
Consumo de energía eléctrica.
Representa el costo que tiene la energía consumida en una unidad de tiempo
considerada.
𝐸𝑐 = 0.653 𝑁𝑚 ∗ 𝑃𝑒 … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … . (5.5)
Donde:
Ec: Consumo de energía eléctrica, [$/h].
Nm: Potencia nominal del motor, [hp].
Pe: Precio de la unidad de energía eléctrica suministrada, [$/kW.h].
El costo se toma de $ 0.4/ kW.h
Sustituyendo valores en (5.5)
𝐸𝑐 = 0.653 0.75 0.4 = 0.19 $/𝑕
Mantenimiento y reparación.
Son gastos originados para que el equipo funcione adecuadamente y se
mantenga en buenas condiciones.
𝑀 = 𝑄. 𝐷 … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … … … … … … … … … … … (5.6)
Donde:
M: Mantenimiento y reparación.
Q: Factor de mantenimiento habitualmente se considera 0.4-1.0 [Adimensional].
D: Depreciación de la maquina, [$/h].
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
80
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Sustituyendo valores en (5.6)
𝑀 = 0.4 2.01 = 0.80 $/𝑕
El costo de consumo es:
𝐶. 𝐶 = 𝐸𝑐 + 𝑀 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … . (5.7)
Donde:
C.C: Costo de consumo, [$/h].
Sustituyendo valores en (5.7)
𝐶. 𝐶 = 0.19 + 0.80 = 0.99 [$/𝑕]
5.4.
Costos de operación.
Son los costos por concepto de pago de salarios, al personal encargado de la
operación de la máquina.
𝑛
𝑂=
𝑖=1
𝑆𝐵 ∗ 𝐹𝑆𝑅
… … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … … . (5.8)
𝐻
Donde:
O: Costo de operación, [$/h].
SB: Salario base, [$], Se asume una sola persona con salario base de = $ 100
FSR: Factor de salario real, [Adimensional], Para este caso FSR= 1.2
H: Horas efectivas de trabajo, [h], 7 horas
Sustituyendo valores en (5.8)
𝑛
𝑂=
𝑖=1
1 100 1.2
= 17.14 [$/𝑕]
7
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
81
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
El costo horario total por usar la máquina se calcula como:
𝐶. 𝐻. 𝑇 = 𝐶. 𝐹 + 𝐶. 𝐶 + 𝑂 … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … (5.9)
Donde:
C.H.T: Costo horario total, [$/h].
Sustituyendo en (5.9)
𝐶. 𝐻. 𝑇 = 4.71 + 0.99 + 17.14 = 22.84 [$/𝑕]
5.5.
Ingresos por el servicio de la máquina.
La máquina está diseñada para realizar la separación de las deyecciones de
conejo, los beneficios se verán reflejados en ingresos económicos por el uso
alterno de los desechos de los animales, además se facilitara el proceso de
limpieza y se reducirá el costo que esta implica.
Debido a que las deyecciones no representan un ingreso cuantificable
directamente, ya que estas necesitan de procesos posteriores para su
comercialización, se estima un valor aproximado de $ 5 /kg.
𝐼𝐻 = (𝑃𝑀 ) 𝑃𝐻 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … . . (5.10)
Donde:
PM: Productividad de la maquina, kg/h; se toma PM= 6.25 kg/h
PH: Estimación del valor del uso alterno de las deyecciones y del servicio.
Sustituyendo valores en (5.11)
𝐼𝐻 = 6.25
𝑘𝑔
𝑕
5
$
$
= 31.25
𝑘𝑔
𝑕
Utilidades.
𝑈 = 𝐼𝐻 − 𝐶𝐻𝑇 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … (5.11)
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
82
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Sustituyendo valores en (5.11)
𝑈 = 31.25
$
$
− 22.84
= 8.41 $/𝑕
𝑕
𝑕
La relación beneficio costo se calcula mediante la siguiente fórmula.
𝑅𝒃/𝒄 =
𝐼𝐻
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … . . . (5.12)
𝐶𝐻𝑇
Sustituyendo valores en (5.12)
𝑅𝒃/𝒄 =
31.25 $/𝑕
= 1.36
22.84 $/𝑕
La relación beneficio-costo es mayor a la unidad lo que muestra que la
construcción de la máquina es factible.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
83
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
84
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se diseñó un sistema capaz de realizar la separación de las deyecciones
sólidas de las líquidas de los conejos.
El sistema funcionará solamente dependiendo de la activación del motoreductor en cualquier momento.
El sistema diseñado permitirá que la limpieza de los conejares se haga de
manera más rápida y constante, con lo que los animales se mantendrán en un
ambiente más higiénico.
Con el uso de este sistema se bajan los costos por mano de obra en el desalojo
de las deyecciones.
Se les brinda a los cunicultores una alternativa de uso de los desechos
provenientes de su granja.
Recomendaciones
Vigilar que la banda trabaje de manera uniforme, ya que si esta se encuentra
torcida provocara desgastes más rápido en los bordes.
Limpiar los tambores, ya que con el contacto frecuente de las deyecciones
liquidas puede provocar patinaje.
Asegurarse que la tensión en la banda sea la adecuada.
Para que el proceso de limpieza del colector no se haga de manera manual, se
sugiere se instalen aspersores en cada jaula que se activen de manera
automática y realicen esta tarea.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
85
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
86
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Bibliografía consultada
o Aguirre E. G. 1990. Diseño de elementos de maquinas. Editorial Trillas.
México. 952 p.
o Álvarez A. N. y Mata C. J. 2008. Rediseño de un elevador tipo Z para
tomate verde sin cascara. Tesis profesional, Departamento de Ingeniería
Mecánica Agrícola, Universidad Autónoma Chapingo.
o Baldor. 2009. Catálogo reliance 501.fecha de consulta 15 septiembre
2010. www.baldor.com.
o Carabaño R. y Piquer J. 1998. The nutrition of the rabbit.
o Castello L. J. A. 1998, El problema de las deyecciones ¿una moda o
una tendencia?, Cunicultura, Núm. 133, pág. 120.
o Díaz G. R. 2006. Manual de formulas de ingeniería. Segunda edición.
Editorial Limusa. 336 p.
o Hibbeler R. C. 2006. Mecánica de materiales. Sexta edición. Pearson
educación. México. 896 p.
o Miravete A. y Larrodé E. 1996. Transportadores y elevadores, Ed.
Departamento de ingeniería de la universidad de Zaragoza, España. 448
p.
o Mott R. L. 2006. Diseño de elementos de Máquinas. Cuarta edición.
México. Pearson educación. 944 p.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
87
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
o Real escuela de avicultura. 2001. Sección técnica. Cunicultura. Volumen
XXVI N° 149. Pag 99-100.
o Shigley J.E. 2008. Diseño en Ingeniería Mecánica . Octava edición.
México. Mc Graw Hill. 1039 p.
o Shigley J.E. y L. D. Mitchel. 1990. Diseño en ingeniería mecánica. Cuarta
edición. Editorial Mc Graw Hill. Colombia. 915 p.
o SKF. 1998. Catalogo general. Stamperia Artistica Nazionale. Torino
Italia. 974 p.
o Universidad
Nacional
Autónoma
de
México.
1985.
Curso
de
actualización. “El conejo como animal de granja y de laboratorio” facultad
de medicina veterinaria y zootecnia, 214 p.
o Universidad politécnica de Valencia. 2005. Instalaciones para la gestión
del estiércol en granjas cunícolas industriales. Boletín de cunicultura
número 139.
o Vargas S. J. M. y López M. V. 2008. Diseño de un remolque equipado
con un sistema para facilitar la recolección y estiba de pacas
rectangulares. Tesis profesional, Departamento de Ingeniería Mecánica
Agrícola, Universidad Autónoma Chapingo.
o Villaseñor P. C. A. 1994. Máquinas de transporte y elevación. Tesis
profesional, Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola, Universidad
Autónoma Chapingo.
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
88
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
ANEXO A
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
89
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Anexo 1. Ángulo
de reposo en (°) de las deyecciones sólidas de los conejos
para distintas superficies.
N° de muestra
Acero inoxidable
Lamina negra
Plástico
1
23
15
23
2
23
24
24
3
18
20
20
4
25
15
25
5
22
22
30
6
24
17
30
7
20
17
26
8
21
20
30
9
22
15
30
10
27
21
24
11
21
27
30
12
20
17
22
13
32
20
23
14
32
14
33
15
27
18
28
16
23
21
17
17
18
25
25
18
21
21
25
19
21
23
31
20
30
17
25
21
24
17
26
22
24
20
29
23
30
15
25
24
25
17
30
25
21
20
29
26
19
20
28
27
27
26
29
28
23
29
29
29
22
17
24
30
25
19
25
Ángulo Promedio
23.66 °
19.63 °
26.5°
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
90
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Anexo 2. Ángulo de reposo en (°) de la orina de los conejos para distintas
superficies.
N° de muestra
Acero inoxidable
Lamina negra
Plástico
1
4
6
13
2
5
7
14
3
6
7
15
4
6
6
14
5
5
7
17
6
4
8
14
7
5
6
13
8
4
6
16
9
6
8
15
10
4
7
14
11
5
8
17
12
6
7
16
13
4
7
13
14
5
6
15
15
5
6
14
16
6
7
17
17
5
8
15
18
6
6
15
19
4
7
17
20
5
8
16
21
6
7
13
22
5
6
15
23
4
8
17
24
4
8
16
25
5
7
13
26
6
7
17
27
4
6
15
28
5
8
13
29
6
7
14
30
5
6
13
Ángulo Promedio
5°
6.933°
14.86°
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
91
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Anexo 3. Consumo de agua de los reproductores.
Estado de reproducción
Hembras
gestantes
Ml/día
3 200-300
Observaciones
En
primeras semanas
verano
hasta
350
ml/día
Última semana
500-600
Hembras en lactación
Primera semana
400-500
En pleno verano y con
Segunda semana
500-600
camadas numerosas se
Tercer semana
700-1.500
puede llegar hasta
2.000-2.500 ml/día
Adultos
280
Anexo 4. Consumo de agua de gazapos de engorda de tamaño medio.
Semanas de edad
Días de edad
En verano ml/día Resto
del
(1)
ml/día (2)
5
29-35
90-105
80-90
6
36-42
125-140
110-120
7
43-49
170-190
150-160
8
50-56
220-240
190-200
9
57-63
260-280
210-220
10
64-70
290-310
230-240
11
71-77
320-340
250-260
año
(1) A 25 °C de temperatura media (máxima 30 °C)
(2) A 15 °C de temperatura media (mínima 11 °C)
Anexo 5. Datos del motorreductor.
Motorreductor trifásico TEFC 230/460 volt
RPM
Factor
de Torque
Relación
Num. de catálogo
60:1
GF6026AGB75
servicio
29
1.1
1066
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
92
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Anexo 6. Soportes de brida con rodamientos Y, fundición, con brida cuadrada
(d 35-45 mm).
Dimensiones
Cap. de
Masa
Designación
Soporte
-
-
-
Kg
-
-
-
carga
d
A
A1
A2
Da
J
L
G
35
40
45
Y
C
mm
N
Rodamiento
51
34
13
106.4
92
118
12
19600
1.60
FY 35 FJ
FY 507
238207BD2LS
54
34
13
106.4
92
118
12
19600
1.65
FY 35 W
FY 507
446207 D
44.4
34
13
106.4
92
118
12
19600
1.55
FY 35 TB
FY 507
630307 BA
46.1
34
13
106.4
92
118
12
19600
1.45
FY 35 KG
FY 507
362007 B
56
37
14
115.9
101.5
130
12
23600
2.00
FY 40 FJ
FY 508
238208BD2LS
58
37
14
115.9
101.5
130
12
23600
2.05
FY 40 W
FY 508
446208 D
50.2
37
14
115.9
101.5
130
12
23600
2.00
FY 40 TB
FY 508
630308 BA
50.3
37
14
115.9
101.5
130
12
23600
1.90
FY 40 KG
FY 508
362008 B
56
37
14
119.1
105
137
14
25500
2.25
FY 45 FJ
FY 509
238209BD2LS
58
37
14
119.1
105
137
14
25500
2.35
FY 45 W
FY 509
446209 D
51.2
37
14
119.1
105
137
14
25500
2.20
FY 45 TB
FY 509
630309 BA
Anexo 7. Rodamientos de bolas- valores C/P para diferentes duraciones L 10h,
expresadas en horas de funcionamiento, a diferentes velocidades n (rev/min).
C/P cuando n =
L10h
10
16
25
40
63
100
125
160
200
250
320
400
500
630
8000
1.68
1.96
2.29
2.67
3.11
3.63
3.91
4.23
4.56
4.93
5.32
5.75
6.20
6.70
10000
1.82
2.12
2.47
2.88
3.36
3.91
4.23
4.56
4.93
5.32
5.75
6.20
6.70
7.23
12500
1.96
2.29
2.67
3.11
3.63
4.23
4.56
4.93
5.32
5.75
6.20
6.70
7.23
7.81
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
93
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
Anexo 8. Rodamientos rígidos de bolas d 25-40 mm.
Dimensiones principales
d
D
B
mm
Capacidad de carga
Límite de velocidad
dinámica
Estática
Lubricación con
C
Co
Grasa
N
25
40
Masa
Designación
Kg
-
Aceite
r/min
37
7
3120
1960
17000
20000
0.022
61805
47
8
7610
4000
14000
17000
0.060
16005
47
12
11200
5600
15000
18000
0.080
6005
52
15
14000
6950
12000
15000
0.13
6205
62
17
22500
11400
11000
14000
0.23
6305
80
21
35800
19600
9000
11000
0.53
6405
52
7
4160
3350
11000
14000
0.034
61808
68
9
13300
7800
9500
12000
0.13
16008
68
15
16800
9300
9500
12000
0.19
6008
80
18
30700
16600
8500
10000
0.37
6208
90
23
41000
22400
7500
9000
0.63
6308
110
27
63700
36500
6700
8000
1.25
6408
Anexo 9. Soportes tensores con rodamientos Y, fundición, d 35-40mm.
Dimensiones
Cap.de
masa
Designaciones
carga
d
A
A1
A2
D1
H
H1
H2
L
L1
L2
L3
N
N1
C
Unidad
Soporte
completa
mm
6
40
Rodamiento.
Y
N
Kg
-
-
-
51
13.5
36
22
105
88.9
64
124
75
13
60
37
16
19600
1.70
TU 35FJ
TU 507
238207BD2LS
51
13.5
36
22
105
88.9
64
124
75
13
60
37
16
19600
1.80
TU 35 W
TU 507
446207 D
51
13.5
36
22
105
88.9
64
124
75
13
60
37
16
19600
1.65
TU 35 TB
TU 507
630307 BA
51
13.5
36
22
105
88.9
64
124
75
13
60
37
16
19600
1.55
TU 35 KG
TU 507
362007 B
65
17.5
42
28
121
100.8
82
144
90
16
83
50
19
23600
2.45
TU 40 FJ
TU508
238208BD2LS
65
17.5
42
28
121
100.8
82
144
90
16
83
50
19
23600
2.60
TU 40 W
TU508
446208 D
65
17.5
42
28
121
100.8
82
144
90
16
83
50
19
23600
2.45
TU 40 TB
TU508
630308 BA
65
17.5
42
28
121
100.8
82
144
90
16
83
50
19
23600
2.35
TU 40 KG
TU508
362008 B
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
94
Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola
ANEXO B
Universidad Autónoma Chapingo. Noviembre de 2010.
95
1
2
3
4
5
6
2504
A
A
192
157.683
RAMAL CON CARGA
B
200
B
C
C
313.359
RAMAL VACIO
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
NO CAMBIE LA ESCALA
REVISIÓN
TÍTULO:
METODO DE PROYECCION
D
NOMBRE
1
2
SI NO SE INDICA LO
CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN
EN MM
FIRMA
FECHA
DIBUJ.
LÓPEZ GÓMEZ JESÚS A
NOV-2010
VERIF.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
APROB.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
MATERIAL:
ENSAMBLE ESTRUCTURA
--ACABADO:
PESO:
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:500
BT0100
HOJA 1 DE 2
A4
1
A
2
3
4
5
6
DETALLE A
ESCALA 1 : 40
A
B
B
0
10
5
2
A
C
C
19
83
.50
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
REVISIÓN
TÍTULO:
METODO DE PROYECCION
0
D
NOMBRE
1
NO CAMBIE LA ESCALA
2
SI NO SE INDICA LO
CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN
EN MM
FIRMA
FECHA
DIBUJ.
LÓPEZ GÓMEZ JESÚS A
NOV-2010
VERIF.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
APROB.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
MATERIAL:
ESTRUCTURA
--ACABADO:
PESO:
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:500
BT0101
HOJA 1 DE 1
A4
1
2
3
4
5
6
45
A
A
45
2
B
B
Especificaciones técnicas:
- Moleteado
- Biselar extremos a 3°
1
C
C
N. ELEMENTO
CANTIDAD
DESCRIPCIÓN
N. PIEZA
3
EJE DE 1 1/2 PULG
1
2
TAPA TAMBOR MOTRIZ
2
TUBO CEDULA 40
1
1
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
NO CAMBIE LA ESCALA
REVISIÓN
TÍTULO:
METODO DE PROYECCION
3
D
NOMBRE
1
2
SI NO SE INDICA LO
CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN
EN MM
FIRMA
FECHA
DIBUJ.
LÓPEZ GÓMEZ JESÚS A
OCT-2010
VERIF.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
OCT-2010
APROB.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
OCT-2010
MATERIAL:
TAMBOR MOTRIZ
--ACABADO:
PESO:
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:20
BT023
HOJA 1 DE 4
A4
1
2
3
4
5
6
A
B
B
154.051
168.275
A
1800
C
C
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
NO CAMBIE LA ESCALA
REVISIÓN
TÍTULO:
METODO DE PROYECCION
D
NOMBRE
1
2
SI NO SE INDICA LO
CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN
EN MM
FIRMA
FECHA
DIBUJ.
LÓPEZ GÓMEZ JESÚS A
NOV-2010
VERIF.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
APROB.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
MATERIAL:
TUBO PARA TAMBOR
TUBO CEDULA 40
ACABADO:
PESO:
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:20
BT0201
HOJA 1 DE 1
A4
1
2
3
4
5
6
A
38
.1 0
0
A
B
B
2000
C
C
Especificaciones tecnicas:
- Biselar extremos a 45 °
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
NO CAMBIE LA ESCALA
REVISIÓN
TÍTULO:
METODO DE PROYECCION
D
NOMBRE
1
2
SI NO SE INDICA LO
CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN
EN MM
FIRMA
FECHA
DIBUJ.
LÓPEZ GÓMEZ JESÚS A
NOV-2010
VERIF.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
APROB.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
MATERIAL:
EJE DEL TAMBOR
Acero inoxidable
ACABADO:
PESO:
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:20
BT0202
HOJA 1 DE 1
A4
1
2
3
4
5
6
2
A
A
10
25
33.500
1
B
B
3
C
C
N. ELEMENTO
A
N. PIEZA
DESCRIPCIÓN
CANTIDAD
3
TAPA P/ RODILLO
4
2
EJE DE RODILLO
2
TUBO CEDULA
1
1
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
NO CAMBIE LA ESCALA
REVISIÓN
TÍTULO:
METODO DE PROYECCION
D
DETALLE A
ESCALA 1 : 5
NOMBRE
1
2
SI NO SE INDICA LO
CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN
EN MM
FIRMA
FECHA
DIBUJ.
LÓPEZ GÓMEZ JESÚS A
NOV-2010
VERIF.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
APROB.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
MATERIAL:
RODILLO
---
ACABADO:
PESO:
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:20
BT0300
HOJA 1 DE 1
A4
1
2
3
4
5
6
DESARROLLO
A
A
50
HACIA ABAJO 90.00° R 5
B
B
100
40
C
C
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
NO CAMBIE LA ESCALA
REVISIÓN
TÍTULO:
METODO DE PROYECCION
D
NOMBRE
1
2
SI NO SE INDICA LO
CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN
EN MM
FIRMA
FECHA
DIBUJ.
LÓPEZ GÓMEZ JESÚS A
NOV-2010
VERIF.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
APROB.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
MATERIAL:
BASE P/ PERFIL
Lámina cal. 14
ACABADO:
PESO:
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:2
BT0400
HOJA 1 DE 1
A4
1
R12.
7
2
3
4
5
6
24.600
00
A
A
B
31.113
70
B
HACIA ARRIBA 46.65° R 3.81
C
39.131
C
48.357
110
HACIA ARRIBA 90.00° R 3.81
HACIA ARRIBA 90.00° R 3.81
DESARROLLO
HACIA ABAJO 46.65° R 3.81
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
NO CAMBIE LA ESCALA
REVISIÓN
TÍTULO:
METODO DE PROYECCION
D
NOMBRE
1
2
SI NO SE INDICA LO
CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN
EN MM
FIRMA
FECHA
DIBUJ.
LÓPEZ GÓMEZ JESÚS A
NOV-2010
VERIF.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
APROB.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
MATERIAL:
BASE SOPORTE P/
RODILLOS
Lámina cal. 14
ACABADO:
PESO:
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:2
BT0401
HOJA 1 DE 1
A4
1
2
3
4
5
6
A
200
A
3040
B
B
DESARROLLO
HACIA ABAJO 90.00° R 3.81
HACIA ABAJO 90.00° R 3.81
C
C
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
NO CAMBIE LA ESCALA
REVISIÓN
TÍTULO:
METODO DE PROYECCION
D
NOMBRE
1
2
SI NO SE INDICA LO
CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN
EN MM
FIRMA
FECHA
DIBUJ.
LÓPEZ GÓMEZ JESÚS A
NOV-2010
VERIF.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
APROB.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
MATERIAL:
BORDES LATERALES
Lámina cal. 14
ACABADO:
PESO:
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:50
BT0402
HOJA 1 DE 1
A4
1
2
3
4
5
6
51.7
3.42
A
A
DESARROLLO
B
40.46
71.29
B
HACIA ABAJO 35.00° R 3.81
55.18
HACIA ARRIBA 35.00° R 3.81
C
R2
5
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
NO CAMBIE LA ESCALA
C
.9
2
REVISIÓN
TÍTULO:
METODO DE PROYECCION
D
NOMBRE
1
2
SI NO SE INDICA LO
CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN
EN MM
FIRMA
FECHA
DIBUJ.
LÓPEZ GÓMEZ JESÚS A
NOV-2010
VERIF.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
APROB.
M.C. CRUZ MEZA PEDRO
NOV-2010
MATERIAL:
APOYO RAMAL INFERIOR
Lámina cal. 14
ACABADO:
PESO:
N.º DE DIBUJO
ESCALA:1:2
BT0403
HOJA 1 DE 1
A4